سختی ویکرز چیست؟

مراحل اندازه‌گیری سختی ویکرز

اندازه‌گیری سختی ویکرز به صورت زیر انجام می‌شود:

1. آماده‌سازی نمونه

   – سطح ماده باید صاف و تمیز باشد. در صورت نیاز، سطح نمونه با سنباده یا سایر روش‌ها صیقل یا پولیش می‌شود تا عیوب و ناهمواری‌ها از بین بروند.

2. انتخاب نیرو یا بار

   – بار مناسب برای آزمایش انتخاب می‌شود. این بار می‌تواند بسته به نوع ماده و خواص مورد نظر متفاوت باشد. معمولاً بارها در روش ویکرز بین ۱۰۰ گرم تا ۱۰۰ کیلوگرم متغیر هستند.

3. اعمال ایندنتور الماسی

   – یک الماس هرمی با زاویه ۱۳۴ درجه به سطح نمونه فشار داده می‌شود. این فشار به مدت معین (معمولاً 10-15 ثانیه) نگه داشته می‌شود.

ایندنتور میکرو ویکرز در حال اعمال بار بر روی نمونه مانت شده

4. برداشتن بار

   – پس از پایان زمان بارگذاری، بار بدون اعمال ضربه و لرزش برداشته می‌شود و اثر باقی‌مانده (فرورفتگی) بر روی سطح ماده مشاهده می‌شود.

5. اندازه‌گیری فرورفتگی

   – با استفاده از میکروسکوپ یا ابزار دقیق، ابعاد فرورفتگی (معمولاً دو قطر عمود بر هم) اندازه‌گیری می‌شود.

6. محاسبه سختی

   – با استفاده از اندازه‌گیری‌های انجام شده و فرمول سختی ویکرز، سختی محاسبه می‌شود.

روش محاسبه سختی ویکرز (فرمول ویکرز)

واحد اندازه‌گیری سختی در روش ویکرز، کیلوگرم نیرو بر میلی‌متر مربع (kgf / mm²) یا عدد HV است که به صورت پایدار و به مدت زمان مشخصی (معمولاً ۱۵ ثانیه) بر روی نمونه اعمال می‌شود و دو قطر فرورفتگی به عنوان معیار سختی نمونه اندازه‌گیری می‌شود. این عدد از تقسیم نیروی اعمالی بر مساحت اثر ایندنتور بدست می آید.

مقدار سختی ماده پس از آزمون سختی سنجی ویکرز توسط رابطه زیر حاصل می شود:

که در آن:

VH) یا (HV) سختی ویکرز

F) نیروی اعمال شده (بر حسب کیلوگرم)

d) میانگین قطر فرورفتگی (بر حسب میلی‌متر)

ایندنتور یا فرورونده ویکرز (Indenter)

همانطور که اشاره شد ایندنتور ویکرز یک هرم مربع القاعده با زاویه رأس 136 درجه از جنس الماس است که با بدنه ای در ابعاد مختلف ساخته می شود. ایندنتور سختی ماکرو ابعاد بزرگتری نسبت به سختی میکرو دارد.

انواع ایندنتور یا فرورونده ویکرز

استانداردهای سختی ویکرز

آزمایش سختی ویکرز (Vickers Hardness) از استانداردهای ISO 6507، ASTM E92  و ASTM E384 پیروی می‌کند.

در این روش، مقدار نیرو اعمال شده توسط فرورونده از 1 gf تا 120 kgf در استانداردهای ISO و ASTM متغیر است. در این استانداردها می‌توان از روش ویکرز برای اندازه گیری سختی در محدوده میکرو ویکرز تا ماکرو ویکرز استفاده کرد.

تخمین استحکام کششی ماده از روی عدد سختی ویکرز

اگر سختی ویکرز HV بر حسب نیوتن بر میلیمتر مریع (MPa) با تبدیل از kgf / mm² (کیلوگرم نیرو بر میلیمتر مربع) بیان شود، مقاومت کششی (در واحد MPa(مگا پاسکال)) ماده را می‌توان به صورت σu ≈ HV / c ≈ HV / 3 تقریب زد، که در آن c یک ثابت است که توسط مقاومت تسلیم، نسبت پواسون، توان سخت کاری و عوامل هندسی تعیین می‌شود – و معمولاً بین ۲ تا ۴ متغیر است. به عبارت دیگر، اگر سختی ویکرز HV برحسب N / mm 2 (یعنی MPa) بیان شود، مقاومت کششی (در واحد مگاپاسکال) ≈ HV/3 است. این قانون تجربی به صورت متغیر به رفتار سخت‌کنندگی مواد بستگی دارد.

تبدیل سختی ویکرز به راکول و برینل

سختی ویکرز در محدوده های گسترده ای اندازه گیری می شود و طبق جداول تبدیل استاندارد امکان تبدیل سختی ویکرز به برینل و راکول وجود دارد. نمونه ای از جدول تبدیل سختی در مقیاس های مختلف در ادامه آمده است.