Za učinkovito uporabo kovin v različnih oblikah je pomembno vedeti, kako močne so. Trdota je najpogosteje izračunana kakovostna lastnost kovin in zlitin. Obstaja več metod za njegovo določanje: Brinell, Rockell, Super-Rockwell, Vickers, Ludwik, Shor (Monotron), Martens. Članek obravnava metodo bratov Rockwell.
Kakšna je metoda
Metoda Rockwell je metoda testiranja trdote materialov. Za preučevani element se izračuna globina penetracije trde konice indikatorja. V tem primeru ostane obremenitev enaka za vsako lestvico trdote. Običajno je 60, 100 ali 150 kgf.
Indikator v študiji so kroglice iz trpežnega materiala ali diamantni stožci. Imeti morajo zaobljen koničast konec in 120-stopinjski kot vrha.
Ugotovljeno je bilo, da je ta metoda preprosta in hitro ponovljiva. Kar mu daje prednost pred drugimi metodami.
Zgodovina
dunajski raziskovalni profesor Ludwig je prvi predlagal uporabo indenterja za raziskavetrdoto s prodiranjem v material in izračunom relativne globine. Njegova metoda je opisana v delu Die Kegelprobe iz leta 1908.
Ta metoda je imela pomanjkljivosti. Brata Hugh in Stanley Rockwell sta predlagala novo tehnologijo, ki je odpravila napake mehanske nepopolnosti merilnega sistema (zapor in površinske napake, kontaminacija materialov in delov). Profesorji so izumili merilnik trdote - napravo, ki določa relativno globino penetracije. Uporabljali so ga za testiranje jeklenih krogličnih ležajev.
Določanje trdote kovin po metodah Brinella in Rockwella si je v znanstveni skupnosti zaslužilo pozornost. Toda Brinellova metoda je bila slabša - bila je počasna in ni bila uporabljena za kaljena jekla. Zato je ni mogoče šteti za metodo neporušnega preskušanja.
Februarja 1919 je bil merilnik trdote patentiran pod številko 1294171. V tem času so Rockwellovi delali za podjetje za kroglične ležaje.
Septembra 1919 je Stanley Rockwell zapustil podjetje in se preselil v zvezno državo New York. Tam je oddal vlogo za izboljšavo naprave, ki je bila sprejeta. Nova naprava patentirana in izboljšana do leta 1921.
Konec leta 1922 je Rockwell ustanovil obrat za toplotno obdelavo, ki še vedno deluje v Connecticutu. Del korporacije Instron od leta 1993.
Prednosti in slabosti metode
Vsaka metoda izračuna trdote je edinstvena in uporabna na določenem področju. Metode trdote po Brinellu in Rockwelluso osnovni.
Metoda ima številne prednosti:
- možnost poskusov z visoko trdoto;
- manjše površinske poškodbe med testiranjem;
- preprosta metoda, ki ne zahteva merjenja premera vdolbine;
- proces testiranja je dovolj hiter.
Pomanjkljivosti:
- v primerjavi z merilniki trdote Brinell in Vickers, Rockwellova metoda ni dovolj natančna;
- mora skrbno pripraviti površino vzorca.
Struktura Rockwellove lestvice
Za testiranje trdote kovin po Rockwellovi metodi je bilo izpeljanih le 11 lestvic. Njihova razlika je v razmerju med konico in obremenitvijo. Konica je lahko ne le diamantni stožec, temveč tudi krogla iz zlitine karbida in volframa ali kaljenega jekla v obliki krogle. Konica, ki je pritrjena v namestitvi, se imenuje identifikator.
Lestvice so običajno označene s črkami latinske abecede: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.
Preizkusi moči se izvajajo z glavnimi lestvicami - A, B, C:
- Lestvica A: testiranje z diamantnim stožcem z obremenitvijo 60 kgf. Oznaka - HRA. Takšni preskusi se izvajajo za tanke trde materiale (0,3-0,5 mm);
- Lestvica B: preizkus jeklene krogle 100 kgf. Oznaka - HRB. Preskusi se izvajajo na žarjenem mehkem jeklu in neželezovih zlitinah;
- Lestvica C: test stožca 150 kgf. Oznaka - HRC. Preskusi se izvajajo za srednje trde kovine, kaljeno in kaljeno jeklo ali plasti z debelino največ 0,5 mm.
Trdota po metodiRockwell je običajno označen s HR s tretjo črko lestvice (na primer HRA, HRC).
Formula za izračun
Trdota materiala vpliva na globino prodiranja konice. Trši kot je testni predmet, manj bo penetracije.
Za številčno določitev trdote materiala je potrebna formula. Njegovi koeficienti so odvisni od lestvice. Za zmanjšanje merilne napake je treba sprejeti relativno razliko v globini prodiranja indenterja v trenutku uporabe glavne in predhodne (10 kgf) obremenitve.
Metoda meritve trdote po Rockwellu vključuje uporabo formule: HR=N-(H-h)/s, kjer razlika H-h označuje relativno globino penetracije indentorja pod obremenitvami (predhodne in glavne), vrednost je izračunano v mm. N, s so konstante, odvisne od specifične lestvice.
tester trdote po Rockwellu
Trdotester je naprava za določanje trdote kovin in zlitin po Rockwellovi metodi. Je naprava z diamantnim stožcem (ali kroglo) in materialom, v katerega mora stožec vstopiti. Pritrjena je tudi utež za prilagajanje sile udarca.
Prikaže se indikator časa. Postopek poteka v dveh fazah: najprej se stiskanje izvaja s silo 10 kgf, nato močneje. Za večji pritisk se uporablja stožec, za manj pa kroglica.
Preizkusni material je nameščen vodoravno. Diamant se nanj spusti z vzvodom. Za nemoten spust naprava uporablja ročaj z oljnim blažilnikom.
Glavni čas nalaganja je običajnoje od 3 do 6 sekund, odvisno od materiala. Prednapetost je treba vzdrževati, dokler niso na voljo rezultati testa.
Velika puščica indikatorja se premika v smeri urinega kazalca in odraža rezultat poskusa.
V praksi so najbolj priljubljeni modeli merilnikov trdote Rockwell:
- Stacionarne naprave "Metrotest" model "ITR", na primer "ITR-60/150-M".
- Qness GmbH model Q150R.
- Stacionarna avtomatska naprava TIME Group Inc model TH300.
testna metodologija
Raziskave zahtevajo skrbno pripravo. Pri določanju trdote kovin po Rockwellovi metodi mora biti površina vzorca čista, brez razpok in lusk. Pomembno je, da nenehno preverjate, ali je obremenitev nastavljena pravokotno na površino materiala in ali je stabilna na mizi.
Odtis pri potiskanju stožca mora biti najmanj 1,5 mm, pri potiskanju žogice pa več kot 4 mm. Za učinkovite izračune mora biti vzorec po odstranitvi glavne obremenitve 10-krat debelejši od globine penetracije indentorja. Prav tako je treba opraviti vsaj 3 teste enega vzorca, po katerih je treba rezultate povprečiti.
Preskusni koraki
Da bi imel poskus pozitiven rezultat in majhno napako, morate upoštevati vrstni red njegovega izvajanja.
Faze poskusa o metodi določanja trdote poRockwell:
- Določite izbiro lestvice.
- Namestite zahtevano vdolbino in naložite.
- Izvedite dva testna (nista vključena v rezultate) natisa, da popravite namestitev naprave in vzorca.
- Postavite referenčni blok na instrumentno mizo.
- Preizkusite prednapetost (10 kgf) in ponastavite tehtnico.
- Nanesite glavno obremenitev, počakajte na največje rezultate.
- Odstranite breme in preberite prejeto vrednost na številčnici.
Predpisi dovoljujejo testiranje enega vzorca pri testiranju množičnih izdelkov.
Kar bo vplivalo na natančnost
Pri izvajanju katerega koli testa je pomembno upoštevati številne dejavnike. Zaznavanje trdote po Rockwellu ima tudi svoje značilnosti.
Dejavniki, na katere morate biti pozorni:
- Debelina preskušanca. Pravila poskusa prepovedujejo uporabo vzorca, ki je manjši od desetkratne globine penetracije konice. Če je globina penetracije 0,2 mm, mora biti material debel najmanj 2 cm.
- Med odtisi na vzorcu mora biti razdalja. Ima tri premere med središči blizu odtisov.
- Upoštevati je treba morebitno spremembo rezultatov eksperimenta na številčnici, odvisno od položaja raziskovalca. Se pravi, branje rezultata je treba izvesti z enega zornega kota.
Mehanske lastnosti v testihmoč
Povezujte in raziščite trdnostne lastnosti materialov in rezultate testiranja trdote po Rockwellovi metodi trdote so pridobili materialisti, kot so Davidenkov N. N., Markovets M. P. in drugi.
Po rezultatih preskusa trdote vdolbine se uporabljajo metode za izračun meje tečenja. To razmerje je izračunano za nerjavna jekla z visoko vsebnostjo kroma, ki so bila večkrat toplotno obdelana. Povprečna vrednost odstopanja pri uporabi diamantnega indenterja je bila le +0,9%.
Raziskave potekajo tudi za določitev drugih mehanskih lastnosti materialov, povezanih s trdoto. Na primer natezna trdnost (ali natezna trdnost), resnična odpornost proti zlomu in relativno krčenje.
Alternativne metode za določanje trdote
Merjenje trdote ni možno samo po Rockwellovi metodi. Razmislite o glavnih točkah vsake metode in njihovih razlikah. Preskus statične obremenitve:
- Študijski vzorci. Metodi Rockell in Vickers omogočata testiranje razmeroma mehkih in visoko trdnih materialov. Brinellova metoda je zasnovana za preučevanje mehkejših kovin s trdoto do 650 HBW. Metoda Super-Rockwell omogoča testiranje trdote pri nizkih obremenitvah.
- GOST. Metoda Rockwell je skladna z GOST 9013-59, Brinellova metoda - 9012-59, metoda Vickers - 2999-75, Shorova metoda - GOST 263-75, 24622-91, 24621-91, ASTM D2240, ISO 868-85.
- Durometri. Naprave raziskovalcev Rockwell in Shore so preprosteuporaba in majhna velikost. Oprema Vickers omogoča testiranje na zelo tankih in majhnih vzorcih.
Poskusi pod dinamičnim pritiskom so bili izvedeni po metodi Martel, Poldi, z uporabo Nikolajevskega vertikalnega udarnega testerja, vzmetne naprave Schopper in Bauman in drugih.
Trdoto lahko izmerimo tudi s praskanjem. Takšni testi so bili izvedeni z datoteko Barb, Monters, Hankins, Birbaum microcharacterizer in drugimi.
Kljub svojim pomanjkljivostim se Rockwellova metoda pogosto uporablja za preskušanje trdote v industriji. Izvedba je enostavna, predvsem zaradi dejstva, da odtisa ni treba meriti pod mikroskopom in polirati površine. Toda hkrati metoda ni tako natančna kot predlagane študije Brinella in Vickersa. Trdota, merjena na različne načine, ima odvisnost. To pomeni, da se Rockwell učinkovite enote lahko pretvorijo v Brinellove enote. Na zakonodajni ravni obstajajo predpisi, kot je ASTM E-140, ki primerjajo vrednosti trdote.
