Twardościomierz Vickersa – czyli urządzenie do badania twardości materiału

Twardość to jeden z podstawowych parametrów różnego rodzaju materiałów, którą można mierzyć na kilka sposobów. Jednym z nich jest użycie twardościomierza Vickersa. Jak wygląda ta metoda? Jakie są jej wady i zalety? Odpowiedzi na te i inne pytania znajdują się w niniejszym artykule.

Na czym polega metoda Vickersa?

Metoda Vickersa to jedna z najpopularniejszych metod badania twardości, do czego wykorzystuje się twardościomierz Vickersa. Posiada on diamentowy wgłębnik, który wgniata się z określoną siłą w badany materiał. W efekcie powstaje kwadratowy odcisk, a zmierzenie jego przekątnych pozwala określić twardość. Jest to bardzo uniwersalna metoda, którą stosuje się najczęściej do badania twardości metalu, a w szczególności twardości złączy spawanych.

Jak przebiega pomiar twardości metodą Vickersa? Otóż, określa ją norma PN-EN ISO 6507, która opisuje zastosowanie trzech zakresów sił. Dzięki temu twardościomierz, który za każdym razem jest wyposażony w ten sam wgłębnik może służyć do badania wielu rodzajów materiałów oraz różnorodnych elementów. Wgłębnikiem w tym przypadku jest czworoboczny ostrosłup foremny diamentowy o kącie rozwarcia wierzchołka 136˚. Zgodnie ze wspomnianą wcześniej normą pomiar twardości powinien odbywać się dla długości przekątnych w zakresie od 0,020 mm do 1,400 mm. Twardość określana metodą Vickersa stanowi w tym przypadku iloraz siły nacisku oraz pola powierzchni podstawy ostrosłupa prostego o podstawie kwadratu. Jest ona oznacza przez HV, a parametr ten jest zbliżony do twardości, którą uzyskuje się wykorzystując twardościomierz Brinella.

Przebieg badania twardości metodą Vickersa

Jak już wspomniano twardościomierz Vickersa to urządzenie, które może być wykorzystywane w przypadku wielu rodzajów metalu. Istotne jest jednak to, by próbka była odpowiednio przygotowana, co należy rozumieć poprzez wygładzenie jej powierzchni, a także usunięcie zgorzeliny oraz odtłuczenie. Zapewnia to stabilizację próbki, czego wymaga twardościomierz do metalu. Ważne jest również to, by grubość badanej próbki była minimum 1,5 raza większa niż długość przekątnej odcisku. Miarodajny wynik uzyskuje się natomiast stosują stosując współczynnik korekcyjny przedstawiony w tabelach od B.1 do B.6, które znajdują się w normie PN-EN ISO 6507.

W trakcie badania twardościomierzem Vickersa należy doprowadzić wgłębnik do styku z badaną powierzchnią, a następnie nadać mu siłę prostopadłą do powierzchni próbki. Wartość nominalna powinna zostać osiągnięta w czasie pomiędzy 2, a 8 sekundami, a obciążenie próbki powinno trwać od 10 do 15 sekund. W celu uzyskania poprawnych wyników należy pamiętać również o tym, że:

• w przypadku stali oraz miedzi i jej stopów odległość środka odcisku od krawędzi próbki powinna przekraczać 2,5 krotność średniej długości przekątnej, a w przypadku stopów metali lekkich (np. aluminium, ołów lub cyna) przekraczać 3 krotność;
• długości dwóch przekątnych jednego odcisku nie powinny się różnic od siebie o więcej niż 5%;
• należy dobrać odpowiednie powiększenie obrazu, które powinno znajdować się na poziomie pomiędzy 25 a 75% średnicy pola widzenia.

Wynik uzyskane dzięki zastosowaniu twardościomierza Vickersa należy analizować opierając się na tablicach obliczeniowych znajdujących się w normie PN-EN ISO 6507-4.

Wady i zalety wykorzystania twardościomierza Vickersa

Mając świadomość, że metoda Vickersa jest jednym z najczęściej stosowanych sposobów określania twardości metali warto przedstawić jej wady oraz zalety. W tym pierwszy przypadku należy wskazać m.in:

• uniwersalność, która wynika z możliwości zastosowania jednego wgłębnika do każdego rodzaju materiału;
• najszerszą skalę pomiarową spośród najczęściej używanych metod badawczych;
• małą inwazyjność odcisków na powierzchni badanej próbki;
• dużą dokładność pomiaru twardościomierzem Vickersa oraz stosunkowo niską niepewność;
• fakt, że wynik pomiaru twardości nie jest uzależniony od obciążenia, które zostało zastosowane w trakcie badania.

Wśród wad wykorzystania twardościomierza Vickersa należy wymienić natomiast:

• małą wydajność pomiaru w odniesieniu do możliwości oferowanych przez twardościomierz Rockwella;
• zależność możliwości wykonania badania od chropowatości materiału;
• trudność przeprowadzenia badania na materiałach gruboziarnistych i niejednorodnych.

Podsumowując należy stwierdzić, że twardościomierz Vickersa to urządzenie, które pozwala z dużą dokładnością określić twardość wielu różnych materiałów. Uzyskanie prawidłowego rezultatu jest jednak uzależnione od tego, czy badanie zostanie przeprowadzone we właściwy sposób.