Skala Rockwella - Rockwell scale
Skala Rockwella to skala twardości oparta na twardości materiału wgłębnego. Test Rockwella mierzący głębokość penetracji wgłębnika pod dużym obciążeniem (duże obciążenie) w porównaniu do penetracji wykonanej przez obciążenie wstępne (mniejsze obciążenie). Istnieją różne skale, oznaczone pojedynczą literą, które wykorzystują różne obciążenia lub wgłębienia. Wynikiem jest liczba bezwymiarowa oznaczona jako HRA, HRB, HRC itp., gdzie ostatnia litera to odpowiednia skala Rockwella (patrz poniżej). Podczas badania metali twardość wgniecenia koreluje liniowo z wytrzymałością na rozciąganie .
Historia
Pomiar twardości różnicowej głębokości został opracowany w 1908 roku przez wiedeńskiego profesora Paula Ludwika w jego książce Die Kegelprobe (w skrócie „test stożkowy”). Metoda różnicowo-głębokościowa odjęła błędy związane z mechanicznymi niedoskonałościami systemu, takimi jak luzy i niedoskonałości powierzchni. Brinella Test twardości, wynaleziony w Szwecji, został opracowany wcześniej - w 1900 roku - ale to była powolna, nie przydatna w pełni hartowanej stali i wyszedł zbyt duże wrażenie należy uznać nieniszczące .
Hugh M. Rockwell (1890-1957) i Stanley P. Rockwell (1886-1940) z Connecticut w Stanach Zjednoczonych współwynaleźli „twardościomierz Rockwella”, maszynę różnicową. Złożyli wniosek o patent 15 lipca 1914 r. Wymogiem dla tego testera było szybkie określenie wpływu obróbki cieplnej na stalowe bieżnie łożysk. Wniosek został następnie zatwierdzony 11 lutego 1919 r. i posiada patent USA nr 1 294 171 . W momencie wynalezienia, zarówno Hugh, jak i Stanley Rockwell pracowali dla New Departure Manufacturing Co. w Bristolu w stanie Connecticut . New Departure był głównym producentem łożysk kulkowych, który w 1916 roku stał się częścią United Motors, a wkrótce potem General Motors Corp.
Po odejściu z firmy Connecticut, Stanley Rockwell w Syracuse w stanie Nowy Jork złożył 11 września 1919 r. wniosek o ulepszenie oryginalnego wynalazku, który został zatwierdzony 18 listopada 1924 r. Nowy tester posiada patent USA nr 1516207 . Rockwell przeniósł się do West Hartford w stanie Connecticut i dokonał dodatkowej poprawy w 1921 roku. Stanley współpracował z producentem przyrządów Charlesem H. Wilsonem z Wilson-Mauelen Company w 1920 roku, aby skomercjalizować swój wynalazek i opracować znormalizowane maszyny testujące. Stanley założył firmę zajmującą się obróbką cieplną około 1923 roku, Stanley P. Rockwell Company, która nadal istnieje w Hartford, CT. Późniejsza firma Wilson Mechanical Instrument Company zmieniła właściciela na przestrzeni lat i została przejęta przez Instron Corp. w 1993 roku.
Klasyfikacje twardościomierzy Rockwella oparte na skalach Rockwella
Twardościomierz Rockwella: HRA, HRB, HRC
Twardościomierz powierzchniowy Rockwella: 15N, 30N, 45N, 15T, 30T, 45T, 15W, 30W, 45W, 15X, 30X, 45X, 15Y, 30Y, 45Y
Twardościomierz Rockwell tworzyw sztucznych: HRE, HRL, HRM
Twardościomierz Twin Rockwell (nazywany również twardościomierzem Rockwella i powierzchniowym Rockwella): HRA, HRB, HRC, 15N, 15T, 15W, 15X, 15Y, 30N, 30T, 30W, 30X, 30Y, 45N, 45T, 45W, 45X, 45Y
Modele i działanie
Test twardości Rockwella można przeprowadzić na kilku różnych twardościomierzach. Wszyscy testerzy należą jednak do jednej z trzech kategorii. Testery twardości modelu stołowego można znaleźć w modelu cyfrowym lub analogowym. Cyfrowe modele stołowe wykorzystują wyświetlacz cyfrowy i zazwyczaj wymagają większego przeszkolenia technicznego, aby móc obsługiwać, podczas gdy modele analogowe są prostsze w obsłudze, a także bardzo dokładne i wyświetlają wyniki na tarczy z przodu maszyny. Wszystkie modele testerów stołowych znajdują się zwykle w warsztacie lub laboratorium. Inne testery są przenośne, a wszystkie przenośne testery będą dostępne w modelu cyfrowym z cyfrowym ekranem wyników podobnym do cyfrowego modelu laboratoryjnego. Obecnie firmy wolą, aby pracownicy korzystali z tych przenośnych testerów, ponieważ są one najłatwiejsze i najbardziej praktyczne w użyciu.
Jedną z popularnych marek wśród inżynierów jest przenośny tester Phase, który zawiera również opcje wykonywania kilku innych rodzajów testów twardości, w tym Brinella, Vickersa i Shore'a. Okazuje się, że jest to najbardziej wydajna forma testowania w ruchu w całym środowisku produkcyjnym. Pomija to również potrzebę wykresu konwersji, ponieważ cała praca jest wykonywana w przenośnym testerze Phase.
Określenie twardości Rockwella materiału obejmuje przyłożenie niewielkiego obciążenia, a następnie obciążenia głównego. Niewielkie obciążenie ustala pozycję zerową. Główny ładunek jest przykładany, a następnie usuwany, przy jednoczesnym utrzymaniu mniejszego obciążenia. Głębokość penetracji od zerowego punktu odniesienia mierzy się z tarczy, na której twardszy materiał daje mniejszą miarę. Oznacza to, że głębokość penetracji i twardość są odwrotnie proporcjonalne. Główną zaletą twardości Rockwella jest możliwość bezpośredniego wyświetlania wartości twardości, co pozwala uniknąć żmudnych obliczeń związanych z innymi technikami pomiaru twardości.
Test Rockwella jest bardzo opłacalny, ponieważ nie używa żadnego sprzętu optycznego do pomiaru twardości na podstawie wykonanego małego wcięcia, a wszystkie obliczenia są wykonywane w maszynie w celu pomiaru wgłębienia w próbce, zapewniając wyraźny wynik w sposób w którym jest łatwy do odczytania i zrozumienia po podaniu. Zapobiega to również wszelkim przeróbkom lub wykańczaniu próbki, które trzeba wykonać zarówno przed, jak i po badaniu. Jednak bardzo ważne jest, aby dwukrotnie sprawdzić próbki, ponieważ najmniejsze wgłębienia powstałe podczas testów mogą potencjalnie skutkować nieprawidłowymi pomiarami twardości, prowadząc do katastrofy. Po pewnym czasie wgłębnik w skali Rockwella może również stać się niedokładny i wymagać wymiany, aby zapewnić dokładne i precyzyjne pomiary twardości.
Równanie dla twardości Rockwella to , gdzie d jest głębokością w mm (od punktu zerowego obciążenia), a N i h są współczynnikami skali, które zależą od skali stosowanego testu (patrz następna sekcja).
Jest zwykle stosowany w inżynierii i metalurgii . Jego popularność komercyjna wynika z szybkości, niezawodności, solidności, rozdzielczości i małego obszaru wcięć.
Kroki obsługi starszych twardościomierzy Rockwella:
- Załaduj siłę początkową: początkowa siła testu twardości Rockwella wynosi 10 kgf (98 N; 22 lbf); powierzchowna próba twardości Rockwella początkowa siła testowa wynosi 3 kgf (29 N; 6,6 lbf).
- Załaduj główny ładunek: odniesienie poniżej formularza / tabeli „Wagi i wartości”.
- Pozostaw główny ładunek na „czas przebywania” wystarczający do zatrzymania wcięcia.
- Zwolnij ładunek; wartość Rockwella będzie zazwyczaj automatycznie wyświetlana na tarczy lub ekranie.
Aby uzyskać rzetelny odczyt, grubość próbki powinna być co najmniej 10-krotnością głębokości wgłębienia. Ponadto odczyty powinny być dokonywane z płaskiej, prostopadłej powierzchni, ponieważ wypukłe powierzchnie dają niższe odczyty. Do pomiaru twardości powierzchni wypukłej można zastosować współczynnik korygujący.
Skale i wartości
Istnieje kilka skal alternatywnych, z których najczęściej używa się skal „B” i „C”. Oba wyrażają twardość jako dowolną liczbę bezwymiarową .
Skala | Skrót § | Obciążenie główne * ( kgf ) | Wgłębnik | Posługiwać się | n | h |
---|---|---|---|---|---|---|
A | HRA | 60 | sferokoniczny diament † | Węgliki spiekane , cienka stal, płytka stal nawęglana | 100 | 500 |
b | HRB | 100 | 1 / 16 na (1,59 mm) kuli | Stopy miedzi, stale miękkie, stopy aluminium, żeliwo ciągliwe | 130 | 500 |
C | HRC | 150 | sferokoniczny diament † | Stal, twarde żeliwa, perlityczne żeliwo ciągliwe, tytan, stal głęboko nawęglana, inne materiały o twardości powyżej 100 HRB | 100 | 500 |
D | HRD | 100 | sferokoniczny diament † | Cienka stal i średnio nawęglana oraz perlityczne żeliwo ciągliwe | 100 | 500 |
mi | HRE | 100 | 1 / 8 w (3,18 mm) kuli | Żeliwo, stopy aluminium i magnezu, metale łożyskowe, tworzywa termoutwardzalne | 130 | 500 |
F | HRF | 60 | 1 / 16 na (1,59 mm) kuli | Wyżarzony stop miedzi, cienkie miękkie blachy | 130 | 500 |
g | HRG | 150 | 1 / 16 na (1,59 mm) kuli | Brąz fosforowy, miedź berylowa, żelazo ciągliwe. | 130 | 500 |
h | HRH | 60 | 1 / 8 w (3,18 mm) kuli | Aluminium, cynk, ołów | 130 | 500 |
K | HRK | 150 | 1 / 8 w (3,18 mm) kuli | Stop łożyskowy, cyna, twarde tworzywa sztuczne | 130 | 500 |
L | HRL | 60 | 1 / 4 w (6,35 mm) kuli | Metale łożyskowe i inne bardzo miękkie lub cienkie materiały. | 130 | 500 |
m | ZZL | 100 | 1 / 4 w (6,35 mm) kuli | Tworzywa termoplastyczne, metale łożyskowe i inne bardzo miękkie lub cienkie materiały | 130 | 500 |
P | HRP | 150 | 1 / 4 w (6,35 mm) kuli | Metale łożyskowe i inne bardzo miękkie lub cienkie materiały | 130 | 500 |
r | HRR | 60 | 1 / 2 w (12,70 mm) kuli | Tworzywa termoplastyczne, metale łożyskowe i inne bardzo miękkie lub cienkie materiały | 130 | 500 |
S | HRS | 100 | 1 / 2 w (12,70 mm) kuli | Metale łożyskowe i inne bardzo miękkie lub cienkie materiały | 130 | 500 |
V | HRV | 150 | 1 / 2 w (12,70 mm) kuli | Metale łożyskowe i inne bardzo miękkie lub cienkie materiały | 130 | 500 |
15T, 30T, 45T | 15, 30, 45 | 1 / 16 na (1,59 mm) kuli | Powierzchowne: do miękkich powłok | 100 | 1000 | |
15N, 30N, 45N | 15, 30, 45 | sferokoniczny diament † | Powierzchowne: do materiałów nawęglanych | 100 | 1000 | |
* Z wyjątkiem wag powierzchniowych, gdzie jest to 3 kgf, niewielkie obciążenie wynosi 10 kgf. | ||||||
† Nazywany również wgłębnikiem Brale , jest wykonany z stożkowego diamentu o kącie rozwarcia 120° ± 0,35° i promieniu końcówki 0,200 ± 0,010 mm. | ||||||
§ Liczba Rockwella poprzedza skróty skali (np. 60 HRC), z wyjątkiem „Skal powierzchownych”, gdzie następują po skrótach oddzielonych „-” (np. 30N-25). |
- Z wyjątkiem badania cienkich materiałów zgodnie z A623, stalowe kulki wgłębnika zostały zastąpione kulkami z węglika wolframu o różnych średnicach. Gdy stosuje się wgłębnik kulkowy, litera „W” oznacza użycie kulki z węglika wolframu, a litera „S” oznacza użycie kulki stalowej. Np.: 70 HRBW wskazuje, że odczyt wyniósł 70 w skali B Rockwella przy użyciu wgłębnika z węglika wolframu.
Te powierzchowne skale Rockwell stosowanie niższych obciążeń i płytsze wrażenia na kruche i bardzo cienkich materiałów. Skala 45N wykorzystuje obciążenie 45 kgf na wgłębnik Brale w kształcie stożka diamentowego i może być stosowana do gęstej ceramiki . Skala 15T wykorzystuje obciążenie 15 kgf na kulkę ze stali hartowanej o średnicy 1 ⁄ 16 cali (1,588 mm) i może być używana na blasze .
Skale B i C nakładają się na siebie, tak że odczyty poniżej HRC 20 i powyżej HRB 100, ogólnie uważane za niewiarygodne, nie muszą być przyjmowane ani określane.
Typowe wartości
- Bardzo twarda stal (np. dłuta, wysokiej jakości ostrza noża ): HRC 55–66 (hartowana stal węglowa szybkotnąca i stal narzędziowa, taka jak M2, W2, O1, CPM-M4 i D2, a także wiele nowszych stali nierdzewnych z metalurgii proszków takie jak CPM-S30V, CPM-154, ZDP-189. Istnieją stopy, które utrzymują HRC w górę 68-70, takie jak opracowany przez firmę Hitachi HAP72. Są one niezwykle twarde, ale także nieco kruche.)
- Osie : około HRC 45-55
- Mosiądz: HRB 55 (Niski mosiądz, UNS C24000, H01 Temper) do HRB 93 (Mosiądz kasetowy, UNS C26000 (260 Brass), H10 Temper)
Kilka innych wag, w tym rozbudowana skala A, jest używanych do specjalistycznych zastosowań. Istnieją specjalne skale do pomiaru próbek nawęglanych .
Normy
- Międzynarodowy ( ISO )
- ISO 6508-1: Materiały metalowe - Test twardości Rockwella - Część 1: Metoda badawcza (skale A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T)
- ISO 6508-2: Materiały metalowe - Test twardości Rockwella - Część 2: Weryfikacja i kalibracja maszyn testujących i wgłębników
- ISO 6508-3: Materiały metalowe - Test twardości Rockwella - Część 3: Kalibracja bloków referencyjnych
- ISO 2039-2: Tworzywa sztuczne - Oznaczanie twardości - Część 2: Twardość Rockwella
- Standard amerykański ( międzynarodowy ASTM )
- ASTM E18: Standardowe metody twardości Rockwella i powierzchniowej twardości Rockwella materiałów metalicznych