För att effektivt använda metaller i olika utföranden är det viktigt att veta hur starka de är. Hårdhet är den mest beräknade kvalitetsegenskapen för metaller och legeringar. Det finns flera metoder för dess bestämning: Brinell, Rockell, Super-Rockwell, Vickers, Ludwik, Shor (Monotron), Martens. Artikeln tar upp Rockwell-brödernas metod.
Vad är metoden
Rockwell-metoden är en metod för att testa material för hårdhet. För elementet som studeras beräknas penetrationsdjupet för indikatorns hårda spets. I detta fall förblir belastningen densamma för varje hårdhetsskala. Vanligtvis är det 60, 100 eller 150 kgf.
Indikatorn i studien är kulor av hållbart material eller diamantkoner. De ska ha en rundad spetsig ände och en 120-graders spetsvinkel.
Denna metod har visat sig vara enkel och snabbt reproducerbar. Vilket ger den en fördel gentemot andra metoder.
Historia
Wienforskningsprofessor Ludwig föreslog först användningen av en indenter för forskninghårdhet genom att penetrera materialet och beräkna det relativa djupet. Hans metod beskrivs i verket Die Kegelprobe från 1908.
Denna metod hade nackdelar. Bröderna Hugh och Stanley Rockwell föreslog en ny teknik som eliminerade felen i den mekaniska ofullkomligheten i mätsystemet (glapp och ytdefekter, förorening av material och delar). Professorer uppfann en hårdhetstestare - en enhet som bestämmer det relativa penetrationsdjupet. Den användes för att testa stålkullager.
Bestämning av metallers hårdhet med metoderna från Brinell och Rockwell förtjänade uppmärksamhet i det vetenskapliga samfundet. Men Brinellmetoden var underlägsen – den var långsam och användes inte för härdade stål. Det kunde därför inte betraktas som en oförstörande testmetod.
I februari 1919 patenterades hårdhetstestaren under numret 1294171. Vid den här tiden arbetade familjen Rockwell för ett kullagerföretag.
I september 1919 lämnade Stanley Rockwell företaget och flyttade till delstaten New York. Där lämnade han in en ansökan om förbättring av anordningen, som godkändes. Ny enhet patenterad och förbättrad 1921.
I slutet av 1922 grundade Rockwell en värmebehandlingsanläggning som fortfarande är verksam i Connecticut. Del av Instron Corporation sedan 1993.
Fördelar och nackdelar med metoden
Varje hårdhetsberäkningsmetod är unik och tillämplig inom vissa områden. Brinell och Rockwell hårdhetsmetoderär grundläggande.
Det finns ett antal fördelar med metoden:
- möjlighet till experiment med hög hårdhet;
- mindre ytskador under testning;
- enkel metod som inte kräver mätning av fördjupningsdiametern;
- testprocessen är tillräckligt snabb.
Flaws:
- Jämfört med Brinell och Vickers hårdhetstestare är Rockwell-metoden inte tillräckligt exakt;
- måste noggrant förbereda provytan.
Rockwellskalans struktur
För att testa hårdheten hos metaller med Rockwell-metoden har endast 11 skalor härletts. Deras skillnad ligger i förhållandet mellan spetsen och belastningen. Spetsen kan inte bara vara en diamantkon, utan också en kula av en legering av karbid och volfram eller härdat stål i form av en sfär. Spetsen som är fixerad i installationen kallas identifieraren.
Skalor betecknas vanligtvis med bokstäverna i det latinska alfabetet: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.
Styrketester utförs med huvudskalorna - A, B, C:
- Skala A: testning med en diamantkon med en belastning på 60 kgf. Beteckning - HRA. Sådana tester utförs för tunna hårda material (0,3-0,5 mm);
- Våg B: 100 kgf stålkula test. Beteckning - HRB. Tester utförs på glödgat mjukt stål och icke-järnlegeringar;
- Våga C: 150 kgf kontest. Beteckning - HRC. Tester utförs för medelhårda metaller, härdat och härdat stål eller skikt med en tjocklek på högst 0,5 mm.
Hårdhet enligt metodRockwell betecknas vanligtvis HR med den tredje bokstaven i skalan (till exempel HRA, HRC).
Formel för beräkning
Hårdheten på materialet påverkar spetsens inträngningsdjup. Ju hårdare testobjektet är, desto mindre penetration blir.
För att numeriskt bestämma hårdheten hos ett material behövs en formel. Dess koefficienter beror på skalan. För att minska mätfelet bör man acceptera den relativa skillnaden i inträngningsdjupet för intryckaren vid anbringandet av huvudlasten och den preliminära (10 kgf) lasten.
Rockwells hårdhetsmätningsmetod innebär användning av formeln: HR=N-(H-h)/s, där skillnaden H-h anger det relativa inträngningsdjupet för indentern under belastningar (preliminär och huvudsaklig), värdet är räknat i mm. N, s är konstanter, de beror på den specifika skalan.
Rockwell hårdhetstestare
Hårdhetstestare är en anordning för att bestämma hårdheten hos metaller och legeringar med Rockwell-metoden. Det är en anordning med en diamantkon (eller kula) och det material som könen ska gå in i. En vikt är också fäst för att justera slagkraften.
Tidsindikator visas. Processen sker i två steg: först görs pressningen med en kraft på 10 kgf, sedan starkare. För mer pressning används en kon, för mindre, en boll.
Testmaterialet placeras horisontellt. Diamanten sänks ned på den med en spak. För en mjuk nedstigning använder enheten ett handtag med en oljestötdämpare.
Den huvudsakliga laddningstiden är vanligtvisär 3 till 6 sekunder, beroende på material. Förladdning måste bibehållas tills testresultat är tillgängliga.
Den stora pilen på indikatorn rör sig medurs och återspeglar resultatet av experimentet.
De mest populära i praktiken är sådana rockwell-hårdhetstestare:
- Stationära enheter "Metrotest" modell "ITR", till exempel "ITR-60/150-M".
- Qness GmbH modell Q150R.
- Stationär automatiserad enhet TIME Group Inc modell TH300.
Testmetodik
Forskning kräver noggrann förberedelse. Vid bestämning av metallers hårdhet med Rockwell-metoden måste ytan på provet vara ren, utan sprickor och fjäll. Det är viktigt att hela tiden kontrollera om belastningen appliceras vinkelrätt mot materialets yta, och om den är stabil på bordet.
Trycket när du trycker på konen ska vara minst 1,5 mm, och när du trycker på kulan - mer än 4 mm. För effektiva beräkningar måste provet vara 10 gånger tjockare än inträngningsdjupet för intryckaren efter avlägsnande av huvudbelastningen. Dessutom bör minst 3 tester av ett prov utföras, varefter resultaten ska beräknas i medeltal.
Teststeg
För att experimentet ska få ett positivt resultat och ett litet fel bör du följa ordningen för dess genomförande.
Etapper av experimentet om metoden för att bestämma hårdhet genomRockwell:
- Bestämma valet av skala.
- Installera önskad indenter och ladda.
- Utför två testutskrifter (ingår inte i resultaten) för att korrigera installationen av enheten och provet.
- Placera referensblocket på instrumentbordet.
- Testa förspänningen (10 kgf) och återställ vågen.
- Applicera huvudbelastningen, vänta på maxim alt resultat.
- Ta bort lasten och läs det mottagna värdet på ratten.
Regler tillåter testning av ett prov vid testning av massprodukter.
Vilket kommer att påverka noggrannheten
När du utför ett test är det viktigt att ta hänsyn till många faktorer. Rockwells hårdhetsdetektering har också sina egna egenskaper.
Faktorer att vara uppmärksam på:
- Tjockleken på provbiten. Det är förbjudet enligt experimentets regler att använda ett prov som är mindre än tio gånger spetsens penetrationsdjup. Det vill säga om inträngningsdjupet är 0,2 mm måste materialet vara minst 2 cm tjockt.
- Det måste finnas ett avstånd mellan utskrifterna på provet. Det är tre diametrar mellan mitten av nästan tryck.
- Man bör ta hänsyn till den möjliga förändringen av resultaten av experimentet på urtavlan, beroende på forskarens position. Det vill säga att avläsningen av resultatet bör utföras från en synvinkel.
Mekaniska egenskaper i testerstyrka
Relatera och utforska hållfasthetsegenskaperna hos material och resultaten av hårdhetstestning med Rockwells hårdhetsmetod erhölls av materialforskare som Davidenkov N. N., Markovets M. P. och andra.
Enligt resultaten av intryckningshårdhetstestet tillämpas metoder för att beräkna sträckgränsen. Detta förhållande beräknas för rostfria stål med hög kromh alt som har genomgått flera värmebehandlingar. Det genomsnittliga avvikelsevärdet vid användning av en diamantindragare var endast +0,9%.
Forskning pågår också för att fastställa andra mekaniska egenskaper hos material relaterade till hårdhet. Till exempel draghållfasthet (eller draghållfasthet), sann brotthållfasthet och relativ kontraktion.
Alternativa metoder för att bestämma hårdhet
Mätning av hårdhet är inte bara möjligt med Rockwell-metoden. Tänk på huvudpunkterna för varje metod och deras skillnader. Statisk belastningstest:
- Studieprover. Rockell och Vickers metoder gör det möjligt att testa relativt mjuka och höghållfasta material. Brinellmetoden är designad för att studera mjukare metaller med hårdhet upp till 650 HBW. Super-Rockwell-metoden tillåter hårdhetstestning vid låga belastningar.
- GOSTs. Rockwell-metoden överensstämmer 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.
- Durometrar. Rockwell och Shore forskares enheter är enklaanvändning och liten storlek. Vickers utrustning tillåter testning på mycket tunna och små exemplar.
Experiment under dynamiskt tryck utfördes enligt metoden av Martel, Poldi, med användning av Nikolaevs vertikala slagprovare, Schopper och Bauman fjäderanordning och andra.
Hårdhet kan också mätas genom att repa. Sådana tester utfördes med hjälp av en Barb-fil, Monters, Hankins, Birbaum microcharacterizer och andra.
Trots sina brister används Rockwell-metoden i stor utsträckning för hårdhetstestning inom industrin. Det är lätt att utföra, främst på grund av att det inte är nödvändigt att mäta trycket i mikroskop och polera ytan. Men samtidigt är metoden inte lika exakt som de föreslagna studierna av Brinell och Vickers. Hårdhet, mätt på olika sätt, har ett beroende. Det vill säga att Rockwell effektiva enheter kan konverteras till Brinell-enheter. På lagstiftningsnivå finns det bestämmelser som ASTM E-140 som jämför hårdhetsvärden.
