Твёрдость по Виккерсу и микротвёрдость
Метод Виккерса определяет твёрдость по размеру остаточного отпечатка алмазной пирамиды с квадратным основанием. Угол между противоположными гранями составляет 136°. После выдержки под заданной силой измеряют обе диагонали, а для расчёта используют их среднее: d = (d1 + d2)/2. Одна диагональ не заменяет вторую, особенно при асимметричном отпечатке, наклонной поверхности или анизотропной структуре.
Формула и согласование единиц
При F в ньютонах и d в миллиметрах применяют HV = 0,1891 F/d². Если сила записана в килограмм-силах, коэффициент составляет 1,8544: HV = 1,8544 Fkgf/d². Коэффициенты округлены, поэтому результаты двух записей могут слегка различаться в последнем знаке. Подстановка ньютонов в формулу с коэффициентом 1,8544 завышает значение примерно в 9,81 раза. Обозначение HV сохраняет условную шкалу метода: его не подписывают как результат прямого измерения напряжения в МПа.
| Контролируемая величина | Запись в расчёте | Что проверяют |
|---|---|---|
| Сила | F, Н | Соответствие нагрузке и проверке машины |
| Две диагонали | d1, d2, мм | Резкость углов и качество геометрии |
| Средняя диагональ | d = (d1 + d2)/2 | Перевод мкм в мм до возведения в квадрат |
| Результат | HV с индексом нагрузки | Нагрузка, выдержка и место измерения |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Пример для малой нагрузки
Возьмём условную силу 1,96133 Н, соответствующую 0,2 кгс. Измерены диагонали 35 и 37 мкм, то есть 0,035 и 0,037 мм. Среднее d = 0,036 мм. Расчёт HV = 0,1891 × 1,96133/0,036² = 286,18 даёт около 286 HV 0,2. Значение относится только к этому условному отпечатку; оно не является паспортной характеристикой стали или покрытия.
Для сравнения чувствительности предположим, что средняя диагональ оценена как 0,037 мм при той же силе. Получается 270,92 HV, примерно на 5,33% меньше. Линеаризованная оценка относительного вклада ошибки диагонали имеет вид 2 Δd/d: при Δd = 0,001 мм и d = 0,036 мм она равна 5,56%. Разница обусловлена конечным изменением величины и приближённостью линейной оценки. Такая оценка не включает ошибку силы и воспроизводимость подготовки поверхности.
Микротвёрдость и границы метода
Уменьшение нагрузки позволяет исследовать локальные участки, но одновременно усиливает влияние оптической погрешности и подготовки поверхности. Официальная область ISO 6507-1:2023 предусматривает диагонали 0,020…1,400 мм. Меньший отпечаток нельзя автоматически объявлять измерением по этой процедуре. Для профиля по глубине упрочнённого слоя существенны координаты центра каждого отпечатка и влияние соседних пластически деформированных зон.
Выбор нагрузки не сводится к получению максимально малого следа. Проверяют толщину слоя, размеры структурных составляющих, расстояние до границы и возможность различить углы отпечатка. Шлифование должно сохранять исследуемую структуру; перегрев и наклёп при подготовке изменяют сам объект измерения. Для покрытий предварительно выясняют, не влияет ли подложка на результат. Согласно официальной области ISO 6507-1:2023, измерение нормально к поверхности покрытия не относится к этому стандарту при толщине покрытия менее 0,030 мм; измерение его поперечного сечения — при толщине менее 0,100 мм. Эти пороги не отменяют проверки качества отпечатка и влияния подложки.
В итоговой таблице приводят диагонали каждого отпечатка, нагрузку, выдержку, координаты и отдельные значения HV. Сравнивать профили разных образцов следует при согласованной процедуре. Различие результатов при разных нагрузках нельзя без проверки приписывать только изменению материала: возможны размерный эффект, различная локальность измерения и различная относительная погрешность оптики.
Измерительную систему проверяют на соответствующем масштабе увеличения. Сохранённое изображение с нанесёнными диагоналями позволяет отдельно оценить обработку отпечатка и проследить причину расхождения между операторами.