Για να χρησιμοποιήσετε αποτελεσματικά μέταλλα σε διάφορα σχέδια, είναι σημαντικό να γνωρίζετε πόσο ανθεκτικά είναι. Η σκληρότητα είναι το πιο συχνά υπολογιζόμενο ποιοτικό χαρακτηριστικό των μετάλλων και των κραμάτων. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για τον προσδιορισμό του: Brinell, Rockell, Super-Rockwell, Vickers, Ludwik, Shor (Monotron), Martens. Το άρθρο εξετάζει τη μέθοδο των αδελφών Rockwell.
Τι είναι η μέθοδος
Η μέθοδος Rockwell είναι μια μέθοδος δοκιμής υλικών για σκληρότητα. Για το υπό μελέτη στοιχείο, υπολογίζεται το βάθος διείσδυσης του σκληρού άκρου του δείκτη. Σε αυτή την περίπτωση, το φορτίο παραμένει το ίδιο για κάθε κλίμακα σκληρότητας. Συνήθως είναι 60, 100 ή 150 kgf.
Δείκτης στη μελέτη είναι μπάλες από ανθεκτικό υλικό ή κώνοι διαμαντιών. Θα πρέπει να έχουν στρογγυλεμένο μυτερό άκρο και γωνία κορυφής 120 μοιρών.
Αυτή η μέθοδος βρέθηκε να είναι απλή και γρήγορα αναπαραγώγιμη. Κάτι που του δίνει πλεονέκτημα σε σχέση με άλλες μεθόδους.
Ιστορία
Ο ερευνητής της Βιέννης, Ludwig, πρότεινε για πρώτη φορά τη χρήση μιας εσοχής για την έρευνασκληρότητα με διείσδυση στο υλικό και υπολογισμό του σχετικού βάθους. Η μέθοδός του περιγράφεται στο έργο του 1908 Die Kegelprobe.
Αυτή η μέθοδος είχε μειονεκτήματα. Τα αδέρφια Hugh και Stanley Rockwell πρότειναν μια νέα τεχνολογία που εξαλείφει τα σφάλματα της μηχανικής ατέλειας του συστήματος μέτρησης (οπισθοδρομήσεις και ελαττώματα επιφάνειας, μόλυνση υλικών και εξαρτημάτων). Οι καθηγητές επινόησαν έναν ελεγκτή σκληρότητας - μια συσκευή που καθορίζει το σχετικό βάθος διείσδυσης. Χρησιμοποιήθηκε για τη δοκιμή ρουλεμάν από χάλυβα.
Ο προσδιορισμός της σκληρότητας των μετάλλων με τις μεθόδους των Brinell και Rockwell άξιζε την προσοχή στην επιστημονική κοινότητα. Αλλά η μέθοδος Brinell ήταν κατώτερη - ήταν αργή και δεν χρησιμοποιήθηκε για σκληρυμένους χάλυβες. Επομένως, δεν θα μπορούσε να θεωρηθεί ως μη καταστροφική μέθοδος δοκιμών.
Τον Φεβρουάριο του 1919, ο ελεγκτής σκληρότητας κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας με τον αριθμό 1294171. Εκείνη την εποχή, οι Rockwells δούλευαν για μια εταιρεία ρουλεμάν.
Τον Σεπτέμβριο του 1919, ο Stanley Rockwell εγκατέλειψε την εταιρεία και μετακόμισε στην Πολιτεία της Νέας Υόρκης. Εκεί υπέβαλε αίτηση για βελτίωση της συσκευής, η οποία έγινε δεκτή. Νέα συσκευή κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και βελτιώθηκε το 1921.
Στα τέλη του 1922, ο Rockwell ίδρυσε μια μονάδα θερμικής επεξεργασίας που εξακολουθεί να λειτουργεί στο Κονέκτικατ. Μέρος της Instron Corporation από το 1993.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της μεθόδου
Κάθε μέθοδος υπολογισμού σκληρότητας είναι μοναδική και εφαρμόζεται σε ορισμένες περιοχές. Μέθοδοι σκληρότητας Brinell και Rockwellείναι βασικά.
Υπάρχει μια σειρά από πλεονεκτήματα της μεθόδου:
- δυνατότητα πειραμάτων υψηλής σκληρότητας;
- μικρή επιφανειακή ζημιά κατά τη διάρκεια της δοκιμής;
- απλή μέθοδος που δεν απαιτεί μέτρηση της διαμέτρου εσοχής;
- η διαδικασία δοκιμής είναι αρκετά γρήγορη.
Ελαττώματα:
- σε σύγκριση με τους ελεγκτές σκληρότητας Brinell και Vickers, η μέθοδος Rockwell δεν είναι αρκετά ακριβής.
- πρέπει να προετοιμάσετε προσεκτικά την επιφάνεια του δείγματος.
Η δομή της κλίμακας Rockwell
Για να ελέγξετε τη σκληρότητα των μετάλλων με τη μέθοδο Rockwell, έχουν προκύψει μόνο 11 κλίμακες. Η διαφορά τους έγκειται στην αναλογία του άκρου και του φορτίου. Η άκρη μπορεί να είναι όχι μόνο ένας κώνος διαμαντιού, αλλά και μια μπάλα από κράμα καρβιδίου και βολφραμίου ή σκληρυμένου χάλυβα με τη μορφή σφαίρας. Η συμβουλή που καθορίστηκε στην εγκατάσταση ονομάζεται αναγνωριστικό.
Οι κλίμακες συνήθως υποδηλώνονται με γράμματα του λατινικού αλφαβήτου: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.
Οι δοκιμές αντοχής πραγματοποιούνται με τις κύριες κλίμακες - A, B, C:
- Κλίμακα Α: δοκιμή με διαμαντένιο κώνο με φορτίο 60 kgf. Ονομασία - HRA. Τέτοιες δοκιμές πραγματοποιούνται για λεπτά σκληρά υλικά (0,3-0,5 mm);
- Κλίμακα Β: Δοκιμή χαλύβδινων σφαιρών 100 kgf. Ονομασία - HRB. Οι δοκιμές πραγματοποιούνται σε ανοπτημένο μαλακό χάλυβα και μη σιδηρούχα κράματα·
- Κλίμακα C: Δοκιμή κώνου 150 kgf. Ονομασία - HRC. Πραγματοποιούνται δοκιμές για μέταλλα μεσαίας σκληρότητας, σκληρυμένο και σκληρυμένο χάλυβα ή στρώματα με πάχος όχι μεγαλύτερο από 0,5 mm.
Σκληρότητα με μέθοδοΤο Rockwell συνήθως συμβολίζεται HR με το τρίτο γράμμα της κλίμακας (για παράδειγμα, HRA, HRC).
Τύπος υπολογισμού
Η σκληρότητα του υλικού επηρεάζει το βάθος διείσδυσης του άκρου. Όσο πιο σκληρό είναι το αντικείμενο δοκιμής, τόσο λιγότερη θα είναι η διείσδυση.
Για να προσδιοριστεί αριθμητικά η σκληρότητα ενός υλικού, απαιτείται ένας τύπος. Οι συντελεστές του εξαρτώνται από την κλίμακα. Για να μειωθεί το σφάλμα μέτρησης, θα πρέπει κανείς να αποδεχτεί τη σχετική διαφορά στο βάθος διείσδυσης του εσοχής τη στιγμή της εφαρμογής του κύριου και του προκαταρκτικού φορτίου (10 kgf).
Η μέθοδος μέτρησης της σκληρότητας Rockwell περιλαμβάνει τη χρήση του τύπου: HR=N-(H-h)/s, όπου η διαφορά H-h υποδηλώνει το σχετικό βάθος διείσδυσης του εσοχής κάτω από φορτία (προκαταρκτικό και κύριο), η τιμή είναι υπολογίζεται σε mm. Τα N, s είναι σταθερές, εξαρτώνται από τη συγκεκριμένη κλίμακα.
Δοκιμαστής σκληρότητας Rockwell
Ο ελεγκτής σκληρότητας είναι μια συσκευή για τον προσδιορισμό της σκληρότητας μετάλλων και κραμάτων με τη μέθοδο Rockwell. Είναι μια συσκευή με διαμαντένιο κώνο (ή μπάλα) και το υλικό στο οποίο πρέπει να μπει ο κώνος. Τοποθετείται επίσης ένα βάρος για τη ρύθμιση της δύναμης κρούσης.
Εμφανίζεται η ένδειξη ώρας. Η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε δύο στάδια: πρώτα, το πάτημα γίνεται με δύναμη 10 kgf, μετά πιο δυνατό. Για μεγαλύτερη πίεση, χρησιμοποιείται ένας κώνος, για λιγότερο, μια μπάλα.
Το υλικό δοκιμής τοποθετείται οριζόντια. Το διαμάντι χαμηλώνεται πάνω του με ένα μοχλό. Για ομαλή κατάβαση, η συσκευή χρησιμοποιεί λαβή με αμορτισέρ λαδιού.
Ο κύριος χρόνος φόρτωσης είναι συνήθωςείναι 3 έως 6 δευτερόλεπτα, ανάλογα με το υλικό. Η προφόρτωση πρέπει να διατηρηθεί μέχρι να είναι διαθέσιμα τα αποτελέσματα των δοκιμών.
Το μεγάλο βέλος του δείκτη κινείται δεξιόστροφα και αντικατοπτρίζει το αποτέλεσμα του πειράματος.
Τα πιο δημοφιλή στην πράξη είναι τέτοια μοντέλα μετρητών σκληρότητας rockwell:
- Σταθερές συσκευές "Metrotest" μοντέλο "ITR", για παράδειγμα, "ITR-60/150-M".
- Qness GmbH μοντέλο Q150R.
- Στατική αυτοματοποιημένη συσκευή TIME Group Inc μοντέλο TH300.
Μεθοδολογία δοκιμής
Η έρευνα απαιτεί προσεκτική προετοιμασία. Κατά τον προσδιορισμό της σκληρότητας των μετάλλων με τη μέθοδο Rockwell, η επιφάνεια του δείγματος πρέπει να είναι καθαρή, χωρίς ρωγμές και λέπια. Είναι σημαντικό να ελέγχετε συνεχώς εάν το φορτίο εφαρμόζεται κάθετα στην επιφάνεια του υλικού και αν είναι σταθερό στο τραπέζι.
Το αποτύπωμα κατά την ώθηση του κώνου πρέπει να είναι τουλάχιστον 1,5 mm και κατά την ώθηση της μπάλας - περισσότερο από 4 mm. Για αποτελεσματικούς υπολογισμούς, το δείγμα πρέπει να είναι 10 φορές παχύτερο από το βάθος διείσδυσης της εσοχής μετά την αφαίρεση του κύριου φορτίου. Επίσης, θα πρέπει να πραγματοποιηθούν τουλάχιστον 3 δοκιμές ενός δείγματος, μετά τις οποίες θα πρέπει να υπολογιστεί ο μέσος όρος των αποτελεσμάτων.
Βήματα δοκιμής
Για να έχει το πείραμα θετικό αποτέλεσμα και μικρό σφάλμα, θα πρέπει να ακολουθήσετε τη σειρά διεξαγωγής του.
Στάδια του πειράματος για τη μέθοδο προσδιορισμού της σκληρότητας μεRockwell:
- Προσδιορίστε την επιλογή της κλίμακας.
- Εγκαταστήστε την απαιτούμενη εσοχή και φορτώστε.
- Εκτελέστε δύο δοκιμαστικές εκτυπώσεις (δεν περιλαμβάνονται στα αποτελέσματα) για να διορθώσετε την εγκατάσταση της συσκευής και του δείγματος.
- Τοποθετήστε το μπλοκ αναφοράς στον πίνακα οργάνων.
- Δοκιμάστε την προφόρτιση (10 kgf) και επαναφέρετε την κλίμακα.
- Εφαρμόστε το κύριο φορτίο, περιμένετε τα μέγιστα αποτελέσματα.
- Αφαιρέστε το φορτίο και διαβάστε την τιμή που λάβατε στον επιλογέα.
Οι κανονισμοί επιτρέπουν τη δοκιμή ενός δείγματος κατά τη δοκιμή μαζικών προϊόντων.
Που θα επηρεάσει την ακρίβεια
Όταν διεξάγετε οποιοδήποτε τεστ, είναι σημαντικό να λαμβάνετε υπόψη πολλούς παράγοντες. Η ανίχνευση σκληρότητας Rockwell έχει επίσης τα δικά της χαρακτηριστικά.
Παράγοντες που πρέπει να προσέξεις:
- Το πάχος του δοκιμίου. Απαγορεύεται από τους κανόνες του πειράματος η χρήση δείγματος που είναι μικρότερο από δέκα φορές το βάθος διείσδυσης του άκρου. Δηλαδή, εάν το βάθος διείσδυσης είναι 0,2 mm, τότε το υλικό πρέπει να έχει πάχος τουλάχιστον 2 cm.
- Πρέπει να υπάρχει απόσταση μεταξύ των εκτυπώσεων στο δείγμα. Είναι τρεις διαμέτρους μεταξύ των κέντρων των κοντινών εκτυπώσεων.
- Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη η πιθανή αλλαγή στα αποτελέσματα του πειράματος στον επιλογέα, ανάλογα με τη θέση του ερευνητή. Δηλαδή, η ανάγνωση του αποτελέσματος θα πρέπει να πραγματοποιείται από μία άποψη.
Μηχανικές ιδιότητες σε δοκιμέςδύναμη
Συσχετίστε και εξερευνήστε τα χαρακτηριστικά αντοχής των υλικών και τα αποτελέσματα των δοκιμών σκληρότητας με τη μέθοδο σκληρότητας Rockwell λήφθηκαν από επιστήμονες υλικών όπως οι Davidenkov N. N., Markovets M. P. και άλλοι.
Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της δοκιμής σκληρότητας εσοχής, εφαρμόζονται μέθοδοι για τον υπολογισμό της αντοχής διαρροής. Αυτή η σχέση υπολογίζεται για ανοξείδωτους χάλυβες υψηλής περιεκτικότητας σε χρώμιο που έχουν υποστεί πολλαπλές θερμικές επεξεργασίες. Η μέση τιμή απόκλισης, κατά τη χρήση εσοχής διαμαντιού, ήταν μόνο +0,9%.
Έρευνα βρίσκεται επίσης σε εξέλιξη για τον προσδιορισμό άλλων μηχανικών ιδιοτήτων των υλικών που σχετίζονται με τη σκληρότητα. Για παράδειγμα, αντοχή σε εφελκυσμό (ή αντοχή σε εφελκυσμό), πραγματική αντοχή σε θραύση και σχετική συστολή.
Εναλλακτικές μέθοδοι για τον προσδιορισμό της σκληρότητας
Η μέτρηση της σκληρότητας είναι δυνατή όχι μόνο με τη μέθοδο Rockwell. Εξετάστε τα κύρια σημεία κάθε μεθόδου και τις διαφορές τους. Δοκιμή στατικού φορτίου:
- Δείγματα μελέτης. Οι μέθοδοι Rockell και Vickers καθιστούν δυνατή τη δοκιμή σχετικά μαλακών και υψηλής αντοχής υλικών. Η μέθοδος Brinell έχει σχεδιαστεί για τη μελέτη μαλακότερων μετάλλων με σκληρότητα έως 650 HBW. Η μέθοδος Super-Rockwell επιτρέπει τη δοκιμή σκληρότητας σε χαμηλά φορτία.
- GOST. Η μέθοδος Rockwell συμμορφώνεται με το GOST 9013-59, τη μέθοδο Brinell - 9012-59, τη μέθοδο Vickers - 2999-75, τη μέθοδο Shor - GOST 263-75, 24622-91, 24621-91, ASTM D2240, ISO 5. 868-
- Δωρόμετρα. Οι συσκευές των ερευνητών Rockwell και Shore είναι απλέςχρήση και μικρό μέγεθος. Ο εξοπλισμός Vickers επιτρέπει τη δοκιμή σε πολύ λεπτά και μικρά δείγματα.
Πειράματα υπό δυναμική πίεση διεξήχθησαν σύμφωνα με τη μέθοδο των Martel, Poldi, χρησιμοποιώντας τον δοκιμαστή κάθετης κρούσης Nikolaev, τη συσκευή ελατηρίου Schopper και Bauman και άλλα.
Η σκληρότητα μπορεί επίσης να μετρηθεί με ξύσιμο. Τέτοιες δοκιμές πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας ένα αρχείο Barb, μικροχαρακτήρα Monters, Hankins, Birbaum και άλλα.
Παρά τις ελλείψεις της, η μέθοδος Rockwell χρησιμοποιείται ευρέως για δοκιμές σκληρότητας στη βιομηχανία. Εκτελείται εύκολα, κυρίως λόγω του γεγονότος ότι δεν είναι απαραίτητο να μετρήσετε την εκτύπωση με μικροσκόπιο και να γυαλίσετε την επιφάνεια. Αλλά την ίδια στιγμή, η μέθοδος δεν είναι τόσο ακριβής όσο οι προτεινόμενες μελέτες των Brinell και Vickers. Η σκληρότητα, μετρούμενη με διαφορετικούς τρόπους, έχει μια εξάρτηση. Δηλαδή, οι αποτελεσματικές μονάδες Rockwell μπορούν να μετατραπούν σε μονάδες Brinell. Σε νομοθετικό επίπεδο, υπάρχουν κανονισμοί όπως ο ASTM E-140 που συγκρίνουν τις τιμές σκληρότητας.
