USA/GLOBALNE: +1-949-461-9292
EUROPA: +39-011-3052-794
pl_PL PL
pl_PL PL en_US EN es_MX ES de_DE DE fr_FR FR it_IT IT zh_CN ZH ja JA pt_BR PT tr_TR TR ko_KR KO ar AR
KONTAKT

Wiodący na świecie tester mikromechaniczny

OBECNIE WIODĄCY NA ŚWIECIE

BADANIA MIKROMECHANICZNE

Przygotowane przez

PIERRE LEROUX & DUANJIE LI, PhD

WPROWADZENIE

Standardowe mikrotwardościomierze Vickersa posiadają zakres obciążenia użytkowego od 10 do 2000 gramów siły (gf). Standardowe Makrotwardościomierze Vickersa posiadają zakres obciążeń od 1 do 50 Kgf. Urządzenia te są nie tylko bardzo ograniczone w zakresie obciążeń, ale również niedokładne w przypadku chropowatych powierzchni lub niskich obciążeń, kiedy wgniecenia stają się zbyt małe, aby można je było zmierzyć wzrokowo. Ograniczenia te są nierozerwalnie związane ze starszą technologią i w rezultacie oprzyrządowanie do badań wgłębnych staje się standardowym wyborem ze względu na wyższą dokładność i wydajność.

Z Twardość Vickersa jest automatycznie obliczana na podstawie danych z wykresu zależności siły od głębokości i obciążenia, przy najszerszym zakresie obciążeń w pojedynczym module, jaki kiedykolwiek był dostępny (0,3 grama do 2 kg lub 6 gramów do 40 kg). Ponieważ NANOVEA Micro Module mierzy twardość na podstawie krzywych zależności siły od głębokości, może mierzyć każdy rodzaj materiałów, w tym również bardzo elastyczne. Może dostarczyć nie tylko twardości Vickersa, ale również dokładnych danych dotyczących modułu sprężystości i pełzania, a także innych rodzajów testów, takich jak badanie przyczepności do podłoża, zużycia, testów zmęczeniowych, granicy plastyczności i odporności na pękanie, zapewniając pełny zakres danych do kontroli jakości.

OBECNIE ŚWIATOWY LIDER W DZIEDZINIE BADAŃ MIKROMECHANICZNYCH

W niniejszej nocie aplikacyjnej wyjaśniono, w jaki sposób moduł Micro został zaprojektowany, aby zaoferować wiodące na świecie oprzyrządowanie do badań wgłębnych i zarysowań. Szeroki zakres możliwości badawczych modułu Micro jest idealny dla wielu zastosowań. Na przykład, zakres obciążeń umożliwia dokładne pomiary twardości i modułu sprężystości cienkich twardych powłok, a następnie zastosowanie znacznie większych obciążeń do pomiaru przyczepności tych samych powłok.

CEL POMIARU

Pojemność mikromodułu jest przedstawiona za pomocą NANOVEA CB500 Tester mechaniczny przez
Wykonywanie testów wgnieceń i zarysowań z najwyższą precyzją i niezawodnością w szerokim zakresie obciążeń od 0,03 do 200 N.

NANOVEA

CB500

DOWIEDZ SIĘ WIĘCEJ

WARUNKI BADANIA

Wykonano serię (3×4, łącznie 12 wgnieceń) mikroindentacji na standardowej próbce stalowej przy użyciu wgłębnika Vickersa. Zmierzono i zarejestrowano obciążenie oraz głębokość wgłębienia dla całego cyklu badania wgłębnego. Wgniecenia wykonywano przy różnych maksymalnych obciążeniach w zakresie od 0,03 N do 200 N (0,0031 do 20,4 kgf), aby zaprezentować możliwości mikromodułu w wykonywaniu dokładnych badań wgnieceń przy różnych obciążeniach. Warto zauważyć, że opcjonalnie dostępna jest również głowica pomiarowa o wartości 20 N, która zapewnia 10-krotnie wyższą rozdzielczość dla badań w dolnym zakresie obciążeń od 0,3 gf do 2 kgf.

Wykonano dwa testy zarysowania przy użyciu Mikro Modułu z liniowo zwiększanym obciążeniem od 0,01 N do 200 N i od 0,01 N do 0,5 N, odpowiednio, przy użyciu stożkowo-sferycznego trzpienia diamentowego o promieniu końcówki 500 μm i 20 μm.

Dwadzieścia Mikroindentacja Testy przeprowadzono na standardowej próbce stalowej przy 4 N, wykazując doskonałą powtarzalność wyników modułu Micro Module, które kontrastują z wydajnością konwencjonalnych twardościomierzy Vickersa.

*mikroindent na próbce stali

PARAMETRY BADANIA

odwzorowania wcięć

MAPPING: 3 PRZEZ 4 INDENTY

WYNIKI I DYSKUSJA

Nowy moduł Micro posiada unikalną kombinację silnika Z, ogniwa obciążeniowego o dużej sile i wysokiej precyzji pojemnościowego czujnika głębokości. Unikalne wykorzystanie niezależnych czujników głębokości i obciążenia zapewnia wysoką dokładność w każdych warunkach.

W konwencjonalnych testach twardości Vickersa stosuje się końcówki wgłębników w kształcie piramidek diamentowych, które tworzą kwadratowe wgłębienia. Poprzez pomiar średniej długości przekątnej, d, można obliczyć twardość Vickersa.

Dla porównania, technika oprzyrządowanego wgłębiania stosowana przez NANOVEAMicro Module bezpośrednio mierzy właściwości mechaniczne na podstawie pomiarów obciążenia i przemieszczenia wgłębnika. Nie jest wymagana wizualna obserwacja wgłębienia. Eliminuje to błędy użytkownika lub komputerowego przetwarzania obrazu przy określaniu wartości d wgłębienia. Kondensatorowy czujnik głębokości o wysokiej dokładności i bardzo niskim poziomie szumów 0,3 nm może dokładnie mierzyć głębokość wgnieceń, które są trudne lub niemożliwe do zmierzenia wizualnie pod mikroskopem za pomocą tradycyjnych twardościomierzy Vickersa.

Ponadto, technika wspornikowa stosowana przez konkurencję powoduje, że normalne obciążenie na belce wspornikowej jest przenoszone przez sprężynę, a to obciążenie z kolei jest przenoszone na wgłębnik. Taka konstrukcja ma wadę w przypadku przyłożenia dużego obciążenia - belka wspornikowa nie jest w stanie zapewnić wystarczającej sztywności konstrukcyjnej, co prowadzi do odkształcenia belki wspornikowej, a w konsekwencji do niewspółosiowości wgłębnika. Dla porównania, w mikromodule normalne obciążenie jest przenoszone przez silnik Z działający na głowicę pomiarową, a następnie na wgłębnik w celu bezpośredniego przyłożenia obciążenia. Wszystkie elementy są ustawione pionowo w celu uzyskania maksymalnej sztywności, zapewniając powtarzalne i dokładne pomiary wgłębników i zarysowań w pełnym zakresie obciążeń.

Widok z bliska nowego modułu Micro

WGŁĘBIENIE OD 0,03 DO 200 N

Obraz mapy wgnieceń przedstawiono na RYS. 1. Odległość pomiędzy dwoma sąsiednimi wgłębieniami powyżej 10 N wynosi 0,5 mm, natomiast przy mniejszych obciążeniach 0,25 mm. Bardzo precyzyjna kontrola położenia stopnia próbki pozwala użytkownikom na wybór miejsca docelowego do mapowania właściwości mechanicznych. Dzięki doskonałej sztywności mikromodułu, wynikającej z pionowego ustawienia jego elementów, wgłębnik Vickersa zachowuje idealną orientację pionową podczas wnikania w próbkę stali pod obciążeniem do 200 N (400 N opcjonalnie). Dzięki temu przy różnych obciążeniach na powierzchni próbki powstają odciski o symetrycznym, kwadratowym kształcie.

Pojedyncze wgniecenia przy różnych obciążeniach pod mikroskopem są wyświetlane obok dwóch zarysowań, jak pokazano na RYSUNKU 2, aby zaprezentować zdolność nowego mikromodułu do wykonywania testów wgnieceń i zarysowań w szerokim zakresie obciążeń z wysoką precyzją. Jak widać na wykresach zależności obciążenia normalnego od długości zarysowania, obciążenie normalne wzrasta liniowo w miarę jak stożkowo-sferyczny trzpień diamentowy przesuwa się po powierzchni próbki stalowej. Tworzy on gładki, prosty ślad zarysowania o stopniowo zwiększanej szerokości i głębokości.

RYSUNEK 1: Mapa wcięć

Wykonano dwa testy zarysowania przy użyciu Mikro Modułu z liniowo zwiększanym obciążeniem od 0,01 N do 200 N i od 0,01 N do 0,5 N, odpowiednio, przy użyciu stożkowo-sferycznego trzpienia diamentowego o promieniu końcówki 500 μm i 20 μm.

Przeprowadzono dwadzieścia testów mikroindentacji na standardowej próbce stali pod ciśnieniem 4 N, wykazując doskonałą powtarzalność wyników uzyskanych za pomocą modułu Micro, które kontrastują z wynikami uzyskanymi za pomocą konwencjonalnych twardościomierzy Vickersa.

A: WGNIECENIE I ZARYSOWANIE POD MIKROSKOPEM (360X)

B: WGNIECENIE I ZARYSOWANIE POD MIKROSKOPEM (3000X)

RYSUNEK 2: Wykresy zależności obciążenia od przemieszczenia przy różnych maksymalnych obciążeniach.

Krzywe obciążenie-przemieszczenie podczas wgłębiania przy różnych obciążeniach maksymalnych przedstawiono w RYSUNEK 3. Twardość i moduł sprężystości są podsumowane i porównane na RYSUNKU 4. Próbka stali wykazuje stały moduł sprężystości w całym zakresie obciążenia testowego od 0,03 do 200 N (możliwy zakres 0,003 do 400 N), co daje średnią wartość ~211 GPa. Twardość wykazuje względnie stałą wartość ~6,5 GPa mierzoną przy maksymalnym obciążeniu powyżej 100 N. Gdy obciążenie maleje do zakresu od 2 do 10 N, mierzona jest średnia twardość ~9 GPa.

RYSUNEK 3: Wykresy zależności obciążenia od przemieszczenia przy różnych maksymalnych obciążeniach.

RYSUNEK 4: Twardość i moduł Younga próbki stalowej mierzone przy różnych maksymalnych obciążeniach.

WGŁĘBIENIE OD 0,03 DO 200 N

Wykonano dwadzieścia prób mikroindentacji przy maksymalnym obciążeniu 4N. Krzywe obciążenie-przemieszczenie przedstawiono w RYSUNEK 5 a otrzymane twardość Vickersa i moduł Younga są przedstawione w RYSUNEK 6.

RYSUNEK 5: Krzywe obciążenie-przemieszczenie dla badań mikroindentacji przy obciążeniu 4 N.

RYSUNEK 6: Twardość Vickersa i moduł Younga dla 20 mikroindentacji przy 4 N.

Krzywe obciążenie-przemieszczenie wykazują doskonałą powtarzalność nowego mikromodułu. Stalowy wzorzec posiada twardość Vickersa 842±11 HV zmierzoną przez nowy mikromoduł, w porównaniu do 817±18 HV zmierzonej przy użyciu konwencjonalnego twardościomierza Vickersa. Małe odchylenie standardowe pomiaru twardości zapewnia wiarygodną i powtarzalną charakterystykę właściwości mechanicznych w pracach badawczo-rozwojowych i kontroli jakości materiałów zarówno w sektorze przemysłowym jak i w badaniach naukowych.

Ponadto, na podstawie krzywej obciążenie-przemieszczenie obliczono moduł Younga o wartości 208±5 GPa, który nie jest dostępny dla konwencjonalnego twardościomierza Vickersa ze względu na brak pomiaru głębokości podczas wgłębiania. Wraz ze spadkiem obciążenia i zmniejszeniem rozmiaru wgłębienia, moduł NANOVEA Zalety modułu Micro w zakresie powtarzalności w porównaniu do twardościomierzy Vickersa wzrastają do momentu, gdy nie jest już możliwy pomiar wgłębienia poprzez kontrolę wzrokową.

Zaleta pomiaru głębokości w celu obliczenia twardości staje się również oczywista, gdy mamy do czynienia z próbkami szorstkimi lub trudniejszymi do obserwacji pod standardowymi mikroskopami, w które wyposażone są twardościomierze Vickersa.

PODSUMOWANIE

W tym badaniu pokazaliśmy, jak nowy wiodący na świecie NANOVEA Micro Module (zakres 200 N) wykonuje niezrównanie powtarzalne i precyzyjne pomiary wgłębienia i zarysowania w szerokim zakresie obciążeń od 0,03 do 200 N (3 gf do 20,4 kgf). Opcjonalny moduł Micro o niższym zakresie może zapewnić wykonanie badań w zakresie od 0,003 do 20 N (0,3 gf do 2 kgf). Unikalne pionowe ustawienie silnika Z, ogniwa obciążeniowego o dużej sile oraz czujnika głębokości zapewnia maksymalną sztywność konstrukcji podczas pomiarów. Wgłębienia mierzone przy różnych obciążeniach mają symetryczny kwadratowy kształt na powierzchni próbki. Prosty ślad zarysowania o stopniowo zwiększanej szerokości i głębokości powstaje w teście zarysowania przy maksymalnym obciążeniu 200 N.

Nowy Micro Module może być skonfigurowany na podstawie mechanicznej PB1000 (150 x 200 mm) lub CB500 (100 x 50 mm) z motoryką z (zakres 50 mm). W połączeniu z wydajnym systemem kamer (dokładność pozycji 0,2 mikrona) systemy te zapewniają najlepsze na rynku możliwości automatyzacji i mapowania. NANOVEA oferuje również unikalną opatentowaną funkcję (EP No. 30761530), która umożliwia weryfikację i kalibrację wgłębników Vickersa poprzez wykonanie pojedynczego wgłębienia w pełnym zakresie obciążeń. W przeciwieństwie do tego, standardowe testery twardości Vickersa mogą zapewnić kalibrację tylko przy jednym obciążeniu.

Dodatkowo, oprogramowanie NANOVEA umożliwia użytkownikowi wykonanie pomiaru twardości metodą Vickersa z zastosowaniem tradycyjnej metody pomiaru przekątnych wgłębienia (dla norm ASTM E92 i E384). Jak pokazano w niniejszym dokumencie, badania twardości wgłębnej w funkcji obciążenia (ASTM E2546 i ISO 14577) wykonane przy użyciu mikromodułu NANOVEA są precyzyjne i powtarzalne w porównaniu z tradycyjnymi twardościomierzami. Szczególnie w przypadku próbek, które nie mogą być obserwowane/pomiarowane za pomocą mikroskopu.

Podsumowując, wyższa dokładność i powtarzalność konstrukcji mikromodułu z szerokim zakresem obciążeń i testów, wysoką automatyzacją i opcjami mapowania sprawia, że tradycyjne twardościomierze Vickersa stają się przestarzałe. Podobnie jest z testerami zarysowania i mikro zarysowania, które są nadal oferowane, ale zostały zaprojektowane z wadami w latach 80-tych.

Ciągły rozwój i doskonalenie tej technologii sprawia, że NANOVEA jest światowym liderem w dziedzinie badań mikromechanicznych.

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT

Komentarz

Prawa autorskie © 2024 Nanovea. Wszelkie prawa zastrzeżone.