Evident LogoOlympus Logo
InSight Blog

Co je to zkouška mikrotvrdosti? Porovnání metod Vickers a Knoop

By  -

Při řešení kvality materiálu je důležitým parametrem tvrdost materiálu, a to jak pro kontrolu kvality, tak pro vývoj nových slitin či další úkoly v oblasti výzkumu materiálů.

V tomto příspěvku zodpovíme některé klíčové otázky o tvrdosti materiálu a podíváme se na to, jak se provádí měření při zkouškách makrotvrdosti a mikrotvrdosti. Dále se zde dočtete o jednoduchém softwarovém průvodci, který usnadňuje zkoušky mikrotvrdosti podle metod Vickers a Knoop.

Co je to tvrdost?

Tvrdost udává, jak dobře daný materiál odolává deformaci, tj. rozměrovým nebo tvarovým změnám způsobeným fyzikálními silami. Schopnost objektivně měřit a porovnávat tvrdost materiálů je klíčová pro volbu správného materiálu pro daný způsob použití.

Jak se tvrdost zkouší?

Tvrdost se měří pomocí zkoušky, při níž se do povrchu materiálu určitou silou a na standardizovanou dobu zatlačí indentor. Tuto zkoušku lze využít pro širokou škálu materiálů, jako jsou různé kovy či slitiny, keramika, polymery a fólie.

Zkouška makrotvrdosti vs. zkouška mikrotvrdosti: V čem je rozdíl?

Obecně řečeno platí, že větší vzorky se testují pomocí zkoušky makrotvrdosti, zatímco menší vzorky pomocí zkoušky mikrotvrdosti. Obojí typ zkoušky se provádí podle mezinárodních norem – např. ISO (Mezinárodní organizace pro normalizaci) nebo ASTM (American Society for Testing and Materials).

Uveďme si přehled obou metod:

1. Zkouška makrotvrdosti

Při zkoušce makrotvrdosti se měří tvrdost materiálu ve větším měřítku pod velkým zatížením – zpravidla přes 1 kg nebo zhruba 10 newtonů (N). Kontroloři tuto zkoušku využívají u materiálů a vzorků, které jsou dostatečně rozměrné a pevné, aby tomuto velkému zkušebnímu zatížení odolaly.

Příkladem jsou materiály či prvky používané v automobilovém, leteckém, stavebním, zpracovatelském a kovozpracujícím průmyslu.

2. Zkouška mikrotvrdosti

Při zkoušce mikrotvrdosti se měří tvrdost materiálu v mikroskopickém měřítku při menším zatížení (obvykle pod 10 N). Kontroloři tuto zkoušku využívají u materiálů a vzorků, které jsou malé a tenké a vyžadují tedy přesné měření v mikroměřítku, anebo by nevydržely zkoušku makrotvrdosti.

Příkladem jsou tenké povrchové vrstvy a povlaky, malé součástky a pokovené povrchy. Tato metoda poskytuje zásadní vhled do mikrostrukturních vlastností daného materiálu, takže se často používá při analýze poruch, v materiálovém výzkumu a při kontrole kvality ve výrobě.

Porovnání zkoušek mikrotvrdosti: Metody Vickers vs. Knoop

Při zkoušce mikrotvrdosti je do povrchu vzorku po předepsanou dobu vtlačován diamantový indentor, a to definovanou silou. Zkouška se provádí metodou Vickers nebo Knoop. Uveďme si hlavní rozdíly mezi oběma metodami:

1. Zkouška mikrotvrdosti metodou Vickers

Při zkouškách mikrotvrdosti metodou Vickers je indentorem diamant ve tvaru jehlanu o čtvercové podstavě s vrcholovým úhlem 136°. Díky čtvercovému tvaru je metoda Vickers vhodná pro menší kulaté vzorky.

Zkouška mikrotvrdosti metodou Vickers

Zkouška mikrotvrdosti prováděná metodou Vickers

2. Zkouška mikrotvrdosti metodou Knoop

V případě zkoušky mikrotvrdosti metodou Knoop má indentor tvar rozšířené pyramidy. Poměr jeho délky k šířce je 7:1 a úhel je 172° na dlouhé hraně resp. 130° na krátké hraně. Díky tomuto obdélníkovému tvaru je metoda Knoop vhodnější pro malé podlouhlé vzorky.

Při metodě Knoop vznikají malé mělké vtisky, takže je vhodnější pro tenké vzorky, jako jsou fólie, a také v případě vtisků v malé rozteči nebo vtisků blízko k okrajům vzorku. Zatížení je také zpravidla menší než u metody Vickers, což je vhodné pro křehké vzorky.

Zkouška mikrotvrdosti metodou Knoop

Zkouška mikrotvrdosti prováděná metodou Knoop

Pozorování a měření vtisku pomocí mikroskopu

Po vytvoření vtisku při zkoušce mikrotvrdosti je třeba vtisk prostudovat a proměřit s použitím mikroskopu. Výsledkem měření je míra tvrdosti, které udává odolnost vzorku vůči deformaci materiálu při konstantním zatížení tlakem.

Míra tvrdosti vychází z měření provedeného na vtisku vzniklém v povrchu vzorku; působící sílu vydělíme plochou vtisku, čímž získáme hodnotu tvrdosti v kilogramech na milimetr čtvereční (kgf/mm²).

  • Při zkoušce metodou Vickers se měří obě úhlopříčky vtisku a k výpočtu tvrdosti se použije jejich průměr.
  • Při zkoušce metodou Knoop se k výpočtu tvrdosti používá délka vtisku v jeho delší ose.

Speciální softwarový průvodce při zkoušce mikrotvrdosti

Pro zjednodušení procesu měření jsme vytvořili speciálního softwarového průvodce. Naše řešení na míru PRECiV™ pro zkoušky mikrotvrdosti umožňuje určit míru tvrdosti metodou Vickers i Knoop.

K výběru řešení pro zkoušku mikrotvrdosti slouží průvodce pro rozlišování materiálů v pravém okně nástrojů v softwaru PRECiV. Průvodce vás povede celým postupem měření podle metody Vickers nebo Knoop.

Zkouška mikrotvrdosti prováděná metodou Vickers

Vypočtěte tvrdost vzorku a hloubku vtisku pomocí speciálního řešení pro zkoušky mikrotvrdosti v softwaru PRECiV.

Po dokončení měření se výsledky zobrazí v sekci výsledků v okně softwaru. Zde naleznete tvrdost, délku úhlopříček a souřadnice jejich průsečíku. V sekci průvodce vpravo se dále zobrazí statistika měření.

Tlačítkem pro uložení výsledků je možné exportovat data a parametry specifické pro daný vzorek přímo jako sešit aplikace Excel nebo jako soubor kompatibilní s touto aplikací.

Podívejte se na celý postup v následujícím videu! Neváhejte se obrátit na náš tým s případnými dotazy nebo si domluvte předvedení tohoto postupu měření.

Související obsah

Video: Představení softwaru PRECiV 2.1: Revoluce v obrazové analýze

Brožura: Software PRECiV pro konvenční mikroskopy

Jak software PRECiV DSX proměňuje digitální mikroskopii

Project Manager

Norbert Radomski has been part of the Evident organization for more than 20 years and has broad experience in microscopy and digital microscopical imaging. He is a project manager for the EVIDENT Technology Center Europe in Germany.

červenec 2, 2024
Sorry, this page is not available in your country
InSight Blog Sign-up
Sorry, this page is not available in your country
Let us know what you're looking for by filling out the form below.
Sorry, this page is not available in your country