Nově provádíme měření mikrotvrdosti metodou Vickers

Princip měření mikrotvrdosti

Tvrdost popisuje, jak dobře materiál odolává vtlačení cizího tělesa do povrchu. Není to klasická fyzikální veličina typu délky nebo hmotnosti; výsledek vždy závisí na použité metodě, zkušební síle, tvaru vnikacího tělesa i době zatížení. U metody Vickers se do povrchu vtlačuje diamantový jehlan. Po odlehčení se změří úhlopříčky vzniklého vtisku a z nich se vypočítá hodnota tvrdosti. Na obrázku 1 je uveden základní zápis a vysvětlení jednotlivých veličin, ze kterých se mikrotvrdost počítá [1].

Obrázek 1: Schéma výpočtu mikrotvrdosti dle Vickerse

Tvrdost patří mezi důležité mechanické parametry. Pomáhá odhadnout, pro jaké použití je materiál vhodný, jak se bude chovat při namáhání a zda odpovídá požadovanému stavu. Obecně platí, že měkčí materiály bývají tvárnější, zatímco tvrdší materiály lépe odolávají vtisku a často také opotřebení. Měření lze provádět přímo na výrobku nebo na připraveném metalografickém výbrusu.

Makrotvrdost, mikrotvrdost a nanotvrdost

Při zkouškách tvrdosti se setkáváme se třemi úrovněmi měření: makrotvrdostí, mikrotvrdostí a nanotvrdostí. Všechny vycházejí ze stejného principu – řízeného vtlačování vnikacího tělesa do materiálu při definované síle a době zatížení. Liší se především velikostí vtisku a použitým zatížením. Makrotvrdost se hodí pro větší a homogenní vzorky, kde chceme znát tvrdost materiálu jako celku. Mikrotvrdost se používá tam, kde potřebujeme měřit lokálně: například v konkrétní vrstvě, v okolí svaru nebo při měření profilu tvrdosti. U velmi tenkých materiálů, například přibližně 1 mm silných plechů, může být mikrotvrdost vhodnější než makrotvrdost, protože menší vtisk méně ovlivní celý průřez vzorku. Nanotvrdost pak pracuje s ještě menšími vtisky a využívá se zejména u velmi tenkých povlaků a vrstev [2].

Obrázek 2: Vtisk v oceli vytvořený indentorem při zatížení HV1

Měření povrchových vrstev v praxi

Protože se v laboratoři zabýváme povrchovými vrstvami, je pro nás měření mikrotvrdosti, případně nanotvrdosti, velmi důležité. U vrstev totiž nestačí změřit pouze číslo tvrdosti, je nutné posoudit, zda do výsledku nezasahuje také podkladový materiál. Praktické pravidlo říká, že hloubka vtisku by neměla přesáhnout přibližně 10 % tloušťky měřené vrstvy. Pokud je vtisk hlubší, podklad začne výsledek zkreslovat. U příliš tenkých vrstev proto může být vhodnější měřit na příčném řezu nebo zvolit nanoindentaci.

Vliv podkladu se může projevit dvěma způsoby. V případě, že je podklad měkký a povrchová vrstva tvrdá – například tvrdý elox na hliníku nebo tvrdý chrom na oceli – může se při vyšším zatížení podklad pod vrstvou deformovat. Naměřená tvrdost pak vychází nižší, než jaká by odpovídala samotné vrstvě. Opačná situace nastává u měkké vrstvy na tvrdém podkladu, například u zinkového nebo niklového povlaku na oceli. Tvrdý podklad brání deformaci, a naměřená hodnota tak může být vyšší než skutečná tvrdost vrstvy.

V naší laboratoři nyní měříme mikrotvrdost podle Vickerse na přístroji INSIZE HDT-DMV90 v rozsahu zatížení HV0,1 až HV1. Jsme také schopni zajistit měření nanotvrdosti pro měření velmi tenkých vrstev. Měření tvrdosti využijete při kontrole základních kovových materiálů, povrchově upravených dílů i při hodnocení lokálních změn tvrdosti. Pokud potřebujete ověřit tvrdost vašich dílů s povrchovou úpravou nebo bez ní, jsme vám k dispozici.

Zdroje:

[1] ČESKÁ AGENTURA PRO STANDARDIZACI. ČSN EN ISO 6507-1, Kovové materiály - Zkouška tvrdosti podle Vickerse - Část 1: Zkušební metoda. 5. vydání. 2024.

[2] DOLEŽAL, Pavel a PACAL, Bohumil. Hodnocení mikrotvrdosti struktur materiálů. Online. Brno: Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství Ústav materiálových věd a inženýrství. Dostupné z: https://ime.fme.vutbr.cz/wp-content/uploads/opory/hmsm/Mikrotvrdost.pdf. [cit. 2026-05-26].