Твердомеры

Метод Роквелла

Ме́тод Рокве́лла является методом проверки твёрдости материалов. Из-за своей простоты этот метод является наиболее распространённым способом проверки твёрдости материалов. Способ основан на проникновении твёрдого наконечника в материал и измерении глубины проникновения.

Измерение твердости по относительной глубине проникновения индентора было предложено в 1908 г. венским профессором Людвигом (Ludwig) в книге Die Kegelprobe (дословно «испытание конусом»). Метод определения относительной глубины исключал ошибки, связанные с механическими несовершенствами системы, такими как люфты и поверхностные дефекты.

Твердомер Роквелла, машина для определения относительной глубины проникновения, был изобретен уроженцами шт. Коннектикут Хью М. Роквеллом (1890–1957) и Стэнли П. Роквеллом (1886–1940). Потребность в этой машине была вызвана необходимостью быстрого определения эффектов термообработки на обоймах стальных подшипников. Метод Бринелля, изобретенный в 1900 г. в Швеции, был медленным, не применимым для закалённых сталей, и оставлял слишком большой отпечаток, чтобы рассматриваться как неразрушающий.

Патентную заявку на новое устройство подали 15.07.1914, и, после ее рассмотрения, был выдан патент №1294171 от 11.02.1919.

Существует несколько шкал для проверки твёрдости, основанных на комбинации «индентор (наконечник) – нагрузка». Используются три типа индентеров: шарик из карбида вольфрама диаметром 1/16 дюйма (1,5875 мм), такой же шарик из твёрдой стали (не рекомендуется) и конический алмазный наконечник с углом при вершине 120°. Возможные нагрузки – 60, 100 и 150 кгс. Величина твёрдости определяется как разница в глубине проникновения индентора при приложении основной и предварительной (10 кгс) нагрузки. Значения твёрдости по методу Роквелла предваряются буквой A, B или C.

Основные шкалы твёрдости по Роквеллу

Проведение испытания:

1. Выбрать подходящую для проверяемого материала шкалу (А, В или С)

2. Установить соответствующий индентор и нагрузку

3. Перед тем, как начать проверку, надо сделать два неучитываемых отпечатка, чтобы проверить правильность посадки наконечника и стола

4. Установить эталонный блок на столик прибора

5. Приложить предварительную нагрузку в 10 кгс, обнулить шкалу

6. Приложить основную нагрузку и дождаться до приложения максимального усилия

7. Освободить индентор

8. Прочесть на циферблате по соответствующей шкале значение твёрдости (цифровой прибор показывает на экране значение твёрдости)

9. 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 считывнии 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, замеренной 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, как предел прочности (временное сопротивление, сужение в шейке и истинное сопротивление разрушению.

Цифровой твердомер по методу Роквелла. модель HRS-150

Этот твердомер, завоевавший национальную серебряную медаль качества, представляет собой практичный полуавтоматический прибор. Он может широко применяться при научных исследованиях и на производстве для определения твердости по методу Роквелла, как черных, так и цветных металлов, а также неметаллических материалов и конечных деталей из них.

Особенности конструкции

· Исключающий трение механизм перемещения штока, примененный в данной модели вместо традиционной схемы, а также управление предварительной нагрузкой с помощью магнитной муфты обеспечивают контроль этой нагрузки с очень высокой точностью.

· Последовательность операций по приложению, удержанию и снятию основной нагрузки производится автоматически, что практически исключает человеческий фактор при проведении измерений.

· Погрешность, связанная с неправильным считыванием, исключена, поскольку прибор оснащен цифровым дисплеем.

· Измеренные значения и результаты вычислений могут выводиться на принтер.

Спецификация

· Диапазоны измерений: 20–88HRA, 20–100HRB, 20–70HRC

· Испытательная нагрузка: 60, 100, 150 кгс (588.4, 980.7, 1471 N)

· Расстояние от стола до наконечника: 170 мм

· Расстояние от центра отпечатка до корпуса: 130 мм

· Разрешающая способность дисплея: 0.1HR

· Напряжение сети: 220/110 В переменного тока, 50/60 Гц

· Габаритные размеры: 500х250х700 мм

· Масса: 75 кг

Основные принадлежности

· Сменные столы: