For å effektivt bruke metaller i ulike design, er det viktig å vite hvor sterke de er. Hardhet er den mest beregnede kvalitetsegenskapen til metaller og legeringer. Det er flere metoder for bestemmelsen: Brinell, Rockell, Super-Rockwell, Vickers, Ludwik, Shor (Monotron), Martens. Artikkelen tar for seg metoden til Rockwell-brødrene.
Hva er metoden
Rockwell-metoden er en metode for å teste materialer for hardhet. For elementet som studeres, beregnes penetrasjonsdybden til den harde spissen av indikatoren. I dette tilfellet forblir belastningen den samme for hver hardhetsskala. Vanligvis er det 60, 100 eller 150 kgf.
Indikator i studien er kuler av slitesterkt materiale eller diamantkjegler. De skal ha en avrundet spiss ende og en 120-graders spissvinkel.
Denne metoden har vist seg å være enkel og raskt reproduserbar. Noe som gir den en fordel fremfor andre metoder.
Historie
Wien-forskningsprofessor Ludwig foreslo først bruk av en innrykk for forskninghardhet ved å penetrere materialet og beregne den relative dybden. Metoden hans er beskrevet i verket Die Kegelprobe fra 1908.
Denne metoden hadde ulemper. Brødrene Hugh og Stanley Rockwell foreslo en ny teknologi som eliminerte feilene i den mekaniske ufullkommenheten til målesystemet (tilbakeslag og overflatedefekter, forurensning av materialer og deler). Professorer oppfant en hardhetstester - en enhet som bestemmer den relative penetrasjonsdybden. Den ble brukt til å teste stålkulelager.
Bestemmelse av hardheten til metaller ved metodene til Brinell og Rockwell fortjente oppmerksomhet i det vitenskapelige miljøet. Men Brinell-metoden var dårlig – den var treg og ble ikke brukt til herdet stål. Dermed kunne det ikke betraktes som en ikke-destruktiv testmetode.
I februar 1919 ble hardhetstesteren patentert under nummeret 1294171. På dette tidspunktet jobbet familien Rockwell for et kulelagerfirma.
I september 1919 forlot Stanley Rockwell selskapet og flyttet til staten New York. Der sendte han inn en søknad om forbedring av apparatet, som ble akseptert. Ny enhet patentert og forbedret innen 1921.
På slutten av 1922 grunnla Rockwell et varmebehandlingsanlegg som fortsatt opererer i Connecticut. Del av Instron Corporation siden 1993.
Fordeler og ulemper med metoden
Hver hardhetsberegningsmetode er unik og anvendelig i enkelte områder. Brinell og Rockwell hardhetsmetoderer grunnleggende.
Det er en rekke fordeler med metoden:
- mulighet for eksperimenter med høy hardhet;
- mindre overflateskade under testing;
- enkel metode som ikke krever måling av innrykkdiameteren;
- testprosessen er rask nok.
Flaws:
- sammenlignet med Brinell og Vickers hardhetstestere, er ikke Rockwell-metoden nøyaktig nok;
- må forberede prøveoverflaten nøye.
Strukturen til Rockwell-skalaen
For å teste hardheten til metaller ved hjelp av Rockwell-metoden er det kun utledet 11 skalaer. Deres forskjell ligger i forholdet mellom spissen og belastningen. Spissen kan ikke bare være en diamantkjegle, men også en kule av en legering av karbid og wolfram eller herdet stål i form av en kule. Spissen som er festet i installasjonen kalles identifikatoren.
Skalaer er vanligvis merket med bokstaver i det latinske alfabetet: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.
Styrketester utføres med hovedskalaene - A, B, C:
- Skala A: testing med en diamantkjegle med en belastning på 60 kgf. Betegnelse - HRA. Slike tester utføres for tynne harde materialer (0,3-0,5 mm);
- Skala B: 100 kgf stålkuletest. Betegnelse - HRB. Tester er utført på glødet bløtt stål og ikke-jernholdige legeringer;
- Skala C: 150 kgf kjegletest. Betegnelse - HRC. Tester utføres for middels harde metaller, herdet og herdet stål eller lag med en tykkelse på ikke mer enn 0,5 mm.
Hardhet etter metodeRockwell betegnes vanligvis HR med den tredje bokstaven i skalaen (for eksempel HRA, HRC).
Formel for beregning
Hardheten til materialet påvirker inntrengningsdybden til spissen. Jo hardere testobjektet er, jo mindre penetrering vil det være.
For numerisk å bestemme hardheten til et materiale, er det nødvendig med en formel. Koeffisientene avhenger av skalaen. For å redusere målefeilen, bør man akseptere den relative forskjellen i inntrengningsdybden til indenteren ved påføring av hoved- og foreløpig (10 kgf) last.
Rockwell-hardhetsmålingsmetoden innebærer bruk av formelen: HR=N-(H-h)/s, hvor forskjellen H-h angir den relative penetrasjonsdybden til indenteren under belastninger (preliminær og hoved), verdien er regnet i mm. N, s er konstanter, de avhenger av den spesifikke skalaen.
Rockwell hardhetstester
Hardhetstester er en enhet for å bestemme hardheten til metaller og legeringer ved hjelp av Rockwell-metoden. Det er en enhet med en diamantkjegle (eller kule) og materialet som kjeglen skal inn i. En vekt er også festet for å justere slagkraften.
Tidsindikatoren vises. Prosessen foregår i to trinn: først gjøres pressingen med en kraft på 10 kgf, deretter sterkere. For mer pressing brukes en kjegle, for mindre, en ball.
Testmaterialet er plassert horisont alt. Diamanten senkes ned på den med en spak. For en jevn nedstigning bruker enheten et håndtak med oljestøtdemper.
Hovedinnlastingstiden er vanligviser 3 til 6 sekunder, avhengig av materialet. Forhåndsinnlasting må opprettholdes til testresultatene er tilgjengelige.
Den store pilen på indikatoren beveger seg med klokken og gjenspeiler resultatet av eksperimentet.
De mest populære i praksis er slike rockwell hardhetstestermodeller:
- Stasjonære enheter "Metrotest" modell "ITR", for eksempel "ITR-60/150-M".
- Qness GmbH modell Q150R.
- Stasjonær automatisert enhet TIME Group Inc modell TH300.
Testmetodikk
Forskning krever nøye forberedelser. Ved fastsettelse av hardheten til metaller ved Rockwell-metoden må overflaten av prøven være ren, uten sprekker og skjell. Det er viktig å hele tiden sjekke om belastningen påføres vinkelrett på overflaten av materialet, og om den er stabil på bordet.
Påtrykket når du skyver kjeglen skal være minst 1,5 mm, og når du skyver ballen - mer enn 4 mm. For effektive beregninger må prøven være 10 ganger tykkere enn inntrengningsdybden til indenteren etter fjerning av hovedlasten. Dessuten bør det utføres minst 3 tester av én prøve, hvoretter resultatene bør beregnes som gjennomsnitt.
Testtrinn
For at eksperimentet skal ha et positivt resultat og en liten feil, bør du følge rekkefølgen på gjennomføringen.
Stadier av eksperimentet med metoden for å bestemme hardhet vedRockwell:
- Bestem valget av skala.
- Installer nødvendig innrykk og last.
- Utfør to testutskrifter (ikke inkludert i resultatene) for å korrigere installasjonen av enheten og prøven.
- Plasser referanseblokken på instrumentbordet.
- Test forhåndsbelastningen (10 kgf) og tilbakestill skalaen.
- Bruk hovedbelastningen, vent på maksimale resultater.
- Fjern belastningen og les den mottatte verdien på skiven.
Regler tillater testing av én prøve ved testing av masseprodukter.
Som vil påvirke nøyaktigheten
Når du utfører en test, er det viktig å ta hensyn til mange faktorer. Rockwell hardhetsdeteksjon har også sine egne egenskaper.
Faktorer å være oppmerksom på:
- Tykkelsen på prøvestykket. Det er forbudt i henhold til eksperimentets regler å bruke en prøve som er mindre enn ti ganger penetrasjonsdybden til spissen. Det vil si at hvis inntrengningsdybden er 0,2 mm, må materialet være minst 2 cm tykt.
- Det må være en avstand mellom utskriftene på prøven. Det er tre diametre mellom midten av nesten-trykk.
- Man bør ta hensyn til mulig endring i resultatene av eksperimentet på skiven, avhengig av posisjonen til forskeren. Det vil si at lesingen av resultatet bør utføres fra ett synspunkt.
Mekaniske egenskaper i testerstyrke
Relaterte og utforsk styrkeegenskapene til materialer og resultatene av hardhetstesting ved hjelp av Rockwell-hardhetsmetoden ble oppnådd av materialforskere som Davidenkov N. N., Markovets M. P. og andre.
I henhold til resultatene fra fordypningshardhetstesten brukes metoder for å beregne flytegrensen. Dette forholdet er beregnet for rustfritt stål med høy krom som har gjennomgått flere varmebehandlinger. Gjennomsnittlig avviksverdi ved bruk av en diamantinnrykk var bare +0,9%.
Det pågår også forskning for å bestemme andre mekaniske egenskaper til materialer knyttet til hardhet. For eksempel strekkfasthet (eller strekkfasthet), ekte bruddmotstand og relativ sammentrekning.
Alternative metoder for å bestemme hardhet
Måling av hardhet er ikke bare mulig med Rockwell-metoden. Vurder hovedpoengene til hver metode og forskjellene deres. Statisk belastningstest:
- Studieeksempler. Rockell- og Vickers-metodene gjør det mulig å teste relativt myke og høyfaste materialer. Brinell-metoden er utviklet for å studere mykere metaller med hardhet opptil 650 HBW. Super-Rockwell-metoden tillater hardhetstesting ved lav belastning.
- GOSTs. Rockwell-metoden samsvarer med GOST 9013-59, Brinell-metoden - 9012-59, Vickers-metoden - 2999-75, Shor-metoden - GOST 263-75, 24622-91, 24621-91, ASTM D2240, ISO 868-85.
- Durometers. Rockwell og Shore-forskernes enheter er enklebruk og liten størrelse. Vickers utstyr tillater testing på veldig tynne og små prøver.
Eksperimenter under dynamisk trykk ble utført i henhold til metoden til Martel, Poldi, ved bruk av Nikolaev vertikal slagtester, Schopper og Bauman fjæranordninger og andre.
Hardhet kan også måles ved å skrape. Slike tester ble utført ved bruk av en Barb-fil, Monters, Hankins, Birbaum microcharacterizer og andre.
Til tross for sine mangler er Rockwell-metoden mye brukt til hardhetstesting i industrien. Det er enkelt å utføre, hovedsakelig på grunn av at det ikke er nødvendig å måle trykket under et mikroskop og polere overflaten. Men samtidig er ikke metoden like nøyaktig som de foreslåtte studiene til Brinell og Vickers. Hardhet, målt på forskjellige måter, har en avhengighet. Det vil si at Rockwell-effektive enheter kan konverteres til Brinell-enheter. På lovnivå er det forskrifter som ASTM E-140 som sammenligner hardhetsverdier.
