Шкала Роквелла - Rockwell scale

Твердомер по Роквеллу

Шкала Роквелла - это шкала твердости, основанная на твердости материала при вдавливании . Испытание Роквелла, измеряющее глубину проникновения индентора при большой нагрузке (большая нагрузка) по сравнению с проникновением, сделанным при предварительной нагрузке (незначительная нагрузка). Существуют разные шкалы, обозначаемые одной буквой, в которых используются разные нагрузки или инденторы. Результатом является безразмерное число, обозначенное как HRA, HRB, HRC и т. Д., Где последняя буква - соответствующая шкала Роквелла (см. Ниже). При испытании металлов твердость при вдавливании линейно коррелирует с пределом прочности на разрыв .

История

Дифференциальное измерение твердости по глубине было задумано в 1908 году венским профессором Полом Людвиком в его книге Die Kegelprobe (грубо говоря , «испытание конуса»). Метод дифференциальной глубины вычитал ошибки, связанные с механическими дефектами системы, такими как люфт и дефекты поверхности. Тест на твердость по Бринеллю , изобретенный в Швеции, был разработан ранее - в 1900 году - но он был медленным, бесполезным для полностью закаленной стали и оставил слишком большое впечатление, чтобы считаться неразрушающим .

Хью М. Rockwell (1890-1957) и Стэнли П. Rockwell (1886-1940) из Коннектикута в США совместно изобрели «тестер твердости Роквелла,» дифференциальный глубинно-машина. Они подали заявку на патент 15 июля 1914 года. Требование к этому тестеру состояло в том, чтобы быстро определить влияние термической обработки на стальные дорожки подшипников. Впоследствии приложение было одобрено 11 февраля 1919 г. и имеет патент США 1 294 171 . На момент изобретения Хью и Стэнли Роквелл работали в New Departure Manufacturing Co. из Бристоля, штат Коннектикут . New Departure - крупный производитель шарикоподшипников, который в 1916 году вошел в состав United Motors, а вскоре после этого - General Motors Corp.

Покинув компанию в Коннектикуте, Стэнли Роквелл, работавший тогда в Сиракузах, штат Нью-Йорк, 11 сентября 1919 года подал заявку на усовершенствование оригинального изобретения, которое было одобрено 18 ноября 1924 года. Новый тестер имеет патент США 1516207 . Роквелл переехал в Западный Хартфорд, штат Коннектикут, и в 1921 году сделал дополнительные улучшения. В 1920 году Стэнли сотрудничал с производителем инструментов Чарльзом Х. Уилсоном из компании Wilson-Mauelen, чтобы коммерциализировать свое изобретение и разработать стандартизированные испытательные машины. 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 течением времени и была приобретена Instron Corp. в 1993 году.

Классификация твердомеров по Роквеллу на основе шкал Роквелла

Твердомер по Роквеллу: HRA, HRB, HRC

Поверхностный твердомер по Роквеллу: 15N, 30N, 45N, 15T, 30T, 45T, 15W, 30W, 45W, 15X, 30X, 45X, 15Y, 30Y, 45Y

Твердомер для пластика по Роквеллу: HRE, HRL, HRM

Двойной твердомер по Роквеллу (также называемый твердомер по Роквеллу и поверхностный твердомер по Роквеллу): HRA, HRB, HRC, 15N, 15T, 15W, 15X, 15Y, 30N, 30T, 30W, 30X, 30Y, 45N, 45T, 45W, 45X, 45лет

Модели и работа

Испытание на твердость по Роквеллу можно проводить на нескольких различных твердомерах. Однако все тестировщики подпадают под одну из трех категорий. Стендовые модели твердомеров бывают в цифровом или аналоговом исполнении. В цифровых настольных моделях используется цифровой дисплей, и для работы с ними обычно требуется дополнительное техническое обучение, тогда как аналоговые модели проще в эксплуатации, а также очень точны и отображают результаты на шкале на передней панели станка. Все стендовые испытатели моделей обычно находятся в мастерской или лаборатории. Другие тестеры являются портативными, и все портативные тестеры будут иметь цифровую модель, включая цифровой экран результатов, аналогичный таковому у цифровой модели стендов. В настоящее время компании предпочитают, чтобы сотрудники использовали эти портативные тестеры, поскольку они являются наиболее простыми и практичными в использовании.

Одним из популярных брендов среди инженеров является портативный тестер Phase, который также включает в себя опции для выполнения нескольких других типов испытаний на твердость, включая испытания по Бринеллю, Виккерсу и Шору. Это оказывается наиболее эффективной формой тестирования на ходу в производственных условиях. При этом также игнорируется необходимость в диаграмме преобразования, поскольку вся работа выполняется в портативном тестере Phase.

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.

Испытание Роквелла очень рентабельно, поскольку в нем не используется какое-либо оптическое оборудование для измерения твердости на основе сделанного небольшого отступа. в котором легко читать и понимать однажды данное. Это также предотвращает необходимость доработки или отделки образца как до, так и после испытания. Тем не менее, очень важно дважды проверить образцы, поскольку малейшие вмятины, сделанные при испытании, могут потенциально привести к неправильным измерениям твердости, что приведет к катастрофе. Со временем индентор по шкале Роквелла также может стать неточным, и его потребуется заменить, чтобы обеспечить точные и точные измерения твердости.

Уравнение твердости по Роквеллу: где d - глубина в мм (от точки нулевой нагрузки), а N и h - масштабные коэффициенты, которые зависят от масштаба используемого испытания (см. Следующий раздел).

Обычно используется в машиностроении и металлургии . Его коммерческая популярность обусловлена ​​его скоростью, надежностью, надежностью, разрешением и небольшой площадью отступа.

Этапы эксплуатации старых твердомеров по Роквеллу:

  1. 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).
  2. Основная нагрузка: ссылка ниже формы / таблицы «Весы и значения».
  3. Оставьте основную нагрузку на «время выдержки», достаточное для того, чтобы вмятин остановился.
  4. Освободить нагрузку; значение Роквелла обычно автоматически отображается на циферблате или экране.

Чтобы получить надежные показания, толщина образца должна быть как минимум в 10 раз больше глубины отпечатка. Кроме того, показания следует снимать с плоской перпендикулярной поверхности, поскольку выпуклые поверхности дают более низкие показания. Если необходимо измерить твердость выпуклой поверхности, можно использовать поправочный коэффициент.

Весы и ценности

Существует несколько альтернативных шкал, наиболее часто используемые шкалы «B» и «C». Оба выражают твердость как произвольное безразмерное число .

Различные шкалы Роквелла
Шкала Сокращение § Основная нагрузка * ( кгс ) Индентор Использовать N час
А HRA 60 сфероконический алмаз Твердые сплавы , тонкая сталь, мелкая цементированная сталь 100 500
B HRB 100  Шарик 116 дюйма (1,59 мм) Медные сплавы, мягкие стали, алюминиевые сплавы, ковкий чугун 130 500
C HRC 150 сфероконический алмаз Сталь, твердый чугун, ковкий перлитный чугун, титан, сталь с глубокой цементацией и другие материалы с твердостью более 100 HRB 100 500
D HRD 100 сфероконический алмаз Тонкая сталь и сталь средней закалки и ковкий перлитный чугун 100 500
E ОПЧ 100  Шарик 18 дюйма (3,18 мм) Чугун, алюминиевые и магниевые сплавы, подшипниковые металлы, термореактивные пластмассы 130 500
F HRF 60  Шарик 116 дюйма (1,59 мм) Отожженный медный сплав, тонкий мягкий листовой металл 130 500
грамм HRG 150  Шарик 116 дюйма (1,59 мм) Фосфорная бронза, бериллиевая медь, ковкие чугуны. 130 500
ЧАС Его Королевское Высочество 60  Шарик 18 дюйма (3,18 мм) Алюминий, цинк, свинец 130 500
K HRK 150  Шарик 18 дюйма (3,18 мм) Подшипниковый сплав, олово, твердые пластмассовые материалы 130 500
L HRL 60 1 / 4  в (6.35 мм) мяч Подшипник для металлов и других очень мягких или тонких материалов. 130 500
M HRM 100 1 / 4  в (6.35 мм) мяч Термопласты, подшипниковые металлы и другие очень мягкие или тонкие материалы 130 500
п HRP 150 1 / 4  в (6.35 мм) мяч Подшипники из металлов и других очень мягких или тонких материалов 130 500
р HRR 60  Шарик 12 дюйма (12,70 мм) Термопласты, подшипниковые металлы и другие очень мягкие или тонкие материалы 130 500
S HRS 100  Шарик 12 дюйма (12,70 мм) Подшипники из металлов и других очень мягких или тонких материалов 130 500
V ВСР 150  Шарик 12 дюйма (12,70 мм) Подшипники из металлов и других очень мягких или тонких материалов 130 500
15 т, 30 т, 45 т 15, 30, 45  Шарик 116 дюйма (1,59 мм) Поверхностный: для мягких покрытий 100 1000
15Н, 30Н, 45Н 15, 30, 45 сфероконический алмаз Поверхностный: для цементированных материалов 100 1000
* За исключением поверхностных весов, где она составляет 3 кгс, второстепенная нагрузка составляет 10 кгс.
Также называемый индентором Брэле , изготовлен из конического алмаза с включенным углом 120 ° ± 0,35 ° и радиусом острия 0,200 ± 0,010 мм.
§ Число Роквелла предшествует сокращению шкалы (например, 60 HRC), за исключением «Поверхностных шкал», где они следуют за сокращениями, разделенными знаком «-» (например, 30N-25).
  • 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.

В поверхностных Rockwell весы используют более низкие нагрузки и более мелкие впечатления на хрупком и очень тонкие материалы. Шкала 45N выдерживает нагрузку 45 кгс на алмазный конусный индентор Brale и может использоваться на плотной керамике . Шкала 15T использует нагрузку 15 кгс на 1 / 16 - дюймовый диаметр (1,588 мм) , закаленной стальной шарик, и может быть использован на листового металла .

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, качественные лезвия ножей ): HRC 55–66 (закаленные быстрорежущие углеродистые и инструментальные стали, такие как M2, W2, O1, CPM-M4 и D2, а также многие из новейших нержавеющих сталей порошковой металлургии. такие как CPM-S30V, CPM-154, ZDP-189. Существуют сплавы с HRC выше 68-70, например HAP72, разработанный Hitachi. Они чрезвычайно твердые, но в то же время несколько хрупкие.)
  • Оси : около 45–55 HRC
  • Латунь: от HRB 55 (низкое качество латуни, UNS C24000, закалка H01) до HRB 93 (латунь картриджа, UNS C26000 (латунь 260), закалка H10)

Несколько других шкал, включая обширную шкалу A, используются для специализированных приложений. Существуют специальные шкалы для измерения цементированных образцов.

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.
  • Стандарт США ( ASTM International )
    • ASTM E18: Стандартные методы определения твердости по Роквеллу и поверхностной твердости по Роквеллу металлических материалов

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки