Za učinkovito korištenje metala u različitim dizajnima, važno je znati koliko su jaki. Tvrdoća je najčešće izračunata karakteristika kvalitete metala i legura. Postoji nekoliko metoda za njegovo određivanje: Brinell, Rockell, Super-Rockwell, Vickers, Ludwik, Shor (Monotron), Martens. Članak razmatra metodu braće Rockwell.
Koja je metoda
Rockwell metoda je metoda ispitivanja tvrdoće materijala. Za proučavani element izračunava se dubina prodiranja tvrdog vrha indikatora. U tom slučaju opterećenje ostaje isto za svaku ljestvicu tvrdoće. Obično je to 60, 100 ili 150 kgf.
Indikator u studiji su kuglice od izdržljivog materijala ili dijamantni čunjevi. Trebali bi imati zaobljeni šiljasti kraj i vršni kut od 120 stupnjeva.
Ova metoda se pokazala jednostavnom i brzo ponovljivom. Što mu daje prednost u odnosu na druge metode.
Povijest
Bečki znanstveni profesor Ludwig prvi je predložio korištenje indentera za istraživanjetvrdoće prodiranjem u materijal i izračunavanjem relativne dubine. Njegova metoda je opisana u djelu Die Kegelprobe iz 1908.
Ova metoda je imala nedostatke. Braća Hugh i Stanley Rockwell predložili su novu tehnologiju koja je eliminirala pogreške mehaničke nesavršenosti mjernog sustava (zazori i površinski nedostaci, kontaminacija materijala i dijelova). Profesori su izumili mjerač tvrdoće - uređaj koji određuje relativnu dubinu prodiranja. Korišten je za ispitivanje čeličnih kugličnih ležajeva.
Određivanje tvrdoće metala metodama Brinella i Rockwella zaslužilo je pozornost u znanstvenoj zajednici. Ali Brinellova metoda je bila inferiorna - bila je spora i nije se koristila za kaljene čelike. Stoga se ne može smatrati metodom ispitivanja bez razaranja.
U veljači 1919., mjerač tvrdoće patentiran je pod brojem 1294171. U to vrijeme, Rockwellovi su radili za tvrtku za kuglične ležajeve.
U rujnu 1919. Stanley Rockwell je napustio tvrtku i preselio se u državu New York. Tamo je podnio zahtjev za poboljšanje uređaja, koji je prihvaćen. Novi uređaj patentiran i poboljšan do 1921.
Krajem 1922., Rockwell je osnovao postrojenje za toplinsku obradu koja još uvijek radi u Connecticutu. Dio Instron Corporation od 1993.
Prednosti i nedostaci metode
Svaka metoda izračuna tvrdoće je jedinstvena i primjenjiva u nekom području. Metode tvrdoće po Brinellu i Rockwellusu osnovne.
Postoji niz prednosti ove metode:
- mogućnost eksperimenata visoke tvrdoće;
- manja oštećenja površine tijekom testiranja;
- jednostavna metoda koja ne zahtijeva mjerenje promjera udubljenja;
- proces testiranja je dovoljno brz.
Nedostaci:
- u usporedbi s ispitivačima tvrdoće po Brinellu i Vickersu, Rockwellova metoda nije dovoljno točna;
- mora pažljivo pripremiti površinu uzorka.
Struktura Rockwellove ljestvice
Za ispitivanje tvrdoće metala po Rockwell metodi, izvedeno je samo 11 ljestvica. Njihova razlika leži u omjeru vrha i opterećenja. Vrh može biti ne samo dijamantni konus, već i kugla od legure karbida i volframa ili kaljenog čelika u obliku kugle. Vrh fiksiran u instalaciji naziva se identifikator.
Vage se obično označavaju slovima latinske abecede: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.
Testovi snage provode se s glavnim skalama - A, B, C:
- Skala A: testiranje dijamantnim konusom s opterećenjem od 60 kgf. Oznaka - HRA. Takva ispitivanja se provode za tanke tvrde materijale (0,3-0,5 mm);
- Skala B: ispitivanje čelične kugle od 100 kgf. Oznaka - HRB. Ispitivanja se provode na žarenom mekom čeliku i legurama obojenih metala;
- Skala C: test konusa od 150 kgf. Oznaka - HRC. Ispitivanja se provode za srednje tvrde metale, kaljeni i kaljeni čelik ili slojeve debljine ne veće od 0,5 mm.
Tvrdoća po metodiRockwell se obično označava HR trećim slovom ljestvice (na primjer, HRA, HRC).
Formula za izračun
Tvrdoća materijala utječe na dubinu prodiranja vrha. Što je testni objekt tvrđi, to će biti manje penetracije.
Za numeričko određivanje tvrdoće materijala potrebna je formula. Njegovi koeficijenti ovise o mjerilu. Da bi se smanjila pogreška mjerenja, treba prihvatiti relativnu razliku u dubini prodiranja indentera u trenutku primjene glavnog i preliminarnog (10 kgf) opterećenja.
Metoda mjerenja tvrdoće po Rockwellu uključuje korištenje formule: HR=N-(H-h)/s, gdje razlika H-h označava relativnu dubinu prodiranja indentera pod opterećenjem (preliminarnim i glavnim), vrijednost je izračunato u mm. N, s su konstante, ovise o specifičnoj skali.
Mjerač tvrdoće po Rockwellu
Tester tvrdoće je uređaj za određivanje tvrdoće metala i legura Rockwell metodom. To je naprava s dijamantnim stošcem (ili kuglom) i materijalom u koji konus mora ući. Također je pričvršćen uteg za podešavanje sile udara.
Prikazuje se indikator vremena. Proces se odvija u dvije faze: prvo se prešanje vrši silom od 10 kgf, zatim jače. Za više pritiskanja koristi se konus, za manje lopta.
Testirani materijal je postavljen vodoravno. Dijamant se na njega spušta polugom. Za glatko spuštanje, uređaj koristi ručku s uljnim amortizerom.
Obično je vrijeme glavnog učitavanjaje 3 do 6 sekundi, ovisno o materijalu. Predopterećenje se mora održavati dok rezultati testa ne budu dostupni.
Velika strelica indikatora pomiče se u smjeru kazaljke na satu i odražava rezultat eksperimenta.
Najpopularniji u praksi su takvi modeli testera tvrdoće po rockwellu:
- Stacionarni uređaji "Metrotest" model "ITR", na primjer, "ITR-60/150-M".
- Qness GmbH model Q150R.
- Stacionarni automatizirani uređaj TIME Group Inc model TH300.
Metodologija ispitivanja
Istraživanje zahtijeva pažljivu pripremu. Pri određivanju tvrdoće metala Rockwell metodom površina uzorka mora biti čista, bez pukotina i ljuskica. Važno je stalno provjeravati da li je opterećenje naneseno okomito na površinu materijala i da li je stabilno na stolu.
Otisak prilikom guranja konusa treba biti najmanje 1,5 mm, a kod guranja kuglice - više od 4 mm. Za učinkovite izračune, uzorak mora biti 10 puta deblji od dubine prodiranja indentera nakon uklanjanja glavnog opterećenja. Također, potrebno je provesti najmanje 3 ispitivanja jednog uzorka, nakon čega bi se rezultati trebali usredsrediti.
Probni koraci
Kako bi eksperiment imao pozitivan rezultat i malu pogrešku, trebate slijediti redoslijed njegovog provođenja.
Faze pokusa na metodu određivanja tvrdoće poRockwell:
- Odredite izbor mjerila.
- Ugradite potreban utiskivač i ubacite.
- Izvršite dva testna (nisu uključena u rezultate) ispisa kako biste ispravili instalaciju uređaja i uzorka.
- Postavite referentni blok na instrument stol.
- Testirajte predopterećenje (10 kgf) i resetirajte vagu.
- Primijenite glavno opterećenje, pričekajte maksimalne rezultate.
- Uklonite teret i pročitajte primljenu vrijednost na brojčaniku.
Propisi dopuštaju ispitivanje jednog uzorka pri testiranju masovnih proizvoda.
Što će utjecati na točnost
Prilikom provođenja bilo kojeg testa važno je uzeti u obzir mnoge čimbenike. Detekcija tvrdoće po Rockwellu također ima svoje karakteristike.
Čimbenici na koje treba obratiti pažnju:
- Debljina ispitnog komada. Pravilima pokusa zabranjeno je koristiti uzorak koji je manji od deset puta dubina prodiranja vrha. Odnosno, ako je dubina prodiranja 0,2 mm, onda materijal mora biti debljine najmanje 2 cm.
- Mora postojati razmak između otisaka na uzorku. To su tri promjera između središta bliskih otisaka.
- Treba uzeti u obzir moguću promjenu rezultata eksperimenta na brojčaniku, ovisno o položaju istraživača. Odnosno, očitavanje rezultata treba biti provedeno s jedne točke gledišta.
Mehanička svojstva u testovimasnaga
Povezati i istražiti karakteristike čvrstoće materijala i rezultate ispitivanja tvrdoće Rockwellovom metodom tvrdoće dobili su znanstvenici kao što su Davidenkov N. N., Markovets M. P. i drugi.
Prema rezultatima ispitivanja tvrdoće utiskivanjem primjenjuju se metode za izračunavanje granice popuštanja. Ovaj odnos je izračunat za nehrđajuće čelike s visokim udjelom kroma koji su prošli višestruku toplinsku obradu. Prosječna vrijednost odstupanja, kada se koristi dijamantni indenter, bila je samo +0,9%.
U tijeku su i istraživanja kako bi se utvrdila druga mehanička svojstva materijala vezanih za tvrdoću. Na primjer, vlačna čvrstoća (ili vlačna čvrstoća), prava otpornost na lom i relativna kontrakcija.
Alternativne metode za određivanje tvrdoće
Mjerenje tvrdoće nije moguće samo Rockwell metodom. Razmotrite glavne točke svake metode i njihove razlike. Ispitivanje statičkog opterećenja:
- Uzorci studija. Rockell i Vickersove metode omogućuju ispitivanje relativno mekih materijala visoke čvrstoće. Brinellova metoda je dizajnirana za proučavanje mekših metala tvrdoće do 650 HBW. Super-Rockwell metoda omogućuje ispitivanje tvrdoće pri niskim opterećenjima.
- GOST-ovi. Rockwellova metoda je u skladu s GOST 9013-59, Brinellova metoda - 9012-59, Vickersova metoda - 2999-75, Shorova metoda - GOST 263-75, 24622-91, 24621-91, ASTM D2240, ISO 868-85.
- Durometri. Uređaji istraživača Rockwella i Shorea jednostavni sukorištenje i male veličine. Vickers oprema omogućuje testiranje na vrlo tankim i malim uzorcima.
Pokusi pod dinamičkim pritiskom izvedeni su po metodi Martela, Poldija, uz korištenje Nikolajevskog vertikalnog udarnog testera, Schopper i Bauman opružnog uređaja i drugih.
Tvrdoća se također može izmjeriti grebanjem. Takvi testovi su provedeni pomoću Barb datoteke, Monters, Hankins, Birbaum mikrokarakterizatora i drugih.
Unatoč svojim nedostacima, Rockwellova metoda se naširoko koristi za ispitivanje tvrdoće u industriji. Lako ga je izvesti, uglavnom zbog činjenice da nije potrebno mjeriti otisak pod mikroskopom i polirati površinu. Ali u isto vrijeme, metoda nije tako točna kao predložene studije Brinella i Vickersa. Tvrdoća, mjerena na različite načine, ima ovisnost. To jest, Rockwell učinkovite jedinice mogu se pretvoriti u Brinellove jedinice. Na zakonodavnoj razini postoje propisi poput ASTM E-140 koji uspoređuju vrijednosti tvrdoće.
