Резюме Метод на Рокуел

Тестът на Рокуеле метод за тестване на твърдостта на материали. Поради своята простота, този метод е най-разпространеният начин за тестване на твърдостта на материалите. Методът се основава на проникване на твърд връх в материала и измерване на дълбочината на проникване.

Измерването на твърдостта чрез относителната дълбочина на проникване на индентора е предложено през 1908 г. от виенския професор Лудвиг (Ludwig) в книгатаDie Kegelprobe(буквално „конусен тест“) [1] . Методът за определяне на относителната дълбочина елиминира грешки, свързани с механични несъвършенства на системата, като луфт и повърхностни дефекти.

Тестерът за твърдост по Рокуел, машина за определяне на относителната дълбочина на проникване, е изобретен от местните жители на Кънектикът Хю М. Рокуел (1890-1957) и Стенли П. Рокуел (1886-1940). Нуждата от тази машина беше продиктувана от необходимостта бързо да се определят ефектите от термичната обработка върху стоманените лагерни колела. Методът на Бринел, изобретен през 1900 г. в Швеция, е бавен, не е подходящ за закалени стомани и оставя вдлъбнатина, твърде голяма, за да се счита за неразрушителна.

Заявление за патент за ново устройство е подадено на 15.07.1914 г. и след разглеждането му е издаден патент № 1294171 от 11.02.1919 г. [2] .

По времето на изобретението Хю и Стенли Рокуел (не са преки роднини) са били наети от New Departure Manufacturing в Бристол, Кънектикът. New Departure, бивш основен производител на сачмени лагери, става част от United Motors през 1916 г., а малко след това и General Motors Corporation.

След като напуска компанията в Кънектикът, Стенли Рокуел се премества в Сиракуза (Ню Йорк) и на 11.09.1919 г. подава заявление за подобряване на оригиналното изобретение, което еодобрен на 18.11.1924 г. Новото устройство има патент № 1516207 [3] [4] . През 1921 г. Рокуел се премества в Уест Хартфорд, бр. Кънектикът, където прави допълнителни подобрения [4] .

През 1920 г. Стенли си сътрудничи с производителя на инструменти Чарлз Х. Уилсън от Wilson-Mauelen Company за комерсиализиране на изобретението и разработване на стандартизирани машини за тестване [5] .

Около 1923 г. Стенли основава Stanley P. Rockwell Company, фирма за термична обработка, която все още съществува в Хартфорд, бр. Кънектикът. Няколко години по-късно тя, преименувана на Wilson Mechanical Instrument Company, смени собственика си. През 1993 г. компанията е придобита от Instron Corporation (англ.).

2. Скали за твърдост по Рокуел

Има 11 скали за твърдост на Рокуел (A; B; C; D; E; F; G; H; K; N; T), базирани на комбинацията „индентор (върх) – натоварване“ [6] . Най-широко използвани са два типа индентори: топка от волфрамов карбид с диаметър 1/16 инча (1,5875 mm) или еквивалентна топка от закалена стомана и коничен диамантен връх от 120°. Възможните натоварвания са 60, 100 и 150 kgf. Стойността на твърдостта се определя като относителната разлика в дълбочината на проникване на индентора при прилагане на основното и предварителното (10 kgf) натоварване.

За обозначаване на твърдостта, определена по метода на Рокуел, се използва символът HR, към който се добавя буква, указваща скалата, по която са извършени тестовете (HRA, HRB, HRC).

НАЙ-ШИРОКО ИЗПОЛЗВАНАТА СКАЛА ЗА ТВЪРДОСТ НА РОКУЕЛ

МащабИнденторНатоварване, kgf
АДиамантен конус с ъгъл на върха 120°60 kgf
INТопка диам. 1/16инча волфрамов карбид (или закалена стомана)100 kgf
СЪСДиамантен конус с ъгъл на върха 120°150 kgf

2.1. Формули за определяне на твърдостта

Колкото по-твърд е материалът, толкова по-малка ще бъде дълбочината на проникване на върха в него. За да се получи по-голямо число на твърдост по Рокуел с по-голяма твърдост на материала, се въвежда условна скала за дълбочина, като за едно от нейните деления се взема дълбочина, равна на 0,002 mm. При тестване с диамантен конус максималната дълбочина на проникване е 0,2 мм, или 0,2 / 0,002 = 100 деления, при тестване с топка - 0,26 мм, или 0,26 / 0,002 = 130 деления. Така формулите за изчисляване на стойността на твърдостта ще изглеждат така:

а) когато се измерва по скала A (HRA) и C (HRC):

РазликатаH−hпредставлява разликата между дълбочините на потапяне на индентора (в милиметри) след отстраняване на основното натоварване и преди прилагането му (при предварително натоварване).

б) когато се измерва по скала B (HRB):

3. Тестване

  1. Изберете подходящата скала за материала, който ще се тества (A, B или C)
  2. Инсталирайте подходящия индентор и заредете
  3. Преди започване на теста трябва да се направят два неизброими отпечатъка, за да се провери правилното прилягане на върха и масата.
  4. Поставете референтния блок върху инструменталната маса
  5. Приложете предварително натоварване от 10 kgf, нулирайте скалата
  6. Приложете основното натоварване и изчакайте, докато се приложи максималната сила
  7. Освободете натоварването
  8. Прочетете стойността на твърдостта на циферблата, като използвате подходящата скала (цифровият инструмент показва стойността на твърдостта на екрана)
  9. Процедурата за изпитване на твърдостта на изпитвания образец е същата като приреферентен блок. Разрешено е да се направи едно измерване на проба при проверка на масовото производство

4. Фактори, влияещи върху точността на измерването

  1. Важен фактор е дебелината на пробата. Не се допускат проби с дебелина, по-малка от десет пъти дълбочината на проникване на върха.
  2. Минималното разстояние между отпечатъците е ограничено (3 диаметъра между центровете на най-близките отпечатъци)
  3. Избягвайте паралакс, когато четете резултати от циферблат на часовник

5. Сравнение на скалите за твърдост

Опростеността на метода на Рокуел (основно липсата на необходимост от измерване на диаметъра на вдлъбнатината) доведе до широкото му използване в индустрията за тестване на твърдостта. Освен това не се изисква висока чистота на измерваната повърхност (например методите на Бринел и Викерс включват измерване на вдлъбнатината с помощта на микроскоп и изискват повърхностно полиране). Недостатъкът на метода на Рокуел е по-ниската точност в сравнение с методите на Бринел и Викерс. Има корелация между стойностите на твърдостта, измерени по различни методи (вижте фигурата - преобразуване на единиците за твърдост HRB в твърдост по Бринел за алуминиеви сплави). Зависимостта е нелинейна. Има нормативни документи, които сравняват стойностите на твърдостта, измерени по различни методи (например ASTM E-140).

6. Оценка на механичните свойства чрез тестове за твърдост

Връзката между резултатите от изпитването за твърдост и якостните характеристики на материалите е изследвана от такива учени като Н. Н. Давиденков, М. П. Марковец и др.. Използват се методи за определяне на границата на провлачване въз основа на резултатите от изпитването на твърдост чрез вдлъбнатина. Такава връзка беше установена например за неръждаеми стомани с високо съдържание на хром след различни режимитоплинна обработка. Средното отклонение за коничния диамантен индентор е само +0,9%. Проведени са изследвания, за да се намери връзката между стойностите на твърдостта и други характеристики, определени при опън, като якост на опън (якост на опън, стесняване в шийката и истинска устойчивост на счупване).