Твердомер по Роквеллу
В Шкала Роквелла
это твердость шкала на основе твердость вдавливания материала. Испытание Роквелла, измеряющее глубину проникновения индентора при большой нагрузке (большая нагрузка) по сравнению с проникновением, произведенным предварительной нагрузкой (незначительная нагрузка).[1] Существуют разные шкалы, обозначаемые одной буквой, в которых используются разные нагрузки или инденторы. В результате получается безразмерное число, обозначаемое как HRA, HRB, HRC и т. Д., Где последняя буква — соответствующая шкала Роквелла (см. Ниже). При испытании металлов твердость на вдавливание линейно коррелирует с предел прочности.[2]
История
Дифференциальное измерение твердости по глубине было задумано в 1908 году венским профессором Полом Людвиком в его книге Die Kegelprobe
(грубо говоря, «тест конуса»).[3] Метод разностной глубины вычитал ошибки, связанные с механическими дефектами системы, такими как люфт и дефекты поверхности. В Бринелль Изобретенный в Швеции тест на твердость был разработан раньше — в 1900 году, — но он был медленным и бесполезным на закаленная сталь, и оставил слишком большое впечатление, чтобы его можно было рассматривать неразрушающий.
Хью М. Роквелл (1890–1957) и Стэнли П. Роквелл (1886–1940) из Коннектикут в Соединенных Штатах был соавтором изобретателя твердомера по Роквеллу — машины для измерения дифференциальной глубины. Они подали заявку на патент 15 июля 1914 года.[4] Требование к этому тестеру состояло в том, чтобы быстро определить влияние термической обработки на стальные дорожки подшипников. Заявление было впоследствии одобрено 11 февраля 1919 г. Патент США 1,294,171 . На момент изобретения Хью и Стэнли Роквелл работали в New Departure Manufacturing Co. Бристоль, Коннектикут.[5] New Departure была крупным производителем шарикоподшипников, который в 1916 году вошел в состав United Motors, а вскоре после этого — General Motors Corp.
После ухода из компании в Коннектикуте Стэнли Роквелл, который тогда жил в Сиракузах, штат Нью-Йорк, 11 сентября 1919 года подал заявку на усовершенствование оригинального изобретения, которое было одобрено 18 ноября 1924 года. Патент США 1516207 .[6][7] Роквелл переехал в Западный Хартфорд, штат Коннектикут, и в 1921 году сделал дополнительные улучшения.[7] Стэнли сотрудничал с производителем инструментов Чарльзом Х. Уилсоном из компании Wilson-Mauelen в 1920 году, чтобы коммерциализировать свое изобретение и разработать стандартизированные испытательные машины.[8] Примерно в 1923 году Стэнли основал фирму по термообработке, Stanley P. Rockwell Company, которая до сих пор существует в Хартфорде, штат Коннектикут. Позднее названная Wilson Mechanical Instrument Company сменила владельца с годами и была приобретена Instron Corp. в 1993 году.[9]
Операция
Силовая диаграмма теста Роквелла Крупный план индентора и наковальни на твердомере по Роквеллу.
Определение твердости материала по Роквеллу включает приложение небольшой нагрузки, за которой следует большая нагрузка. Незначительная нагрузка устанавливает нулевое положение. Основная нагрузка прикладывается, затем снимается, сохраняя при этом второстепенную нагрузку. Глубина проникновения от нулевой точки отсчета измеряется по циферблату, на котором более твердый материал дает меньшую меру. То есть глубина проникновения и твердость обратно пропорциональны. Основным преимуществом твердости по Роквеллу является ее способность напрямую отображать значения твердости, что позволяет избежать утомительных вычислений, связанных с другими методами измерения твердости.
Уравнение твердости по Роквеллу: ЧАС р = N − d s { displaystyle HR = N — { frac {d} {s}}} , где d — глубина (от точки нулевой нагрузки), а N и s — масштабные коэффициенты, которые зависят от масштаба используемого испытания (см. следующий раздел).
Обычно используется в инженерное дело и металлургия. Его коммерческая популярность объясняется его скоростью, надежностью, надежностью, разрешением и небольшой площадью отступа.
Этапы эксплуатации старых твердомеров Rockwell:
- Нагрузите начальное усилие: начальное испытательное усилие при испытании на твердость по Роквеллу составляет 10 кгс (98 Н; 22 фунт-силы); Начальное испытательное усилие при поверхностном испытании на твердость по Роквеллу составляет 3 кгс (29 Н; 6,6 фунта-силы).
- Основная нагрузка: ссылка ниже формы / таблицы «Весы и значения».
- Оставьте основную нагрузку на «время выдержки», достаточное для того, чтобы вмятин остановился.
- Освободить нагрузку; значение Роквелла обычно автоматически отображается на циферблате или экране.[12]
Чтобы получить надежные показания, толщина образца должна быть как минимум в 10 раз больше глубины отпечатка.[13] Кроме того, показания следует снимать с плоской перпендикулярной поверхности, поскольку выпуклые поверхности дают более низкие показания. Если нужно измерить твердость выпуклой поверхности, можно использовать поправочный коэффициент.[14]
Относительное измерение твердости при помощи напильников
Стоимость стационарных и портативных твердомеров довольно высока, поэтому их приобретение оправдано только необходимостью частой эксплуатации. Многие мастеровые по мере надобности практикуют измерять твердость металлов и сплавов относительно, при помощи подручных средств.
Измерение твердости при помощи напильников
Опиливание образца напильником – один из самых доступных, однако далеко не самый объективный способ проверки твердости стальных деталей, инструмента, оснастки. Напильник должен иметь не затупленную двойную насечку средней величины №3 или №4. Сопротивление опиливанию и сопровождающий его скрежет позволяет даже при небольшом навыке отличить незакаленную сталь от умеренно (40 HRC) или твердо закаленной (55 HRC).
Для тестирования с большей точностью существуют наборы тарированных напильников, именуемые также царапающий твердомер. Они применяются для испытания зубьев пил, фрез, шестерен. Каждый такой напильник является носителем определенного значения по шкале Роквелла. Твердость измеряется коротким царапанием металлической поверхности поочередно напильниками из набора. Затем выбираются два близко стоящие – более твердый, который оставил царапину и менее твердый, который не смог поцарапать поверхность. Твердость тестируемого металла будет находиться между значениями твердости этих двух напильников.
Весы и ценности
Существует несколько альтернативных шкал, наиболее часто используемые шкалы «B» и «C». Оба выражают твердость как произвольную безразмерное число.
Различные шкалы Роквелла[15]
Шкала | Сокращение | Нагрузка | Индентор | Использовать | N | s |
А | HRA | 60 кгс | 120 ° алмаз сфероконический† | Карбид вольфрама | 100 | 0,002 мм |
B | HRB | 100 кгс | 1⁄16стальная сфера диаметром 1,588 мм | Алюминий, латунь и мягкая сталь | 130 | 0,002 мм |
C | HRC | 150 кгс | Алмазная сфероконическая форма 120 ° | Более твердые стали> B100 | 100 | 0,002 мм |
D | HRD | 100 кгс | 120 ° алмаз сфероконический | 100 | 0,002 мм | |
E | ОПЧ | 100 кгс | 1⁄8стальная сфера диаметром 3,175 мм | 130 | 0,002 мм | |
F | HRF | 60 кгс | 1⁄16стальная сфера диаметром 1,588 мм | 130 | 0,002 мм | |
грамм | HRG | 150 кгс | 1⁄16стальная сфера диаметром 1,588 мм | 130 | 0,002 мм | |
ЧАС | Его Королевское Высочество | 60 кгс | 1⁄8стальная сфера диаметром 3,175 мм | Алюминий, цинк, свинец [16] | ||
K | HRK | 150 кгс | 1⁄8стальная сфера диаметром 3,175 мм | Подшипниковый сплав, олово, твердые пластмассовые материалы [17] | ||
†Также называется индентор Brale |
- За исключением испытаний тонких материалов в соответствии с A623, стальные шарики индентора были заменены шариками из карбида вольфрама различного диаметра. Когда используется шариковый индентор, буква «W» используется для обозначения шарика из карбида вольфрама, а буква «S» указывает на использование стального шарика. Например: 70 HRBW означает, что показание было 70 по шкале Роквелла B с использованием индентора из карбида вольфрама.[18]
В поверхностный
В весах Роквелла используются меньшие нагрузки и более мелкие оттиски на хрупких и очень тонких материалах. Весы 45N выдерживают нагрузку 45 кгс на алмазный конусный индентор Brale и могут использоваться на плотных керамика. Весы 15Т выдерживают нагрузку 15 кгс на 1⁄16-дюймовый (1,588 мм) шарик из закаленной стали и может использоваться на листовой металл.
Шкалы B и C перекрываются, так что показания ниже HRC 20 и выше HRB 100, которые обычно считаются ненадежными, не нужно брать или указывать.
Типичные значения
- Очень твердая сталь (например, долота, качество лезвия ножей): HRC 55–66 (закаленные быстрорежущие углеродистые и инструментальные стали, такие как M2, W2, O1, CPM-M4 и D2, а также многие новые нержавеющие стали порошковой металлургии, такие как CPM-S30V, CPM-154, ЗДП-189 и др.)[19]
- Топоры: о HRC 45–55
- Латунь: HRB 55 (низкое качество латуни, UNS C24000, закалка H01) до HRB 93 (латунь картриджа, UNS C26000 (латунь 260), закалка H10)[20]
Несколько других шкал, включая обширную шкалу A, используются для специализированных приложений. Есть специальные шкалы для измерения закаленный образцы.
ГОСТ 9013 Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу.
ГОСТ 9013 Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу.
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ | |
Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу Metals. Method of Rockwell hardness measurement | ГОСТ 9013-59 (ИСО 6508-86) |
Дата введения 01.01.1960
Настоящий стандарт устанавливает метод измерения твердости по Роквеллу (шкалы А, В, С, D, Е, F, G, Н, К) при температуре (20) °C.
Сущность метода заключается во внедрении в поверхность образца (или изделия) алмазного конусного (шкалы А, С, D) или стального сферического наконечника (шкалы В, Е, F, G, H, К) под действием последовательно прилагаемых усилий предварительного и основного усилий и в определении глубины внедрения наконечника после снятия основного усилия ().
Обозначения параметров, их определения и схемы приложения нагрузки при определении твердости приведены в приложении 1.
(Измененная редакция, Изм. N 3).
1. ОТБОР ОБРАЗЦОВ
1.1. Толщина образца (или изделия) должна не менее чем в 10 раз превышать глубину внедрения наконечника после снятия основного усилия ().
Минимальная толщина образца или изделия определяется в соответствии с приложением 2.
1.2. Шероховатость поверхности образца (или участки для измерения твердости изделия) должна быть не более 2,5 мкм по ГОСТ 2789, если нет других указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию.
1.3. Образец должен быть подготовлен таким образом, чтобы не изменялись его свойства в результате механической или другой обработки, например, от нагрева или наклепа.
Разд.1. (Измененная редакция, Изм. N 3).
Разд.2. (Исключен, Изм. N 3).
3. АППАРАТУРА
3.1. Приборы для измерения твердости должны соответствовать требованиям ГОСТ 23677.
Приборы для измерения твердости должны обеспечивать приложение усилий, приведенных в табл.1.
Таблица 1
Шкала твердости | Обозначение единицы измерения | Предварительное усилие | Основное усилие | Общее усилие | Диапазон измерений, ед. твердости |
Н (кгс) | |||||
А | HRA | 98,07(10) | 490,3(50) | 588,4(60) | 20-88 |
В | HRB | 98,07(10) | 882,6(90) | 980,7(100) | 20-100 |
С | НRС | 98,07(10) | 1373(140) | 1471(150) | 20-70 |
D | HRD | 98,07(10) | 882,6(90) | 980,7(100) | 40-77 |
Е | HRE | 98,07(10) | 882,6(90) | 980,7(100) | 70-100 |
F | HRF | 98,07(10) | 490,3(50) | 588,4(60) | 60-100 |
G | HRG | 98,07(10) | 1373(140) | 1471(150) | 30-94 |
Н | HRH | 98,07(10) | 490,3(50) | 588,4(60) | 80-100 |
К | HRK | 98,07(10) | 1373(140) | 1471(150) | 40-100 |
3.2. Наконечник алмазный конусный типа НК по ГОСТ 9377, угол при вершине — 120°, радиус сферической части 0,2 мм.
3.3. Наконечник шариковый стальной. Номинальные диаметры шариков должны быть 1,588 (шкалы В, F, G) и 3,175 мм (шкалы Е, Н, К) по ГОСТ 3722. Шероховатость поверхности шарика — не более 0,040 мкм по ГОСТ 2789.
Предельные отклонения диаметров шарика не должны превышать:
±0,003 мм — для шарика диаметром 1,588 мм;
±0,004 мм — для шарика диаметром 3,175 мм.
3.4. Столик или подставка должны иметь твердость на опорных поверхностях не менее 50 HRC.
(Поправка. ИУС N 8-2002).
4. ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ
4.1. Измерение твердости проводят при температуре (20) °C. При разногласиях в результатах измерение твердости проводят при температуре (23±5) °С.
4.2. Опорные поверхности столика и подставки, а также опорные и рабочие поверхности образца (или изделия) должны быть очищены от посторонних веществ (окалины, смазки и др.).
4.3. Образец должен быть установлен на столике или подставке устойчиво во избежание его смещения и прогиба во время измерения твердости.
4.4. При измерении твердости прибор должен быть защищен от вибрации и ударов.
4.5. При измерении твердости должны соблюдаться условия:
плавное приведение наконечника в контакт с рабочей поверхностью образца (или изделия); плавное приложение предварительного и основного (в течение 2-8 с) усилий;
плавное снятие основного усилия через 1-3 с после резкого замедления или остановки стрелки индикатора (или изменения показаний цифрового отсчетного устройства).
Для металлов, при измерении твердости которых резкого замедления или остановки стрелки индикатора (или изменения показаний цифрового отсчетного устройства) не наблюдается, время выдержки под общим усилием должно составлять от 10 до 15 с.
При наличии указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию указанное время выдержки может быть увеличено до 60 с.
4.6. Расстояние между центрами двух соседних отпечатков должно быть не менее четырех диаметров отпечатка (но не менее 2 мм).
Расстояние от центра отпечатка до края образца должно быть не менее 2,5 диаметра отпечатка (но не менее 1 мм).
4.7. На опорной поверхности образца (или изделия) не должно наблюдаться следов деформации от отпечатка.
4.8. Число твердости по Роквеллу определяется по шкале индикатора или показателя цифрового отсчетного устройства с округлением до 0,5 единицы твердости.
4.9. При измерении твердости на выпуклых цилиндрических и сферических поверхностях по шкалам А, В, С, D, F, G в результаты измерения твердости должны быть введены поправки, величины которых приведены в приложении 3. Поправки прибавляются к полученным значениям твердости.
Поправки при измерении твердости на вогнутых поверхностях устанавливаются в нормативно-технической документации на металлопродукцию.
4.10. После смены наконечника, рабочего столика или подставки первые три измерения не учитываются.
4.11. Количество отпечатков при измерении твердости, способ обработки и результаты измерений указываются в нормативно-технической документации на металлопродукцию.
5. ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЯ
5.1. В протоколе измерения твердости следует указать:
значения и шкалу твердости;
продолжительность выдержки индикатора под общей нагрузкой в случае отличия от стандартных условий;
обозначение образца.
Разделы 3-5. (Измененная редакция, Изм. N 3).
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (обязательное). ОБОЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ, ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И СХЕМЫ ПРИЛОЖЕНИЯ НАГРУЗКИ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ТВЕРДОСТИ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Обязательное
Таблица 2
Обозначение | Определение параметров |
Угол при вершине алмазного конусного наконечника, градус | |
Радиус сферической части алмазного конусного наконечника, мм | |
Диаметр шарика, мм | |
Предварительное усилие, Н (кгс) | |
Основное усилие, Н (кгс) | |
Общее усилие F0+F1 , Н (кгс) | |
Глубина внедрения наконечника под действием предварительного усилия, мм | |
Глубина внедрения наконечника под действием основного усилия, мм | |
Глубина внедрения наконечника после снятия основного усилия в единицах измерения 0,002 мм | |
HRA, HRC*, HRD | Твердость по Роквеллу по шкалам А, С и D — (100-е) единиц твердости |
HRB, HRE, HRF, HRG, HRH, HRK | Твердость по Роквеллу по шкалам В, Е, F, G, Н, К — (130-е) единиц твердости |
______________ * Твердость, измеренная по шкале С в соответствии с ГОСТ 8.064.
(Поправка. ИУС N 8-2002).
Твердость по Роквеллу обозначают символом HR с указанием шкалы твердости, которому предшествует числовое значение твердости из трех значащих цифр. Например: 61,5 HRC — твердость по Роквеллу 61,5 единиц по шкале С.
(Поправка. ИУС N 8-2002).
Черт. 1. Схема проведения измерения твердости при применении алмазного наконечника
Схема проведения измерения твердости при применении алмазного наконечника
Черт.1
Черт. 2. Схема проведения измерения твердости при применении стального наконечника
Схема проведения измерения твердости при применении стального наконечника
Черт.2
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (рекомендуемое)
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Рекомендуемое
Черт.3. Минимальная толщина образца в зависимости от шкалы и ожидаемой твердости при измерении твердости по шкалам А, С, D
Минимальная толщина образца в зависимости от шкалы и ожидаемой твердости при измерении твердости по шкалам А, С, D
Черт.3
Черт. 4. Минимальная толщина образца в зависимости от шкалы и ожидаемой твердости при измерении по шкалам B, E, F, G, H, K
Минимальная толщина образца в зависимости от шкалы и ожидаемой твердости при измерении по шкалам B, E, F, G, H, K
Черт.4
ПРИЛОЖЕНИЯ 1, 2. (Измененная редакция, Изм. N 3).
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 (обязательное)
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Обязательное
Поправки, добавляемые к величинам твердости по Роквеллу, при измерениях на выпуклых цилиндрических поверхностях
1. При измерениях по шкалам А, С, D
Таблица 3
Твердость по Роквеллу | Радиус кривизны , мм | ||||||||
3 | 5 | 6,5 | 8 | 9,5 | 11 | 12,5 | 16 | 19 | |
20 | 2,5 | 2,0 | 1,5 | 1,5 | 1,0 | 1,0 | |||
25 | 3,0 | 2,5 | 2,0 | 1,5 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | ||
30 | 2,5 | 2,0 | 1,5 | 1,5 | 1,0 | 1,0 | 0,5 | ||
35 | 3,0 | 2,0 | 1,5 | 1,5 | 1,0 | 1,0 | 0,5 | 0,5 | |
40 | 2,5 | 2,0 | 1,5 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 0,5 | 0,5 | |
45 | 3,0 | 2,0 | 1,5 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
50 | 2,5 | 2,0 | 1,5 | 1,0 | 1,0 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
55 | 2,0 | 1,5 | 1,0 | 1,0 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0 |
60 | 1,5 | 1,0 | 1,0 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0 | 0 |
65 | 1,5 | 1,0 | 1,0 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0 | 0 |
70 | 1,0 | 1,0 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0 | 0 |
75 | 1,0 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0 | 0 | 0 |
80 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0 | 0 | 0 | 0 |
85 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
90 | 0,5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Примечание. Поправки более 3 единиц твердости по шкалам А, С, D не допускаются.
2. При измерениях по шкалам В, F, G
Таблица 4
Твердость по Роквеллу | Радиус кривизны , мм | ||||||
3 | 5 | 6,5 | 8 | 9,5 | 11 | 12,5 | |
20 | 4,5 | 4,0 | 3,5 | 3,0 | |||
30 | 5,0 | 4,5 | 3,5 | 3,0 | 2,5 | ||
40 | 4,5 | 4,0 | 3,0 | 2,5 | 2,5 | ||
50 | 4,0 | 3,5 | 3,0 | 2,5 | 2,0 | ||
60 | 5,0 | 3,5 | 3,0 | 2,5 | 2,0 | 2,0 | |
70 | 4,0 | 3,0 | 2,5 | 2,0 | 2,0 | 1,5 | |
80 | 5,0 | 3,5 | 2,5 | 2,0 | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
90 | 4,0 | 3,0 | 2,0 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,0 |
100 | 3,5 | 2,5 | 1,5 | 1,5 | 1,0 | 1,0 | 0,5 |
Примечание. Поправки более 5 единиц твердости по шкалам В, F, G не допускаются.
Поправки, добавляемые к величинам твердости по Роквеллу при измерениях по шкале С на сферических поверхностях
Таблица 5
Твердость по Роквеллу | Диаметр сферы , мм | ||||||||
4 | 6,5 | 8 | 9,5 | 11 | 12,5 | 15 | 20 | 25 | |
55 HRC | 6,4 | 3,9 | 3,2 | 2,7 | 2,3 | 2,0 | 1,7 | 1,3 | 1,0 |
60 HRC | 5,8 | 3,6 | 2,9 | 2,4 | 2,1 | 1,8 | 1,5 | 1,2 | 0,9 |
65 HRC | 5,2 | 3,2 | 2,6 | 2,2 | 1,9 | 1,7 | 1,4 | 1,0 | 0,9 |
(Поправка. ИУС N 8-2002).
Значения поправок вычислены по формуле
,
где HR — значение твердости по Роквеллу, определенное на приборе;
d — диаметр сферы, мм.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Центральным научно-исследовательским институтом черных металлов Министерства черной металлургии СССР 2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Комитетом стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР 04.02.59 3. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ 4. Стандарт соответствует СТ СЭВ 469-77 и ИСО 6508-86 5. Стандарт унифицирован со стандартом TGL 9011 6. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
Обозначение НТД, на который дана ссылка | Номер пункта, приложения |
ГОСТ 8.064-94 | Приложение 1 |
ГОСТ 2789-73 | 1.2; 3.3 |
ГОСТ 3722-81 | 3.3 |
ГОСТ 9377-81 | 3.2 |
ГОСТ 23677-79 | 3.1 |
7. Ограничение срока действия снято по протоколу N 4-93 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 4-94)
8. ИЗДАНИЕ (октябрь 2001 г.) с Изменениями N 1, 2, 3, утвержденными в мае 1979 г., октябре 1984 г., мае 1989 г. (ИУС 7-79, 1-85, 8-89) ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 8, 2002 год Поправка внесена изготовителем базы данных
Стандарты
- Международный (ISO) ISO 6508-1: Металлические материалы — испытание на твердость по Роквеллу — Часть 1: Метод испытания (шкалы A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T)
- ISO 6508-2: Металлические материалы — испытание на твердость по Роквеллу — Часть 2: Проверка и калибровка испытательных машин и инденторов
- ISO 6508-3: Металлические материалы. Испытание на твердость по Роквеллу. Часть 3: Калибровка эталонных образцов.
- ISO 2039-2: Пластмассы. Определение твердости. Часть 2: Твердость по Роквеллу.
- ASTM E18: Стандартные методы определения твердости по Роквеллу и поверхностной твердости по Роквеллу металлических материалов
Метод Роквелла
Метод Роквелла является методом проверки твёрдости материалов. Из-за своей простоты этот метод является наиболее распространённым и основан на проникновении твёрдого наконечника в материал и измерении глубины проникновения.
Шкалы твёрдости по Роквеллу
Существует 11 шкал определения твердости по методу Роквелла (A; B; C; D; E; F; G; H; K; N; T), основанных на комбинации «индентор (наконечник) — нагрузка». Наиболее широко используются два типа индентеров: шарик из карбида вольфрама диаметром 1/16 дюйма (1,5875 мм) или такой же шарик из закаленной стали и конический алмазный наконечник с углом при вершине 120°. Возможные нагрузки — 60, 100 и 150 кгс. Величина твёрдости определяется как относительная разница в глубине проникновения индентора при приложении основной и предварительной (10 кгс) нагрузки.
Для обозначения твёрдости, определённой по методу Роквелла, используется символ HR, к которому добавляется буква, указывающая на шкалу по которой проводились испытания (HRA, HRB, HRC).
Наиболее широко используемые шкалы твердости по Роквеллу
Шкала | Индентор | Нагрузка, кгс |
А | Алмазный конус с углом 120° при вершине | 20 кгс |
В | Шарик диам. 1/16 дюйма из карбида вольфрама (или закаленной стали) | 100 кгс |
С | Алмазный конус с углом 120° при вершине | 150 кгс |
Формулы для определения твёрдости
Чем твёрже материал, тем меньше будет глубина проникновения наконечника в него. Чтобы при большей твёрдости материала не получалось большее число твёрдости по Роквеллу, вводят условную шкалу глубин, принимая за одно её деление глубину, равную 0.002 мм. При испытании алмазным конусом предельная глубина внедрения составляет 0.2 мм, или 0.2 / 0.002 = 100 делений, при испытании шариком — 0.26 мм, или 0.26 / 0.002 = 130 делений. Таким образом формулы для вычисления значения твёрдости будут выглядеть следующим образом:
- при измерении по шкале А (HRA) и С (HRC): Разность представляет разность глубин погружения индентора (в миллиметрах) после снятия основной нагрузки и до её приложения (при предварительном нагружении).
- при измерении по шкале B (HRB):
Проведение испытания
- Выбрать подходящую для проверяемого материала шкалу (А, В или С).
- Установить соответствующий индентор и нагрузку.
- Перед тем, как начать проверку, надо сделать два неучитываемых отпечатка, чтобы проверить правильность посадки наконечника и стола.
- Установить эталонный блок на столик прибора.
- Приложить предварительную нагрузку в 10 кгс, обнулить шкалу.
- Приложить основную нагрузку и дождаться до приложения максимального усилия.
- Снять нагрузку.
- Прочесть на циферблате по соответствующей шкале значение твёрдости (цифровой прибор показывает на экране значение твёрдости).
- Порядок действий при проверке твёрдости испытуемого образца такой же, как и на эталонном блоке. Допускается делать по одному измерению на образце при проверке массовой продукции.
Факторы, влияющие на точность измерения
- Важным фактором является толщина образца. Не допускается проверка образцов с толщиной менее десятикратной глубины проникновения наконечника.
- Ограничивается минимальное расстояние между отпечатками (3 диаметра между центрами ближайших отпечатков).
- Недопущение параллакса при считывании результатов с циферблата.
Сравнение шкал твёрдости
Простота метода Роквелла (главным образом, отсутствие необходимости измерять диаметр отпечатка) привела к его широкому применению в промышленности для проверки твёрдости. Также не требуется высокая чистота измеряемой поверхности (например, методы Бринелля и Виккерса включают замер отпечатка с помощью микроскопа и требуют полировку поверхности). К недостатку метода Роквелла относится меньшая точность по сравнению с методами Бринелля и Виккерса. Существует корреляция между значениями твёрдости, измеренной разными методами (см. рисунок — перевод единиц твёрдости HRB в твёрдость по методу Бринелля для алюминиевых сплавов). Зависимость носит нелинейный характер. Имеются нормативные документы, где приведено сравнение значений твёрдости, измеренной разными методами (например, ASTM E-140).
Оценка механических свойств по испытаниям на твёрдость
Связь между результатами проверки на твёрдость и прочностными характеристиками материалов исследовались такими учёными-материаловедами, как Н. Н. Давиденков, М. П. Марковец и др. Используются методы определения предела текучести по результатам проверки на твёрдость вдавливанием. Такая связь была найдена, например, для высокохромистых нержавеющих сталей после различных режимов термообработки. Среднее отклонение для конического алмазного индентора составляло всего +0,9%. Были проведены исследования по нахождению связи между значениями твёрдости и другими характеристиками, определяемыми при растяжении, такими как предел прочности (временное сопротивление), относительное сужение и истинное сопротивление разрушению.
Рекомендации
- E.L. Тобольски и А. Фи, «Тестирование твердости при макроиндентировании», Справочник ASM, Том 8: Механические испытания и оценка
, ASM International, 2000, стр. 203–211, ISBN 0-87170-389-0. - «Корреляция предела текучести и предела прочности при растяжении для сталей», Э. Дж. Павлина и К. Дж. Ван Тайн, Журнал материаловедения и производительности
, Volume 17, Number 6 / Декабрь 2008 г. - Г.Л. Кель, Принципы металлографической лабораторной практики
, 3-е изд., McGraw-Hill Book Co., 1949, стр. 229. - H.M. Rockwell & S.P. Rockwell, «Измеритель твердости», Патент США 1,294,171 , Февраль 1919 г.
- С.В. Калли: Стэнли Пикетт Роквелл — один из изобретателей машины для определения твердости по Роквеллу. Проверено 21 ноября, 2022.
- С.П. Роквелл, «Испытания металлов на твердость», Сделки Американского общества обработки стали
, Vol. II, № 11, август 1922 г., стр. 1013–1033. - ^ аб
С. П. Роквелл, «Машина для испытания на твердость», Патент США 1516207 , Ноя 1924 г. - В.Э. Лисахт, Испытание на твердость при вдавливании
, Reinhold Publishing Corp., 1949, стр. 57–62. - R.E. Чинн «Твердость, подшипники и Роквеллы,» Современные материалы и процессы
, Vol 167 # 10, October 2009, p 29-31. - Цифровой твердомер по Роквеллу EBP R-150T https://www.hiebp.com
- Цифровой твердомер по Роквеллу EBP RSR-45 / 150D и поверхностный твердомер по Роквеллу https://www.hiebp.com
- https://www.hiebp.com
- Основы испытания на твердость по Роквеллу
, заархивировано из оригинал на 2010-01-29, получено 2010-09-10 - Руководство разработчика PMPA: Термическая обработка
, заархивировано из оригинал на 2009-07-14, получено 2009-06-19. - Смит, Уильям Ф .; Хашеми, Джавад (2001), Основы материаловедения и инженерии
(4-е изд.), McGraw-Hill, p. 229, ISBN 0-07-295358-6 - Справочник по твердомеру по Роквеллу фирмы EBP R-150T.
- Справочник по твердомеру по Роквеллу фирмы EBP R-150T.
- E18-08b Раздел 5.1.2.1 и 5.2.3
- Материалы лезвия ножа
- matweb.com, дата обращения 23.06.2010.