Шкала Роквелла — это шкала твердости , основанная на твердости материала при вдавливании. Испытание Роквелла измеряет глубину проникновения индентора под большой нагрузкой (большая нагрузка) по сравнению с проникновением при предварительной нагрузке (незначительная нагрузка). [1] Существуют разные шкалы, обозначаемые одной буквой, в которых используются разные нагрузки или инденторы. В результате получается безразмерное число, обозначаемое как HRA, HRB, HRC и т. д., где последняя буква — соответствующая шкала Роквелла. Большие числа соответствуют более твердым материалам.
При испытании металлов твердость при вдавливании линейно коррелирует с пределом прочности . [2]
Измерение твердости по разной глубине было предложено в 1908 году венским профессором Паулем Людвиком в его книге Die Kegelprobe (грубо говоря, «испытание конуса»). [3] Метод дифференциальной глубины вычитал ошибки, связанные с механическими несовершенствами 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 оставлял слишком сильное впечатление, чтобы его можно было считать неразрушающим .
Хью М. Роквелл (1890–1957) и Стэнли П. Роквелл (1886–1940) из Коннектикута, США , совместно изобрели «твердомер Роквелла», прибор для измерения дифференциальной глубины. Они подали заявку на патент 15 июля 1914 года. [4] Требованием к этому тестеру было быстрое определение воздействия термообработки на стальные кольца подшипников. Впоследствии заявка была одобрена 11 февраля 1919 года и имеет патент США № 1 294 171 . На момент изобретения Хью и Стэнли Роквеллы работали в компании New Departure Manufacturing Co. в Бристоле, штат Коннектикут . [5] New Departure была крупным производителем шарикоподшипников, который в 1916 году стал частью United Motors, а вскоре после этого и General Motors Corp.
Покинув компанию из Коннектикута, Стэнли Роквелл, находившийся 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 № 1 516 207 . [6] [7] Роквелл переехал в Вест-Хартфорд, штат Коннектикут, и внес дополнительные улучшения в 1921 году. [7] Стэнли сотрудничал с производителем инструментов Чарльзом Х. Уилсоном из компании Wilson-Mauelen в 1920 году, чтобы коммерциализировать свое изобретение и разработать стандартизированные испытания. машины. [8] Примерно в 1923 году Стэнли основал фирму по термообработке Stanley P. Rockwell Company, которая действовала до 2012 года. [9] Здание, которое стоит до сих пор, в 2016 году пустовало. [10] Позднее названная компания Wilson Mechanical Instrument С течением времени компания меняла владельца и была приобретена Instron Corp. в 1993 году. [11]
Твердость по Роквеллу можно проводить на нескольких различных твердомерах. [12] [13] Однако все тестеры подпадают под одну из трех категорий. Настольные модели твердомеров можно встретить как в цифровой, так и в аналоговой модели. Цифровые настольные модели используют цифровой дисплей и обычно требуют дополнительной технической подготовки, чтобы иметь возможность работать, тогда как аналоговые модели проще в эксплуатации, а также очень точны и отображают результаты на циферблате на передней части машины. Все тестеры стендовых моделей обычно находятся в мастерских или лабораториях. Другие тестеры являются портативными, и все портативные тестеры будут иметь цифровую модель, включающую экран цифровых результатов, аналогичный экрану настольной цифровой модели. Портативные тестеры практичны и просты в использовании. [ нужна цитата ]
Определение твердости материала по Роквеллу предполагает приложение незначительной нагрузки, за которой следует большая нагрузка. Незначительная нагрузка устанавливает нулевое положение. Прикладывается основная нагрузка, затем ее удаляют, сохраняя при этом незначительную нагрузку. Глубина проникновения от нулевой точки измеряется по шкале, на которой более твердый материал дает меньшую меру. То есть глубина проникновения и твердость обратно пропорциональны. Главным преимуществом измерения твердости по Роквеллу является его способность напрямую отображать значения твердости, что позволяет избежать утомительных вычислений, связанных с другими методами измерения твердости.
Испытание Роквелла очень экономически эффективно, поскольку для измерения твердости на основе небольшого отпечатка не используется какое-либо оптическое оборудование, а все расчеты выполняются внутри машины для измерения отпечатка на образце, что обеспечивает четкий результат. в котором легко читать и понимать, как только оно дано. Это также предотвращает необходимость доработки или окончательной обработки образца как до, так и после испытания. Тем не менее, очень важно дважды проверять образцы, поскольку малейшие вмятины, сделанные в ходе испытаний, потенциально могут 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. [14]
Уравнение твердости по Роквеллу имеет вид , 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 его используют в машиностроении и металлургии . Его коммерческая популярность обусловлена его скоростью, надежностью, прочностью, разрешением и небольшой площадью отступа.
Этапы работы с твердомерами Legacy Rockwell:
Для получения надежных показаний толщина испытуемого образца должна быть как минимум в 10 раз больше глубины отпечатка. [16] Кроме того, показания следует снимать с плоской перпендикулярной поверхности, поскольку выпуклые поверхности дают более низкие показания. Поправочный коэффициент можно использовать, если необходимо измерить твердость выпуклой поверхности. [17]
Существует несколько альтернативных шкал, наиболее часто используемыми являются шкалы «B» и «C». Оба выражают твердость как произвольное безразмерное число .
Поверхностные весы Роквелла используют меньшие нагрузки и более мелкие отпечатки на хрупких и очень тонких материалах . В шкале 45N применяется нагрузка 45 кгс на алмазный конусообразный индентор Брале, и ее можно использовать для обработки плотной керамики . В весах 15T используется нагрузка 15 кгс на шарике из закаленной стали диаметром 1/16 дюйма (1,588 мм), и их можно использовать для листового металла .
Шкалы B и C перекрываются, так что показания ниже HRC 20 и выше HRB 100, которые обычно считаются ненадежными, не нужно принимать или уточнять.
Типичные значения включают в себя:
Несколько других шкал, в том числе расширенная шкала A, используются для специализированных приложений. Существуют специальные шкалы для измерения цементированных образцов.
