Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Твердомер по Роквеллу

Шкала Роквелла - это шкала твердости, основанная на твердости материала при вдавливании . Испытание Роквелла, измеряющее глубину проникновения индентора при большой нагрузке (большая нагрузка) по сравнению с проникновением, сделанным при предварительной нагрузке (незначительная нагрузка). [1] Существуют разные масштабы, обозначаемые одной буквой, в которых используются разные нагрузки или инденторы. Результатом является безразмерное число, обозначенное как HRA, HRB, HRC и т. Д., Где последняя буква - соответствующая шкала Роквелла (см. Ниже). При испытании металлов твердость при вдавливании линейно коррелирует с пределом прочности на разрыв . [2]

История [ править ]

Дифференциальное измерение твердости по глубине было задумано в 1908 году венским профессором Полом Людвиком в его книге Die Kegelprobe (грубо говоря , «конусный тест»). [3] Метод дифференциальной глубины вычитал ошибки, связанные с механическими дефектами 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 оставил слишком большое впечатление, чтобы считаться неразрушающим .

Хью М. Роквелл (1890–1957) и Стэнли П. Роквелл (1886–1940) из Коннектикута, США, совместно изобрели «твердомер по Роквеллу», прибор для измерения дифференциальной глубины. Они подали заявку на патент 15 июля 1914 года. [4] Требование к этому тестеру заключалось в том, чтобы быстро определить влияние термической обработки на стальные дорожки качения подшипников. Впоследствии приложение было одобрено 11 февраля 1919 г. и имеет патент США 1 294 171 . На момент изобретения Хью и Стэнли Роквелл работали в New Departure Manufacturing Co. из Бристоля, штат Коннектикут . [5] New Departure была крупным производителем шарикоподшипников, который в 1916 году стал частью United Motors, а вскоре после этого - General Motors Corp.

Покинув компанию в Коннектикуте, Стэнли Роквелл, тогда находившийся 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 Западный Хартфорд, штат Коннектикут, и в 1921 году сделал дополнительные улучшения. [7] Стэнли сотрудничал с производителем инструментов Чарльзом Х. Уилсоном из компании Wilson-Mauelen в 1920 году, чтобы коммерциализировать свое изобретение и разработать стандартизированные методы тестирования. машины. [8] Стэнли основал фирму по термообработке примерно в 1923 году, Stanley P. Rockwell Company, которая до сих пор существует в Хартфорде, штат Коннектикут. Позднее названная Wilson Mechanical Instrument Company сменила владельца с течением времени и была приобретена Instron Corp. в 1993 году [9].

Классификация твердомеров по Роквеллу на основе шкал Роквелла [ править ]

Твердомер по Роквеллу: HRA, HRB, HRC [10]

Поверхностный твердомер по Роквеллу: 15N, 30N, 45N, 15T, 30T, 45T, 15W, 30W, 45W, 15X, 30X, 45X, 15Y, 30Y, 45Y

Твердомер для пластика по Роквеллу: HRE, HRL, HRM

Двойной твердомер по Роквеллу (также известный как твердомер по Роквеллу и поверхностный твердомер по Роквеллу): HRA, HRB, HRC, 15N, 15T, 15W, 15X, 15Y, 30N, 30T, 30W, 30X, 30Y, 45N, 45T, 45W, 45X, 45лет [11]

Операция [ править ]

Силовая диаграмма теста Роквелла
Крупный план индентора и наковальни на твердомере по Роквеллу.

Определение твердости материала по Роквеллу включает приложение небольшой нагрузки, за которой следует большая нагрузка. Незначительная нагрузка устанавливает нулевое положение. Основная нагрузка прикладывается, затем снимается, сохраняя при этом второстепенную нагрузку. Глубина проникновения от нулевой точки отсчета измеряется по циферблату, на котором более твердый материал дает меньшую меру. То есть глубина проникновения и твердость обратно пропорциональны. Основным преимуществом твердости по Роквеллу является ее способность напрямую отображать значения твердости, что позволяет избежать утомительных вычислений, связанных с другими методами измерения твердости.

Уравнение твердости по Роквеллу: где d - глубина (от точки нулевой нагрузки), а N и s - масштабные коэффициенты, которые зависят от масштаба используемого испытания (см. Следующий раздел).

Обычно используется в машиностроении и металлургии . Его коммерческая популярность обусловлена ​​его скоростью, надежностью, надежностью, разрешением и небольшой площадью отступа.

Этапы эксплуатации старых твердомеров по Роквеллу:

  1. Нагрузите начальное усилие: начальное испытательное усилие при испытании на твердость по Роквеллу составляет 10 кгс (98 Н; 22 фунт-силы); Начальное испытательное усилие при поверхностном испытании на твердость по Роквеллу составляет 3 кгс (29 Н; 6,6 фунта-силы).
  2. Основная нагрузка: ссылка ниже формы / таблицы «Весы и значения».
  3. Оставьте основную нагрузку на «время выдержки», достаточное для того, чтобы вмятина остановилась.
  4. Освободить нагрузку; значение Роквелла обычно автоматически отображается на циферблате или экране. [12]

Чтобы получить надежные показания, толщина образца должна быть как минимум в 10 раз больше глубины отпечатка. [13] Кроме того, показания следует снимать с плоской перпендикулярной поверхности, поскольку выпуклые поверхности дают более низкие показания. Если необходимо измерить твердость выпуклой поверхности, можно использовать поправочный коэффициент. [14]

Весы и значения [ править ]

Существует несколько альтернативных шкал, наиболее часто используемые шкалы «B» и «C». Оба выражают твердость как произвольное безразмерное число .

Различные шкалы Роквелла [15]
ШкалаСокращениеНагрузкаИнденторИспользоватьNs
АHRA60 кгсАлмазная сфероконическая форма 120 ° †Карбид вольфрама1000,002 мм
BHRB100 кгсСтальная сфера диаметром 1 ⁄ 16 дюйма (1,588 мм)Алюминий, латунь и мягкая сталь1300,002 мм
CHRC150 кгс120 ° алмаз сфероконическийБолее твердые стали> B1001000,002 мм
DHRD100 кгс120 ° алмаз сфероконический1000,002 мм
EОПЧ100 кгсСтальная сфера диаметром 1 ⁄ 8 дюйма (3,175 мм)1300,002 мм
FHRF60 кгсСтальная сфера диаметром 1 ⁄ 16 дюйма (1,588 мм)1300,002 мм
граммHRG150 кгсСтальная сфера диаметром 1 ⁄ 16 дюйма (1,588 мм)1300,002 мм
ЧАСЕго Королевское Высочество60 кгсСтальная сфера диаметром 1 ⁄ 8 дюйма (3,175 мм)Алюминий, цинк, свинец [16]
KHRK150 кгсСтальная сфера диаметром 1 ⁄ 8 дюйма (3,175 мм)Подшипниковый сплав, олово, твердые пластмассы [17]
† Также называется индентором Брале
  • За исключением испытаний тонких материалов в соответствии с A623, стальные шарики индентора были заменены шариками из карбида вольфрама различного диаметра. Когда используется шариковый индентор, буква «W» используется для обозначения шарика из карбида вольфрама, а буква «S» указывает на использование стального шарика. Например: 70 HRBW означает, что показание было 70 по шкале Роквелла B с использованием индентора из карбида вольфрама. [18]

В поверхностных Rockwell весы используют более низкие нагрузки и более мелкие впечатления на хрупком и очень тонкие материалы. Шкала 45N выдерживает нагрузку 45 кгс на алмазный конусный индентор Brale и может использоваться на плотной керамике . Шкала 15T использует нагрузку 15 кгс на 1 / 16 - дюймовый диаметр (1,588 мм) , закаленной стальной шарик, и может быть использован на листового металла .

Шкалы B и C перекрываются, так что показания ниже HRC 20 и выше HRB ​​100, которые обычно считаются ненадежными, не нужно брать или указывать.

Типичные значения [ править ]

  • Очень твердая сталь (например, долота, качественные лезвия ножей ): HRC 55–66 (закаленные быстрорежущие углеродистые и инструментальные стали, такие как M2, W2, O1, CPM-M4 и D2, а также многие из новейших нержавеющих сталей порошковой металлургии. такие как CPM-S30V, CPM-154, ZDP-189 и т. д.) [19]
  • Оси : около 45–55 HRC
  • Латунь: HRB 55 (низкое качество латуни, UNS C24000, закалка H01) до HRB 93 (латунь картриджа, UNS C26000 (латунь 260), закалка H10) [20]

Несколько других шкал, включая обширную шкалу A, используются для специализированных приложений. Существуют специальные шкалы для измерения цементированных образцов.

Стандарты [ править ]

  • Международный ( ISO )
    • ISO 6508-1: Металлические материалы - испытание на твердость по Роквеллу - Часть 1: Метод испытания (шкалы A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T)
    • ISO 6508-2: Металлические материалы. Испытание на твердость по Роквеллу. Часть 2: Проверка и калибровка испытательных машин и инденторов.
    • ISO 6508-3: Металлические материалы. Испытание на твердость по Роквеллу. Часть 3: Калибровка эталонных образцов.
    • ISO 2039-2: Пластмассы. Определение твердости. Часть 2: Твердость по Роквеллу.
  • Стандарт США ( ASTM International )
    • ASTM E18: Стандартные методы определения твердости по Роквеллу и поверхностной твердости по Роквеллу металлических материалов

См. Также [ править ]

  • Испытание на твердость по Бринеллю
  • Сравнение твердости
  • Хольгер Ф. Струер
  • Тест твердости по Кнупу
  • Тест на твердость отскока по Leeb
  • Тест на твердость по Мейеру
  • Твердомер по Шору
  • Испытание на твердость по Виккерсу

Ссылки [ править ]

  1. ^ EL Tobolski & A. Фи, "Macroindentation ТВЕРДОМЕРЫ," ASM Справочник, Том 8: Механические испытания и оценка , ASM International, 2000, стр 203-211,. ISBN  0-87170-389-0 .
  2. ^ « Корреляция предела текучести и прочности на разрыв с твердостью для сталей », EJ Pavlina и CJ Van Tyne, Journal of Materials Engineering and Performance , Volume 17, Number 6 / December 2008
  3. ↑ GL Kehl, Принципы металлографической лабораторной практики , 3-е изд., McGraw-Hill Book Co., 1949, стр. 229.
  4. ↑ HM Rockwell и SP Rockwell, «Hardness-Tester», патент США 1 294 171 , февраль 1919 г.
  5. ^ SW Kallee: Стэнли Пикетт Роквелл - один из изобретателей машины для определения твердости по Роквеллу . Проверено 21 ноября, 2018.
  6. ^ С.П. Роквелл, "Испытания металлов на твердость", Сделки Американского общества обработки стали , Том II, № 11, август 1922 г., стр. 1013–1033.
  7. ^ a b С. П. Роквелл, «Машина для испытания на твердость», патент США 1516207 , ноябрь 1924 г.
  8. ^ VE Lysaght, отступы ТВЕРДОМЕРОВ , Reinhold Publishing Corp., 1949, стр. 57-62.
  9. ^ RE Чинн, « Твердость, подшипники и Роквеллы », Advanced Materials & Processes , Vol 167 # 10, October 2009, p 29-31.
  10. ^ Цифровой твердомер по Роквеллу EBP R-150T http://www.hiebp.com
  11. ^ EBP RSR-45 / 150D цифровой твердомер по Роквеллу и поверхностный твердомер по Роквеллу http://www.hiebp.com
  12. ^ http://www.hiebp.com
  13. ^ Основы испытаний на твердость по Роквеллу , заархивировано из оригинала 29 января 2010 г. , извлечено 10 сентября 2010 г.
  14. ^ Руководство разработчика PMPA: Термическая обработка , заархивировано из оригинала 14 июля 2009 г. , извлечено 19 июня 2009 г..
  15. ^ Смит, Уильям Ф .; Хашеми, Джавад (2001), Основы материаловедения и инженерии (4-е изд.), McGraw-Hill, стр. 229, ISBN 0-07-295358-6
  16. ^ Справочник по твердомеру по Роквеллу R-150T компании EBP.
  17. ^ Справочник по твердомеру по Роквеллу R-150T компании EBP.
  18. ^ E18-08b Разделы 5.1.2.1 и 5.2.3
  19. ^ Материалы лезвия ножа
  20. ^ matweb.com , по состоянию на 23 июня 2010 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • Видео по испытанию твердости по Роквеллу
  • Таблица преобразования твердости
  • Таблица конвертации Роквелла в Бринелль
  • Таблица преобразования твердости
  • Испытание на твердость по Роквеллу