Vickers hårdhetstest - Vickers hardness test

En Vickers hårdhetstestare

Den Vickers hårdhetstest utvecklades i 1921 av Robert L. Smith och George E. Sandland vid Vickers Ltd som ett alternativ till den Brinell metod för att mäta hårdheten av material. Vickers -testet är ofta lättare att använda än andra hårdhetstester eftersom de beräkningar som krävs är oberoende av indragarens storlek och indragaren kan användas för alla material oavsett hårdhet. Grundprincipen, som med alla vanliga hårdhetsmått, är att observera materialets förmåga att motstå plastisk deformation från en standardkälla. Vickers -testet kan användas för alla metaller och har en av de bredaste skalorna bland hårdhetstester. Den hårdhetsenhet som testet ger är känd som Vickers Pyramid Number ( HV ) eller Diamond Pyramid Hardness ( DPH ). Hårdhetstalet kan omvandlas till enheter av pascal , men bör inte förväxlas med tryck, som använder samma enheter. Hårdhetsnumret bestäms av belastningen över fördjupningens yta och inte det område som är normalt för kraften, och är därför inte tryck.

Genomförande

Vickers testschema

Den pyramidala diamantindustrin i en Vickers hårdhetstestare

En fördjupning kvar i fallhärdat stål efter ett Vickers hårdhetstest. Skillnaden i längd på båda diagonalerna och belysningsgradienten är båda klassiska indikationer på ett urvalsprov. Det här är ingen bra inryckning.

Detta är en bra inryckning.

Det beslutades att indragningsformen skulle kunna geometriskt liknande intryck, oavsett storlek; intrycket ska ha väldefinierade mätpunkter; och indragaren bör ha hög motståndskraft mot självdeformation. En diamant i form av en fyrkantig pyramid uppfyllde dessa villkor. Det hade fastställts att den ideala storleken på en Brinell intryck var 3 / åtta av kulans diameter. Eftersom två tangenter till cirkeln vid ändarna av ett ackord 3 d /8 långt skärs vid 136 °, beslutades det att använda detta som den inkluderade vinkeln mellan planytorna på indragspetsen. Detta ger en vinkel från varje sida normal till horisontalplanet normal på 22 ° på varje sida. Vinkeln varierades experimentellt och man fann att hårdhetsvärdet som erhölls på ett homogent materialstycke förblev konstant, oavsett belastning. Följaktligen appliceras belastningar av olika storlekar på en plan yta, beroende på hårdheten hos det material som ska mätas. HV-talet bestäms sedan av förhållandet F/A , där F är kraften som appliceras på diamanten i kilogram-kraft och A är ytarean för den resulterande fördjupningen i kvadratmillimeter. A kan bestämmas med formeln.

${\ displaystyle A = {\ frac {d^{2}} {2 \ sin (136^{\ circ}/2)}},}$

som kan approximeras genom att utvärdera sinustermen att ge,

${\ displaystyle A \ approx {\ frac {d^{2}} {1.8544}},}$

där d är den genomsnittliga längden på diagonalen som lämnas av indragaren i millimeter. Därav,

${\ displaystyle \ mathrm {HV} = {\ frac {F} {A}} \ approx {\ frac {1.8544F} {d^{2}}} \ quad [{\ textrm {kgf/mm}}^{ 2}]}$,

där F är i kgf och d är i millimeter.

Motsvarande enhet för HV är då kilogramkraften per kvadratmillimeter (kgf/mm²) eller HV-nummer. I ekvationen ovan kan F vara i N och d i mm, vilket ger HV i SI -enheten MPa. För att beräkna Vickers hårdhetsnummer (VHN) med hjälp av SI-enheter måste man omvandla kraften som appliceras från newton till kilogram-kraft genom att dividera med 9,806 65 ( standard gravitation ). Detta leder till följande ekvation:

${\ displaystyle \ mathrm {HV} \ approx {0.1891} {\ frac {F} {d^{2}}} \ quad [{\ textrm {kgf/mm}}^{2}],}$

där F är i N och d är i millimeter. Ett vanligt fel är att ovanstående formel för att beräkna HV -talet inte resulterar i ett tal med enheten Newton per kvadratmillimeter (N/mm²), utan resulterar direkt i Vickers hårdhetsnummer (vanligtvis utan enheter), vilket är i faktiskt en kilogram-kraft per kvadratmillimeter (1 kgf/mm²).

Vickers hårdhetsnummer rapporteras som xxxHVyy , t.ex. 440HV30 eller xxxHVyy/zz om kraftens varaktighet skiljer sig från 10 s till 15 s, t.ex. 440HV30/20, där:

• 440 är hårdhetsnumret,
• HV ger hårdhetsskalan (Vickers),
• 30 anger belastningen som används i kgf.
• 20 anger laddningstiden om den skiljer sig från 10 s till 15 s

Försiktighetsåtgärder

Vid hårdhetstesterna måste man beakta minimiavståndet mellan fördjupningar och avståndet från fördjupningen till provkanten för att undvika interaktion mellan de arbetshärdade områdena och effekterna av kanten. Dessa minimiavstånd är olika för ISO 6507-1 och ASTM E384 standarder.

Vickers värden är generellt oberoende av testkraften: de kommer att bli desamma för 500 gf och 50 kgf, så länge kraften är minst 200 gf. Emellertid uppvisar indragningar med lägre belastning ofta ett beroende av hårdhet på indragningsdjupet som kallas indragningsstorlekseffekten (ISE). Små indragstorlekar kommer också att ha mikrostrukturberoende hårdhetsvärden.

För tunna prover kan indragningsdjup vara ett problem på grund av substrateffekter. Som tumregel bör provtjockleken hållas större än 2,5 gånger indragningsdiametern. Alternativt kan indragningsdjupet,, beräknas enligt: ${\ displaystyle t}$

${\ displaystyle t = {\ frac {d _ {\ rm {avg}}} {2 {\ sqrt {2}} \ tan {\ frac {\ theta} {2}}}} \ approx {\ frac {d_ { \ rm {avg}}} {7.0006}},}$

Konvertering till SI -enheter

För att omvandla Vickers hårdhetsnummer till SI-enheter måste hårdhetsnumret i kilogram-kraft per kvadratmillimeter (kgf/mm²) multipliceras med standardvikten , för att få hårdheten i MPa (N/mm²) och vidare dividerat med 1000 för att få hårdheten i GPa. ${\ displaystyle g_ {0}}$

${\ displaystyle {\ text {hårdhetsyta (GPa)}} = {\ frac {g_ {0}} {1000}} HV = {\ frac {9.80665} {1000}} HV}$

Vickers hårdhet kan också omvandlas till en SI -hårdhet baserat på den projicerade ytan av fördjupningen snarare än ytan. Det projicerade området ,, definieras som följande för en Vickers indentergeometri: ${\ displaystyle A _ {\ rm {p}}}$

${\ displaystyle A _ {\ rm {p}} = {\ frac {d _ {\ rm {avg}}^{2}} {2}} = {\ frac {1.854} {2}} {A_ {s}} }$

Denna hårdhet kallas ibland det genomsnittliga kontaktområdet eller Meyer -hårdheten , och kan helst jämföras direkt med andra hårdhetstester som också definieras med hjälp av projicerat område. Var försiktig när man jämför andra hårdhetstester på grund av olika storleksskalfaktorer som kan påverka den uppmätta hårdheten.

${\ displaystyle {\ text {projicerad områdets hårdhet (GPa)}} = {\ frac {g_ {0}} {1000}} {\ frac {2} {1.854}} HV \ approx {\ frac {HV} {94.5 }}}$

Uppskattning av draghållfasthet

Om HV först uttrycks i N/mm ² (MPa), eller på annat sätt genom att omvandla från kgf/mm ² , kan materialets draghållfasthet (i MPa) approximeras som σ _u ≈ HV/ c , där c är en konstant bestämd av avkastningsstyrka, Poissons förhållande, arbetshärdande exponent och geometriska faktorer-vanligtvis mellan 2 och 4. Med andra ord, om HV uttrycks i N/mm ² (dvs i MPa) då draghållfastheten (i MPa) ≈ HV/3. Denna empiriska lag beror varierande på materialets arbetshärdande beteende.

Ansökan

De fin fäststift och hylsor i Convair 580 passagerarplan angavs av flygplanstillverkaren att härdas till en Vickers hårdhet specifikation av 390HV5, den '5' betyder fem kp . Men på flygplanet som flyger Partnair Flight 394 befanns stiften senare ha ersatts med sub-standarddelar, vilket ledde till snabbt slitage och slutligen förlust av flygplanet. Vid undersökning fann olycksutredare att sub-standard stiften hade ett hårdhetsvärde på endast cirka 200-230HV5.

Se även

Referenser

Vidare läsning

• Meyers och Chawla (1999). "Avsnitt 3.8". Mekaniskt beteende hos material . Prentice Hall, Inc.
• ASTM E92: Standardmetod för Vickers hårdhet av metalliska material (uttagen och ersatt av E384-10e2)
• ASTM E384: Standard testmetod för Knoop och Vickers materialhårdhet
• ISO 6507-1: Metalliska material-Vickers hårdhetstest-Del 1: Testmetod
• ISO 6507-2: Metalliska material-Vickers hårdhetstest-Del 2: Verifiering och kalibrering av testmaskiner
• ISO 6507-3: Metalliska material-Vickers hårdhetstest-Del 3: Kalibrering av referensblock
• ISO 6507-4: Metalliska material-Vickers hårdhetstest-Del 4: Tabeller med hårdhetsvärden
• ISO 18265: Metalliska material - omvandling av hårdhetsvärden

externa länkar

• Video om Vickers hårdhetstest
• Vickers hårdhetstest
• Omvandlingstabell - Vickers, Brinell och Rockwell vågar