При випробуванні на твердість за методом Віккерса в поверхню матеріалу вдавлюється алмазна чотиригранна піраміда з кутом при вершині = 136 0 (Рис. 1.1). Після зняття навантаження вдавлення вимірюється діагональ відбитка d1. Число твердості по Віккерсу HV підраховується як відношення навантаження З до площі поверхні пірамідального відбитка М:
Число твердості по Віккерсу позначається символом HV із зазначенням навантаження P і часу витримки під навантаженням, причому розмірність числа твердості (кгс / мм 2) не ставиться. Тривалість витримки индентора під навантаженням приймають для сталей 10 - 15 с, а для кольорових металів - 30 с.
Наприклад, 450 hv10 / 15 означає, що число твердості по Віккерсу 450 отримано при p = 10 кгс (98,1 н), яка додається до алмазної піраміді протягом 15 с.
Переваги методу Віккерса в порівнянні з методом Брінелля полягає в тому, що методом Віккерса можна відчувати материали більш високої твердості через застосування алмазної піраміди.
Вимірювання твердості по Роквеллу
Мал. 3 Положення наконечника при визначенні твердості по Роквеллу: I-IVпоследовательность навантаження.
При цьому методі індентором є алмазний конус або сталевий загартований кульку. На відміну від вимірювань за методом Брінелля твердість визначають по глибині відбитка, а не по його площі. Глибина відбитка вимірюється в самому процесі вдавлення, що значно спрощує випробування. Навантаження додається послідовно в дві стадії (ГОСТ 9013-59): спочатку попередня, зазвичай рівна 10 кгс (для усунення впливу пружної деформації і різного ступеня шорсткості), а потім основна (Рис. 3).
Мал. 4 Схема приладу для вимірювання твердості по Роквеллу
Після додатки попереднього навантаження індикатор, який вимірює глибину відбитка, встановлюється на нуль. Коли відбиток отриманий додатком остаточної навантаження, основне навантаження знімають і вимірюють залишкову глибину проникнення наконечнікаt.
Твердість вимірюють на приладі Роквелла (Рис. 4), в нижній частині станції якого встановлений столик 5. У верхній частині станції індикатор 3, масляний регулятор 2 і шток 4, в якому встановлюється наконечник з алмазним конусом (які мають кут при вершині 120 0 і радіус заокруглення 0,2 мм) або сталевою кулькою діаметром 1,588 мм. Індикатор 3 являє собою циферблат, на якому нанесені дві шкали (чорна і червона) і є дві стрілки - велика (покажчик твердості) і маленька - для контролю величини попереднього навантаження, яке повідомляється обертанням маховика 6. Столик з встановленим на ньому зразком для вимірювань піднімають обертанням маховика до тих пір, поки мала стрілка не опиниться проти червоної точки на шкалі. Це означає, що наконечник вдавлюється в зразок під попередньою навантаженням, що дорівнює 10 кгс.
Після цього повертають шкалу індикатора (коло циферблата) до збігу цифри 0 на чорній шкалою з великою стрілкою. Потім включають основне навантаження, яка визначається вантажем 1, і після зупинки стрілки зчитують значення твердості по Роквеллу, що представляє собою цифру. Столик зі зразком опускають, обертаючи маховик проти годинникової стрілки.
Твердомер Роквелла вимірює різницю між глибиною відбитків, отриманих від вдавлення наконечника під дією основної та попередньої навантажень. Кожне тиск (одиниця шкали) індикатора відповідає глибині вдавлення 2 мкм. Однак умовне число твердості по Роквеллу (HR) являє собою не зазначену глибину вдавлення t, а величину 100 - t по чорній шкалі при вимірюванні конусом і величину 130 - t по червоній шкалі при вимірюванні кулькою.
Числа твердості по Роквеллу не мають розмірності і того фізичного сенсу, який мають числа твердості по Бринеллю, проте можна знайти співвідношення між ними за допомогою спеціальних таблиць.
Твердість за методом Роквелла можна вимірювати:
алмазним конусом з загальним навантаженням 150 кгс. Твердість вимірюється за шкалою С і позначається HRC (наприклад, 65 HRC). Таким чином визначають твердість загартованої і відпущеної сталей, матеріалів середньої твердості, поверхневих шарів товщиною більше 0,5 мм;
алмазним конусом з загальним навантаженням 60 кгс. Твердість вимірюється за шкалою А, що збігається зі шкалою С, і позначається HRA. Застосовується для оцінки твердості дуже твердих матеріалів, тонких поверхневих шарів (0,3 ... 0,5 мм) і тонколистового матеріалу;
сталевим кулькою з загальним навантаженням 100 кгс. Твердість позначається HRB і вимірюється по червоній шкалі B. Так визначають твердість м'якою (відпалений) стали і кольорових сплавів.
При вимірі твердості на приладі Роквелла необхідно, щоб на поверхні зразка не було окалини, тріщин, вибоїн і ін. Необхідно контролювати перпендикулярність програми навантаження і поверхні зразка і стійкість його положення на столику приладу. Відстань відбитка має бути не менше 1,5 мм при вдавливании конуса і не менше 4 мм при вдавливании кульки.
Твердість слід вимірювати не менше 3 разів на одному зразку, усредняя отримані результати.
Перевага методу Роквелла в порівнянні з методами Брінелля і Віккерса полягає в тому, що значення твердості по методу Роквелла фіксується безпосередньо стрілкою індикатора, при цьому відпадає необхідність в оптичному вимірі розмірів відбитка.