Tvrdoća po Vickersu

Izvor: Wikipedija
Skoči na: orijentacija, traži
Prikaz ispitivanja tvrdoće po Vickersu.
Zbog netočnosti rada, nesavršenosti uzorka i sličnog (često puta je kvadrat iskrivljen), mjere se obje dijagonale kvadrata (d1 i d2) i uzima se srednja vrijednost dijagonale d.
Uređaj za ispitivanje tvrdoće po Vickersu.

Tvrdoća po Vickersu (oznaka: HV) je mjera otpornosti što ga neki materijal pruža prodiranju dijamantne četverostrane piramide s vršnim kutom od 136º, opterećene silom F (N). Taj je vršni kut odabran prema čeličnoj kuglici promjera D (mm), koja se koristi kod ispitivanja tvrdoće po Brinellu, a ostavlja udubljenje promjera d = 0,375 D (to odgovara prosječnoj vrijednosti donje i gornje granice promjera udubljenja, koje se kreće od 0,25 do 0,5 promjera kuglice D, unutar kojih su upotrebljivi rezultati ispitivanja tvrdoće po Brinellu). Udubljenje piramide daje kvadrat na površini uzorka, ali zbog netočnosti rada, nesavršenosti uzorka i sličnog (često puta je kvadrat iskrivljen), mjere se obje dijagonale kvadrata (d1 i d2) i uzima se srednja vrijednost dijagonale d. Zbog toga se rezultati ispitivanja tvrdoće po Brinellu i tvrdoće po Vickersu dobro podudaraju do 4500 N/mm2. [1]

Tvrdoća po Vickersu je razvijena u tvrtci Vickers Ltd., kao zamjena za ispitivanja tvrdoće po Brinellu. Tvrdoća po Vickersu (oznaka: HV) iskazuje se kao naprezanje na površini udubljenja:

HV = F / A

gdje je: A – površina udubljenja dijamantne četverostrane piramide (mm2), F – tlačna sila utiskivanja (N). Površina udubljenja dijamantne četverostrane piramide se može izračunati:

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

ili približno:

A \approx \frac{d^2}{1,8544}

gdje je d - srednja vrijednost dijagonale d = (d1 + d2) / 2. Iz toga proizlazi:

HV = \frac{F}{A} \approx \frac{1,8544 F}{d^2}

gdje je: F - tlačna sila utiskivanja (N).

Ograničenja[uredi VE | uredi]

Ograničenja su za ispitivanja tvrdoće po Vickersu: [2]

  • debljina uzorka treba biti barem 8 puta veća od dubine utisnute dijamantne četverostrane piramide,
  • trajanje povećanja sile do konačne vrijednosti iznosi 15 sekundi, a njeno djelovanje traje 30 ili više sekundi,
  • sila nije ograničena, a ona je rijetko veća od 1000 N (100 kg), a ponekad je i vrlo mala, svega nekoliko mN.

Zbog toga se nekad ispitivanje tvrdoće po Vickersu označuje oznakom xxxHVyy, kao na primjer 440HV30, ili xxxHVyy/zz, ako se trajanje sile razlikuje (na primjer od 10 s na 15 s, pa je oznaka 440Hv30/20). Vrijednosti znače:

  • 440 – vrijednost tvrdoće po Vickersu (4400 N/mm2),
  • HV – oznaka tvrdoće po Vickersu,
  • 30 – označuje vrijednost sile u kilogramima: 30 kg (294 N).
  • 20 - označuje trajanje sile ako se razlikuje od 10 s na 15 s.
Primjeri vrijednosti HV za različite materijale:[3]
Materijal Vrijednost
316L nehrđajući čelik 140HV30
347L nehrđajući čelik 180HV30
Ugljični čelik 55–120HV5
Željezo 30–80HV5

Ograničenja ispitivanja vezano za rub uzorka[uredi VE | uredi]

Kod ispitivanja tvrdoće po Vickersu treba paziti na udaljenost između utisnute četverostrane piramide i ruba uzorka, da se izbjegne utjecaj rubova na tvrdoću uzorku. Najmanje udaljenosti za mjerenje se mogu naći u standardima ISO 6507-1 i ASTM E384.

Standard Najmanja udaljenost između otisaka Najmanja udaljenost od centra otiska do ruba uzorka
ISO 6507-1 > 3·d za čelik i bakrene legure i > 6·d za lagane metale 2.5·d čelik i bakrene legure i > 3·d za lagane metale
ASTM E384 2.5·d 2.5·d

Prednosti i nedostaci[uredi VE | uredi]

Vickers je svojom metodom uklonio glavne nedostatke Brinellove metode, pa je primjenom ove metode moguće mjeriti i najtvrđe materijale. Ovdje tvrdoća nije ovisna o primijenjenoj sili. Prvi nedostatak uklonjen je primjenom najtvrđeg materijala: dijamanta za utiskivač, a drugi geometrijom utiskivanja. Otisak je vrlo malen, pa ne oštećuje površinu (važno pri mjerenju tvrdoće gotovih proizvoda). Moguće je mjeriti i vrlo tanke uzorke primjenom male sile. Nadalje upotrebom male sile moguće je mjeriti tvrdoću pojedinih kristalnih zrna. Vickersova metoda jedina je primjenjiva u znanstveno - istraživačkom radu na području materijala. [4]

Nedostatak je što osim finog brušenja, potrebno je i poliranje uzoraka, kao što se to radi u metalografskoj pripremi. Za mjerenje veličine otiska nije dovoljno pomično mjerilo kao kod Brinella, već mjerni mikroskop.

Usporedba raznih postupaka ispitivanja tvrdoće[uredi VE | uredi]

Postoje razni postupci za ispitivanja tvrdoće, a ponekad i nije moguće sasvim točno usporediti rane postupke, tako da slijedeća tablica daje približne vrijednosti, da bi se vrijednosti mogle usporediti:

Tvrdoća po Brinellu
(10 mm kuglica, 3000 kg sila)
Tvrdoća po Vickersu HV
(120 kg)
Tvrdoća po Rockwellu HRC
(120º stožac, 150 kg)
Tvrdoća po Rockwellu HRB
(1,5875 mm kuglica, 100 kg)
Leeb HLD[5]
800 - 72 - 857
780 1220 71 - 850
760 1170 70 - 843
745 1114 68 - 837
725 1060 67 - 829
712 1021 66 - 824
682 940 65 - 812
668 905 64 - 806
652 867 63 - 799
626 803 62 - 787
614 775 61 - 782
601 746 60 - 776
590 727 59 - 770
576 694 57 - 763
552 649 56 - 751
545 639 55 - 748
529 606 54 - 739
514 587 53 120 731
502 565 52 119 724
495 551 51 119 719
477 534 49 118 709
461 502 48 117 699
451 489 47 117 693
444 474 46 116 688
427 460 45 115 677
415 435 44 115 669
401 423 43 114 660
388 401 42 114 650
375 390 41 113 640
370 385 40 112 635
362 380 39 111 630
351 361 38 111 621
346 352 37 110 617
341 344 37 110 613
331 335 36 109 605
323 320 35 109 599
311 312 34 108 588
301 305 33 107 579
293 291 32 106 572
285 285 31 105 565
276 278 30 105 557
269 272 29 104 550
261 261 28 103 542
258 258 27 102 539
249 250 25 101 530
245 246 24 100 526
240 240 23 99 521
237 235 23 99 518
229 226 22 98 510
224 221 21 97 505
217 217 20 96 497
211 213 19 95 491
206 209 18 94 485
203 201 17 94 482
200 199 16 93 478
196 197 15 92 474
191 190 14 92 468
187 186 13 91 463
185 184 12 91 461
183 183 11 90 459
180 177 10 89 455
175 174 9 88 449
170 191 7 87 443
167 168 6 87 439
165 165 5 86 437
163 162 4 85 434
160 159 3 84 430
156 154 2 83 425
154 152 1 82 423
152 150 - 82 420
150 149 - 81 417
147 147 - 80 413
145 146 - 79 411
143 144 - 79 408
141 142 - 78 405
140 141 - 77 404
135 135 - 75 397
130 130 - 72 390
114 120 - 67 365
105 110 - 62 350
95 100 - 56 331
90 95 - 52 321
81 85 - 41 300
76 80 - 37 287

Usporedba s Mohsovom ljestvicom[uredi VE | uredi]

Usporedba Mohsove ljestvice s tvrdoćom po Vickersu: [6]

Mineral
(naziv)
Mohsova tvrdoća Tvrdoća po Vickersu (HV)
kg/mm2
Grafit 1 – 2 VHN10 = 7 – 11
Kositar 1,5 VHN10 = 7 – 9
Bizmut 2 – 2,5 VHN100 = 16 – 18
Zlato 2,5 VHN10 = 30 – 34
Srebro 2,5 VHN100 = 61 – 65
Kalkocit 2,5 – 3 VHN100 = 84 – 87
Bakar 2,5 – 3 VHN100 = 77 – 99
Olovni sjajnik (galenit) 2,5 VHN100 = 79 – 104
Sfalerit 3,5 – 4 VHN100 = 208 – 224
Hezlevodit 4 VHN100 = 230 – 254
Karolit 4,5 – 5,5 VHN100 = 507 – 586
Getit 5 – 5,5 VHN100 = 667
Hematit 5 – 6 VHN100 = 1000 – 1100
Kromit 5,5 VHN100 = 1278 – 1456
Anatas 5,5 – 6 VHN100 = 616 – 698
Rutil 6 – 6,5 VHN100 = 894 – 974
Pirit 6 – 6,5 VHN100 = 1505 – 1520
Boveit 7 VHN100 = 858 – 1288
Euklas 7,5 VHN100 = 1310
Krom 8,5 VHN100 = 1875 – 2000

Poveznice[uredi VE | uredi]

Izvori[uredi VE | uredi]

  1. "Strojarski priručnik", Bojan Kraut, Tehnička knjiga Zagreb 2009.
  2. "Tehnička enciklopedija", glavni urednik Hrvoje Požar, Grafički zavod Hrvatske, 1987.
  3. "Smithells Metals Reference Book", 8th Edition, ch. 22
  4. [1] "Postupci mjerenja tvrdoće", www.vorax.hr/dokumenti/hr, 2011.
  5. H.Pollok, „Umwertung der Skalen“ (“Conversion of Scales”), Qualität und Zuverlässigkeit, Ausgabe 4/2008.
  6. [2] mindat.org