A fémek különféle kivitelben történő hatékony felhasználásához fontos tudni, hogy milyen erősek. A keménység a fémek és ötvözetek leggyakrabban számított minőségi jellemzője. Számos módszer létezik a meghatározására: Brinell, Rockell, Super-Rockwell, Vickers, Ludwik, Shor (Monotron), Martens. A cikk a Rockwell fivérek módszerével foglalkozik.
Mi a módszer
A Rockwell-módszer az anyagok keménységének vizsgálatára szolgáló módszer. A vizsgált elemre a mutató kemény hegyének behatolási mélységét számítják ki. Ebben az esetben a terhelés minden keménységi skálán ugyanaz marad. Általában 60, 100 vagy 150 kgf.
A tanulmány indikátorai tartós anyagból készült golyók vagy gyémánt kúpok. Lekerekített hegyes véggel és 120 fokos csúcsszöggel kell rendelkezniük.
Ez a módszer egyszerűnek és gyorsan reprodukálhatónak bizonyult. Ez előnyt jelent más módszerekkel szemben.
Előzmények
Ludwig bécsi kutatóprofesszor javasolta először a behúzás használatát a kutatáshozkeménység az anyagba való behatolással és a relatív mélység kiszámításával. Módszerét a Die Kegelprobe című 1908-as munka írja le.
Ennek a módszernek voltak hátrányai. Hugh és Stanley Rockwell testvérek új technológiát javasoltak, amely kiküszöböli a mérőrendszer mechanikai tökéletlenségéből adódó hibákat (hátrányok és felületi hibák, anyagok és alkatrészek szennyeződése). A professzorok feltaláltak egy keménységmérőt - egy olyan eszközt, amely meghatározza a behatolás relatív mélységét. Acél golyóscsapágyak tesztelésére használták.
A fémek keménységének meghatározása Brinell és Rockwell módszerével figyelmet érdemelt a tudományos közösségben. De a Brinell-módszer gyengébb volt - lassú volt, és nem használták edzett acélokhoz. Így ez nem tekinthető roncsolásmentes vizsgálati módszernek.
1919 februárjában a keménységmérőt 1294171 számon szabadalmaztatták. Ebben az időben a Rockwells egy golyóscsapágyas cégnél dolgozott.
1919 szeptemberében Stanley Rockwell elhagyta a céget, és New York államba költözött. Ott benyújtott egy kérelmet a készülék fejlesztésére, amelyet elfogadtak. 1921-re szabadalmaztatott és továbbfejlesztett új eszköz.
1922 végén Rockwell hőkezelő üzemet alapított, amely még mindig működik Connecticutban. 1993 óta az Instron Corporation tagja.
A módszer előnyei és hátrányai
Minden keménységszámítási módszer egyedi és alkalmazható bizonyos területeken. Brinell és Rockwell keménységi módszerekalapvetőek.
A módszernek számos előnye van:
- nagy keménységű kísérletek lehetősége;
- kisebb felületi sérülés a tesztelés során;
- egyszerű módszer, amely nem igényli a bemélyedés átmérőjének mérését;
- a tesztelési folyamat elég gyors.
Hibák:
- a Brinell és Vickers keménységmérőkhöz képest a Rockwell-módszer nem elég pontos;
- gondosan elő kell készítenie a minta felületét.
A Rockwell-skála szerkezete
A fémek keménységének Rockwell-módszerrel történő teszteléséhez mindössze 11 skálát vezettek le. Különbségük a hegy és a terhelés arányában van. A hegy nemcsak gyémántkúp lehet, hanem keményfém és volfrám ötvözetből vagy edzett acélból készült golyó is lehet gömb formájában. A telepítésben rögzített tippet azonosítónak nevezik.
A skálákat általában a latin ábécé betűivel jelöljük: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.
Az erőpróbákat a fő skálákkal végezzük - A, B, C:
- A skála: tesztelés gyémánt kúppal 60 kgf terheléssel. Megnevezés - HRA. Az ilyen vizsgálatokat vékony kemény anyagokra (0,3-0,5 mm) végzik;
- B skála: 100 kgf acélgolyós teszt. Megnevezés - HRB. A vizsgálatokat lágyított lágyacélon és színesfém ötvözeteken végzik;
- C skála: 150 kgf kúp teszt. Megnevezés - HRC. A vizsgálatokat közepesen kemény fémekre, edzett és edzett acélokra vagy 0,5 mm-nél nem vastagabb rétegekre végezzük.
Keménység módszer szerintRockwell-t általában HR-nek jelölik a skála harmadik betűjével (például HRA, HRC).
Számítási képlet
Az anyag keménysége befolyásolja a hegy behatolási mélységét. Minél keményebb a vizsgálati tárgy, annál kisebb lesz a behatolás.
Egy anyag keménységének számszerű meghatározásához képletre van szükség. Együtthatói a skálától függenek. A mérési hiba csökkentése érdekében el kell fogadni a bemélyedés behatolási mélységének relatív különbségét a fő és az előterhelés (10 kgf) alkalmazásának pillanatában.
A Rockwell keménységmérési módszer a következő képletet tartalmazza: HR=N-(H-h)/s, ahol a H-h különbség a bemélyedés relatív behatolási mélységét jelöli terhelés alatt (előzetes és fő), az érték: mm-ben számolva. N, s állandók, az adott skálától függenek.
Rockwell keménységmérő
A keménységmérő fémek és ötvözetek keménységének Rockwell-módszerrel történő meghatározására szolgáló eszköz. Ez egy gyémánt kúppal (vagy golyóval) ellátott eszköz, és az anyag, amelybe a kúpnak be kell kerülnie. Az ütközési erő beállításához egy súly is van rögzítve.
Az időjelző megjelenik. A folyamat két szakaszban zajlik: először a préselést 10 kgf erővel végezzük, majd erősebben. Nagyobb nyomáshoz kúpot használnak, kevesebbért labdát.
A vizsgálati anyagot vízszintesen helyezzük el. A gyémánt karral leeresztjük rá. A sima ereszkedés érdekében a készülék olajos lengéscsillapítóval ellátott fogantyút használ.
A fő betöltési idő általábananyagtól függően 3-6 másodperc. Az előtöltést mindaddig fenn kell tartani, amíg a teszteredmények nem állnak rendelkezésre.
A mutató nagy nyila az óramutató járásával megegyező irányban mozog, és tükrözi a kísérlet eredményét.
A gyakorlatban a legnépszerűbbek az ilyen rockwell keménységmérő modellek:
- Helyhez kötött eszközök „Metrotest” modell „ITR”, például „ITR-60/150-M”.
- Qness GmbH Q150R modell.
- Helyhez kötött automatizált eszköz TIME Group Inc, TH300 modell.
Tesztelési módszertan
A kutatás alapos előkészítést igényel. A fémek keménységének Rockwell módszerrel történő meghatározásakor a minta felületének tisztának, repedések és pikkelyek nélkül kell lennie. Fontos folyamatosan ellenőrizni, hogy a terhelés merőlegesen hat-e az anyag felületére, és stabilan áll-e az asztalon.
A kúp nyomásakor a lenyomatnak legalább 1,5 mm-nek, a labda megnyomásakor pedig 4 mm-nél nagyobbnak kell lennie. A hatékony számításokhoz a mintának 10-szer vastagabbnak kell lennie, mint a bemélyedés behatolási mélysége a fő terhelés eltávolítása után. Ezenkívül egy mintán legalább 3 vizsgálatot kell végezni, majd az eredményeket átlagolni kell.
Tesztlépések
Ahhoz, hogy a kísérlet pozitív eredménnyel és kis hibával járjon, kövesse a végrehajtás sorrendjét.
A keménység meghatározásának módszerével végzett kísérlet szakaszaiRockwell:
- Határozza meg a skála kiválasztását.
- Telepítse a szükséges behúzót, és töltse be.
- Végezzen két tesztnyomatot (nem szerepel az eredmények között) az eszköz és a minta telepítésének javításához.
- Helyezze el a referenciablokkot a műszerasztalon.
- Tesztelje az előterhelést (10 kgf), és állítsa vissza a skálát.
- Alkalmazza a főterhelést, várja meg a maximális eredményt.
- Vegye ki a terhelést, és olvassa le a kapott értéket a tárcsáról.
Az előírások lehetővé teszik egy minta vizsgálatát tömegtermékek tesztelésekor.
Ami befolyásolja a pontosságot
Bármely teszt elvégzése során számos tényezőt figyelembe kell venni. A Rockwell keménységérzékelésnek is megvannak a maga sajátosságai.
Tényezők, amelyekre figyelni kell:
- A próbadarab vastagsága. A kísérlet szabályai szerint tilos olyan mintát használni, amely nem éri el a csúcs behatolási mélységének tízszeresét. Vagyis ha a behatolási mélység 0,2 mm, akkor az anyagnak legalább 2 cm vastagnak kell lennie.
- A mintán lévő nyomatok között távolságnak kell lennie. Három átmérőjű a közeli nyomatok középpontja között.
- Figyelembe kell venni a tárcsán végzett kísérlet eredményének lehetséges változását, a kutató pozíciójától függően. Vagyis az eredményt egy nézőpontból kell leolvasni.
Mechanikai tulajdonságok a tesztekbenerő
Az anyagok szilárdsági jellemzőinek összefoglalása és feltárása, valamint a Rockwell keménységi módszerrel végzett keménységvizsgálat eredményeit olyan anyagtudósok szerezték, mint Davidenkov N. N., Markovets M. P. és mások.
A benyomódási keménységvizsgálat eredményei szerint a folyáshatár számítási módszereit alkalmazzák. Ezt az összefüggést a többszörös hőkezelésen átesett, magas krómtartalmú rozsdamentes acélokra számítják ki. Az átlagos eltérés értéke gyémánt behúzás esetén csak +0,9% volt.
Kutatások folynak az anyagok keménységgel kapcsolatos egyéb mechanikai tulajdonságainak meghatározására is. Például a szakítószilárdság (vagy szakítószilárdság), a valódi törési ellenállás és a relatív összehúzódás.
Alternatív módszerek a keménység meghatározására
A keménység mérése nem csak a Rockwell-módszerrel lehetséges. Vegye figyelembe az egyes módszerek főbb pontjait és különbségeit. Statikus terhelési teszt:
- Tanulmányi minták. A Rockell és Vickers módszerek viszonylag puha és nagy szilárdságú anyagok vizsgálatát teszik lehetővé. A Brinell-módszert 650 HBW-ig terjedő keménységű, lágyabb fémek vizsgálatára tervezték. A Super-Rockwell módszer lehetővé teszi a keménységvizsgálatot alacsony terhelés mellett.
- GOST. A Rockwell-módszer megfelel a GOST 9013-59, a Brinell-módszer - 9012-59, a Vickers-módszer - a 2999-75, a Shor-módszer - a GOST 263-75, a 24622-91, a 24621-91, az ASTM D2240, az ISO 868-85 szabványnak.
- Durométerek. A Rockwell és Shore kutatóinak eszközei egyszerűekhasználat és kis méret. A Vickers berendezés lehetővé teszi a nagyon vékony és kisméretű minták tesztelését.
A dinamikus nyomás alatti kísérleteket Martel, Poldi módszere szerint végeztük, Nikolaev függőleges ütőműszerrel, Schopper és Bauman rugós készülékkel és másokkal.
A keménység karcolással is mérhető. Az ilyen teszteket Barb fájl, Monters, Hankins, Birbaum microcharacterizer és mások segítségével végezték el.
Hiányosságai ellenére a Rockwell-módszert széles körben használják keménységvizsgálatra az iparban. Könnyen kivitelezhető, főként annak köszönhetően, hogy nem szükséges mikroszkóp alatt lemérni a nyomatot és polírozni a felületet. Ugyanakkor a módszer nem olyan pontos, mint Brinell és Vickers javasolt tanulmányai. A különböző módokon mért keménységnek van függősége. Vagyis a Rockwell effektív mértékegységek átválthatók Brinell egységekre. Jogszabályi szinten vannak olyan előírások, mint például az ASTM E-140, amelyek összehasonlítják a keménységi értékeket.
