Jaká je metoda Rockwell? Metoda stanovení tvrdosti

Chcete-li efektivně používat kovy v různých provedeních, je důležité vědět, jak silné jsou. Tvrdost je nejčastěji vypočtená charakteristika kvality kovů a slitin. Existuje několik způsobů jeho určení: Brinell, Rockell, Super Rockwell, Vickers, Ludwik, Shor (Monotron), Martens. Článek se bude zabývat metodou bratří Rockwell.

Jaká je metoda

Metoda Rockwell se nazývá metoda testování materiálů pro tvrdost. U studovaného prvku se vypočítá hloubka průniku pevného hrotu indikátoru. Zároveň zůstává zatížení stejné pro každou stupnici tvrdosti. Obvykle je to 60, 100 nebo 150 kgf.

Ukazatelem jsou studie kuličky trvanlivého materiálu nebo diamantové kužele. Měl by mít zaoblený ostrý konec a mít úhel na vrcholu 120 stupňů.

Tato metoda je rozpoznána jako jednoduchá a rychle reprodukovatelná. Co mu dává výhodu oproti jiným metodám.

Historie

Vídeňský profesor-výzkumný pracovník Ludwig nejprve navrhl použití indenter ke studiu tvrdosti proniknutím materiálu a výpočtem relativní hloubky. Jeho metoda je popsána v práci 1908 "Testing the cone" (Die Kegelprobe).

Tato metoda měla nevýhody. Bratři Hugh a Stanley Rockwell nabídl novou technologii, která eliminuje chyby mahanicheskogo měření nedokonalost systému (vůlí a povrchové vady, kontaminace materiálů a dílů). Profesoři vynalezli tester tvrdosti - zařízení, které určuje relativní hloubku průniku. Byl použit k otestování ocelových kuličkových ložisek.

Definice tvrdost kovů Brinellova a Rockwellova metoda si zasloužila pozornost ve vědecké komunitě. Ale Brinellova metoda nižší - to bylo pomalé a nebylo používáno pro kalené oceli. Tudíž nemohla být považována za metodu nedestruktivního testování.

V únoru 1919 byl měřič tvrdosti patentován pod číslem 1294171. V této době pracoval Rockwell na firmě vyrábějící kuličková ložiska.

V září 1919 Stanley Rockwell opustil společnost a přestěhoval se do státu New York. Tam požádal o zlepšení zařízení, které bylo přijato. Nové zařízení bylo patentováno a vylepšeno do roku 1921.

Na konci roku 1922 založil společnost Rockwell zařízení na úpravu tepla, které stále funguje stát Connecticut. Od roku 1993 je součástí společnosti Instron.

Výhody a nevýhody metody

Každá metoda výpočtu tvrdosti je jedinečná a použitelná v jakékoli oblasti. Metody stanovení tvrdosti Brinella a Rockwella jsou základní.

Existuje řada výhod této metody:

• možnost provádění experimentů s vysokou tvrdostí;
• drobné poškození povrchu během testu;
• Jednoduchá metoda, která nevyžaduje měření průměru tisku;
• Testovací proces je dostatečně rychlý.

Nevýhody:

• ve srovnání s tvrdostmi Brinella a Vickerse není metoda Rockwell dostatečně přesná;
• opatrně připravte povrch vzorku.

Struktura stupnice Rockwell

Pro testování tvrdosti kovů metodou Rockwell se odvodí pouze 11 stupnic. Jejich rozdíl je v poměru špičky a zatížení. Špičkou může být nejen diamantový kužel, ale také koule z karbidu a slitiny wolframu nebo z tvrzené oceli ve formě koule. Tip určený v instalaci se nazývá identifikátor.

Váhy jsou obvykle označeny písmeny latinské abecedy: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.

Zkoušky síly se provádějí na základních stupnicích - A, B, C:

• Měřítko A: testy s diamantovým kuželem o zatížení 60 kgf. Označení je HRA. Takové zkoušky se provádějí pro tenké pevné materiály (0,3 až 0,5 mm);
• Stupnice B: zkoušky s ocelovou kuličkou se zatížením 100 kgf. Označení je HRB. Zkoušky se provádějí na temperované měkké oceli a neželezných slitinách;
• Stupnice C: zkoušky s kuželem o zatížení 150 kgf. Označení je HRC. Zkoušky se provádějí pro kovy střední tvrdosti, tvrzené a tvrzené oceli nebo vrstvy o tloušťce nejvýše 0,5 mm.

Tvrdost Rockwellu se obecně označuje jako HR s třetím písmenem stupnice (například HRA, HRC).

Vzorec pro výpočet

Tvrdost materiálu ovlivňuje hloubku průniku špičky. Čím silnější je předmět, tím menší penetrace.

Aby bylo možné numericky určit tvrdost materiálu, je zapotřebí vzorec. Jeho koeficienty závisí na měřítku. Aby se snížila chyba měření, je nutné vzít relativní rozdíl v hloubce pronikání indenteru v době aplikace hlavního a předběžného zatížení (10 kgf).

Metoda měření tvrdosti podle Rockwella zahrnuje použití vzorce: HR = N (H-H) / s, kde rozdíl H-H označují relativní hloubky průniku indenter pod zatížením (předběžné a hlavní), vypočtenou hodnotu v mm. N, s jsou konstanty, závisí na konkrétní měřítku.

Tester tvrdosti Rockwell

Ukazatel tvrdosti je zařízení pro stanovení tvrdosti kovů a slitin metodou Rockwell. Jedná se o zařízení s diamantovým kuželem (nebo kuličkou) a materiálem, do kterého musí vstupovat kužel. Také zatížení je připojeno pro nastavení síly nárazu.

Čas zobrazuje indikátor. Proces probíhá ve dvou fázích: nejdříve se vytvoří tlak se sílou 10 kgf, pak je silnější. Pro větší lisování se používá kužel, u menšího - míče.

Zkoumaný materiál je umístěn horizontálně. Diamant je k němu spuštěn pomocí páky. Pro plynulý sestup používá zařízení rukojeť s olejovým tlumičem.

Hlavní doba trvání zatížení je obvykle 3 až 6 sekund, v závislosti na materiálu. Předběžné nakládání musí být zachováno, dokud nebudou získány výsledky zkoušek.

Velká šipka ukazatele se pohybuje ve směru hodinových ručiček a odráží výsledek experimentu.

Nejoblíbenější v praxi jsou takové modely tvrdosti Rockwell:

• Stacionární nástroje "Metrotest" model "ITR", například "ITR-60/150-M".
• Testery tvrdosti Qness GmbH model Q150R.
• Stacionární automatizované zařízení TIME Group Inc model TH300.

Zkušební postup

Studie vyžaduje pečlivou přípravu. Při určování tvrdosti kovů metodou Rockwell musí být povrch vzorku čistý, bez trhlin a stupnic. Je důležité neustále kontrolovat, zda je zatížení aplikováno kolmo na povrch materiálu a zda je na stůl stabilní.

Dojem při stlačení kužele by neměl být menší než 1,5 mm a při stlačení kuličky je větší než 4 mm. Pro efektivní výpočty by měl být vzorek 10krát silnější než hloubka pronikání indenteru po odstranění hlavního zatížení. Také je nutné provést nejméně 3 testy jednoho vzorku, po kterých by měly být výsledky zprůměrovány.

Etapy testu

Aby experiment měl pozitivní výsledek a malou chybu, měl by se řídit postupem pro jeho provedení.

Stupně testu tvrdosti Rockwell:

1. Určete s volbou stupnice.
2. Nastavte potřebnou zarážku a zatížení.
3. Proveďte dva testy (nejsou zahrnuty do výsledků), abyste opravili instalaci zařízení a vzorku.
4. Umístěte referenční blok do tabulky zařízení.
5. Zkontrolujte předpětí (10 kgf) a vynulujte měřítko.
6. Použijte hlavní zatížení a počkejte na maximální výsledky.
7. Vyjměte zátěž a přečtěte získanou hodnotu na kolečku.

Pravidla umožňují testování jednoho vzorku při testování hromadné výroby.

Co ovlivní přesnost

Při provádění jakéhokoli testu je důležité zvážit různé faktory. Identifikace tvrdosti metodou Rockwell má také své vlastní zvláštnosti.

Faktory, které je třeba řešit:

• Tloušťka zkušebního vzorku. Je zakázáno používat vzorek, který je menší než desetinásobek hloubky průniku špičky, podle pravidel experimentu. To znamená, že pokud hloubka průniku je 0,2 mm, pak by měl mít materiál tloušťku nejméně 2 cm.
• Mezi výtisky na vzorku by měla být pozorována vzdálenost. Mezi středy nejbližších výtisků jsou tři průměry.
• Je třeba vzít v úvahu možnou změnu výsledků experimentu na kolečku v závislosti na pozici výzkumného pracovníka. To znamená, že čtení výsledků by mělo být provedeno z jednoho pohledu.

Mechanické vlastnosti při zkouškách pevnosti

Přiřazení a prozkoumat pevnostní vlastnosti materiálů a výsledky zkušební metody tvrdosti pro stanovení tvrdosti podle Rockwella se stalo v těchto materiálech vědci, učenci jako Davidenkov NN, Markovets MP a další.

Podle výsledků testu tvrdosti podle odsazení jsou výpočtové metody mez kluzu. Tento vztah se vypočítává pro nerezové oceli s vysokým obsahem chromu, které byly podrobeny více tepelnému zpracování. Průměrná hodnota odchylky s použitím diamantového indenteru byla pouze + 0,9%.

Rovněž probíhají studie určující další mechanické vlastnosti materiálů souvisejících s tvrdostí. Například nejvyšší pevnost (nebo dočasný odpor), skutečná odolnost proti zlomeninám a relativní zúžení.

Alternativní metody pro určení tvrdosti

Tvrdost může být měřena nejen metodou Rockwell. Zvažte hlavní body každé metody a jejich rozdíly. Zkoušky při statistickém zatížení:

• Zkušební vzorky. Metody společnosti Rockell a Vickers umožňují testovat poměrně měkké a zvýšené pevnostní materiály. Metoda Brinell je určena ke studiu více měkkých kovů s tvrdostí do 650 HBW. Metoda Super-Rockwell umožňuje testovat tvrdost při nízkém zatížení.
• GOST. Rockwell odpovídá GOST 9013-59, metoda podle Brinella - 9012-59, Zkouška tvrdosti podle Vickerse - 2999-75, Shor metoda - GOST 263-75, 24622-91, 24621-91, ASTM D2240, ISO 868-85.
• Testery tvrdosti. Zařízení výzkumníků společnosti Rockwell a Shore se vyznačují snadnou obsluhou a malými rozměry. Zařízení Vickers umožňuje testování na velmi tenkých a malých vzorcích.

Pokusy pod dynamickým tlakem byly prováděny metodou Martela Poldiho za pomoci vertikální kopírky Nikolayev, jarního nástroje Schopper a Bauman a dalších.

Tvrdost lze také měřit poškrábáním. Takové testy byly provedeny pomocí souboru Barb, zařízení Monters, Hankins, mikrocharakter Birbaum a dalších.

Navzdory nedostatkům je metoda Rockwell široce používána pro testování tvrdosti v průmyslu. Je to snadné, hlavně proto, že není nutné měřit potisk pod mikroskopem a lesknout povrch. Tato metoda však není tak přesná jako navrhované studie Brinella a Vickerse. Tvrdost měřená různými způsoby má závislost. To znamená, že efektivní jednotky pro Rockwell lze přenést na jednotky Brinell. Na legislativní úrovni existují normativní dokumenty, například ASTM E-140, ve kterých jsou srovnávány hodnoty tvrdosti.