Om metalen in verschillende ontwerpen effectief te gebruiken, is het belangrijk om te weten hoe sterk ze zijn. Hardheid is het meest berekende kwaliteitskenmerk van metalen en legeringen. Er zijn verschillende methoden voor de bepaling ervan: Brinell, Rockell, Super-Rockwell, Vickers, Ludwik, Shor (Monotron), Martens. Het artikel gaat in op de methode van de gebroeders Rockwell.
Wat is de methode
Rockwell-methode is een methode om materialen te testen op hardheid. Voor het onderzochte element wordt de penetratiediepte van de harde punt van de indicator berekend. In dit geval blijft de belasting voor elke hardheidsschaal gelijk. Gewoonlijk is het 60, 100 of 150 kgf.
Indicator in het onderzoek zijn ballen van duurzaam materiaal of diamanten kegels. Ze moeten een afgerond, puntig uiteinde hebben en een tophoek van 120 graden.
Deze methode is eenvoudig en snel reproduceerbaar gebleken. Dat geeft het een voordeel ten opzichte van andere methoden.
Geschiedenis
Weense onderzoeksprofessor Ludwig stelde voor het eerst het gebruik van een indenter voor onderzoek voorhardheid door het materiaal te penetreren en de relatieve diepte te berekenen. Zijn methode wordt beschreven in het werk Die Kegelprobe uit 1908.
Deze methode had nadelen. De broers Hugh en Stanley Rockwell stelden een nieuwe technologie voor die de fouten van de mechanische imperfectie van het meetsysteem (spelingen en oppervlaktedefecten, vervuiling van materialen en onderdelen) elimineerde. Professoren vonden een hardheidsmeter uit - een apparaat dat de relatieve penetratiediepte bepa alt. Het werd gebruikt om stalen kogellagers te testen.
Bepaling van de hardheid van metalen door de methoden van Brinell en Rockwell verdiende aandacht in de wetenschappelijke gemeenschap. Maar de Brinell-methode was inferieur - het was traag en werd niet gebruikt voor gehard staal. Het kan dus niet worden beschouwd als een niet-destructieve testmethode.
In februari 1919 werd de hardheidsmeter gepatenteerd onder het nummer 1294171. Op dat moment werkten de Rockwells voor een kogellagerbedrijf.
In september 1919 verliet Stanley Rockwell het bedrijf en verhuisde naar de staat New York. Daar diende hij een aanvraag in voor verbetering van het apparaat, die werd aanvaard. Nieuw apparaat gepatenteerd en verbeterd in 1921.
Eind 1922 richtte Rockwell een warmtebehandelingsinstallatie op die nog steeds in Connecticut actief is. Onderdeel van Instron Corporation sinds 1993.
Voor- en nadelen van de methode
Elke hardheidsberekeningsmethode is uniek en toepasbaar in een bepaald gebied. Brinell- en Rockwell-hardheidsmethodenzijn basic.
Er zijn een aantal voordelen van de methode:
- mogelijkheid van experimenten met hoge hardheid;
- kleine oppervlaktebeschadiging tijdens testen;
- eenvoudige methode die geen meting van de inkepingsdiameter vereist;
- testproces is snel genoeg.
Flaws:
- vergeleken met Brinell en Vickers hardheidsmeters, is de Rockwell-methode niet nauwkeurig genoeg;
- moet het monsteroppervlak zorgvuldig voorbereiden.
De structuur van de Rockwell-schaal
Om de hardheid van metalen te testen met de Rockwell-methode, zijn er slechts 11 schalen afgeleid. Hun verschil ligt in de verhouding van de punt en de belasting. De punt kan niet alleen een diamanten kegel zijn, maar ook een kogel van een legering van carbide en wolfraam of gehard staal in de vorm van een bol. De tip die in de installatie is vastgelegd, wordt de identifier genoemd.
Schalen worden meestal aangegeven met letters van het Latijnse alfabet: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.
Krachtstesten worden uitgevoerd met de belangrijkste schalen - A, B, C:
- Schaal A: testen met een diamantkegel met een belasting van 60 kgf. Aanduiding - HRA. Dergelijke tests worden uitgevoerd voor dunne harde materialen (0,3-0,5 mm);
- Schaal B: 100 kgf stalen kogeltest. Benaming - HRB. Tests worden uitgevoerd op gegloeid zacht staal en non-ferro legeringen;
- Schaal C: 150 kgf kegeltest. Aanduiding - HRC. Tests worden uitgevoerd op middelharde metalen, gehard en getemperd staal of lagen met een dikte van maximaal 0,5 mm.
Hardheid volgens methodeRockwell wordt meestal aangeduid als HR met de derde letter van de schaal (bijvoorbeeld HRA, HRC).
Formule voor berekening
De hardheid van het materiaal beïnvloedt de penetratiediepte van de punt. Hoe harder het testobject, hoe minder penetratie.
Om de hardheid van een materiaal numeriek te bepalen, is een formule nodig. De coëfficiënten zijn afhankelijk van de schaal. Om de meetfout te verminderen, moet men rekening houden met het relatieve verschil in de indringdiepte van de indenter op het moment van aanbrengen van de hoofd- en voorlopige (10 kgf) belasting.
De Rockwell-hardheidsmeetmethode omvat het gebruik van de formule: HR=N-(H-h)/s, waarbij het verschil H-h de relatieve penetratiediepte van de indenter onder belasting (voor- en hoofd) aangeeft, de waarde is berekend in mm. N, s zijn constanten, ze zijn afhankelijk van de specifieke schaal.
Rockwell hardheidsmeter
Hardheidsmeter is een apparaat voor het bepalen van de hardheid van metalen en legeringen volgens de Rockwell-methode. Het is een apparaat met een diamanten kegel (of kogel) en het materiaal waarin de kegel moet komen. Er is ook een gewicht bevestigd om de slagkracht aan te passen.
Tijdindicator wordt weergegeven. Het proces vindt plaats in twee fasen: eerst wordt het persen gedaan met een kracht van 10 kgf, dan sterker. Voor meer persing wordt een kegel gebruikt, voor minder een bal.
Het testmateriaal wordt horizontaal geplaatst. De diamant wordt erop neergelaten met een hendel. Voor een vlotte afdaling maakt het toestel gebruik van een handgreep met een olieschokdemper.
De hoofdlaadtijd is meestalis 3 tot 6 seconden, afhankelijk van het materiaal. De voorbelasting moet worden gehandhaafd totdat de testresultaten beschikbaar zijn.
De grote pijl van de indicator beweegt met de klok mee en geeft het resultaat van het experiment weer.
De meest populaire in de praktijk zijn dergelijke rockwell-hardheidsmetermodellen:
- Stationaire apparaten "Metrotest" model "ITR", bijvoorbeeld "ITR-60/150-M".
- Qness GmbH model Q150R.
- Stationair geautomatiseerd apparaat TIME Group Inc model TH300.
Testmethodologie
Onderzoek vereist een zorgvuldige voorbereiding. Bij het bepalen van de hardheid van metalen volgens de Rockwell-methode moet het oppervlak van het monster schoon zijn, zonder scheuren en schilfers. Het is belangrijk om constant te controleren of de belasting loodrecht op het oppervlak van het materiaal wordt uitgeoefend en of het stabiel op de tafel staat.
De afdruk bij het duwen van de kegel moet minimaal 1,5 mm zijn en bij het duwen van de bal - meer dan 4 mm. Voor effectieve berekeningen moet het monster 10 keer dikker zijn dan de indringdiepte van de indenter na het verwijderen van de hoofdbelasting. Ook moeten er minimaal 3 testen van één monster worden uitgevoerd, waarna de resultaten moeten worden gemiddeld.
Teststappen
Om ervoor te zorgen dat het experiment een positief resultaat en een kleine fout heeft, moet u de volgorde van de uitvoering volgen.
Stadia van het experiment over de methode om de hardheid te bepalen doorRockwell:
- Bepaal de schaalkeuze.
- Installeer de vereiste indenter en laad.
- Voer twee tests uit (niet inbegrepen in de resultaten) om de installatie van het apparaat en het monster te corrigeren.
- Plaats het referentieblok op de instrumententafel.
- Test de voorbelasting (10 kgf) en reset de weegschaal.
- Breng de hoofdbelasting aan, wacht op maximale resultaten.
- Verwijder de belasting en lees de ontvangen waarde af op de wijzerplaat.
Regelgeving staat het testen van één monster toe bij het testen van massaproducten.
Wat de nauwkeurigheid beïnvloedt
Bij het uitvoeren van een test is het belangrijk om met veel factoren rekening te houden. Rockwell-hardheidsdetectie heeft ook zijn eigen kenmerken.
Factoren om op te letten:
- De dikte van het proefstuk. Het is volgens de regels van het experiment verboden om een monster te gebruiken dat kleiner is dan tien keer de penetratiediepte van de punt. Dat wil zeggen, als de indringdiepte 0,2 mm is, dan moet het materiaal minimaal 2 cm dik zijn.
- Er moet een afstand zijn tussen de afdrukken op het monster. Het is drie diameters tussen de middelpunten van bijna-afdrukken.
- Men moet rekening houden met de mogelijke verandering in de resultaten van het experiment op de wijzerplaat, afhankelijk van de positie van de onderzoeker. Dat wil zeggen, het lezen van het resultaat moet vanuit één gezichtspunt worden uitgevoerd.
Mechanische eigenschappen in testssterkte
Relateer en onderzoek de sterkte-eigenschappen van materialen en de resultaten van hardheidstests met de Rockwell-hardheidsmethode werden verkregen door materiaalwetenschappers als Davidenkov N. N., Markovets M. P. en anderen.
Volgens de resultaten van de inkepingshardheidstest worden methoden voor het berekenen van de vloeigrens toegepast. Deze relatie is berekend voor roestvast staal met een hoog chroomgeh alte dat meerdere warmtebehandelingen heeft ondergaan. De gemiddelde afwijkingswaarde, bij gebruik van een diamanten indenter, was slechts +0,9%.
Er wordt ook onderzoek gedaan naar andere mechanische eigenschappen van materialen die verband houden met hardheid. Bijvoorbeeld treksterkte (of treksterkte), werkelijke breukweerstand en relatieve krimp.
Alternatieve methoden voor het bepalen van de hardheid
Het meten van de hardheid is niet alleen mogelijk met de Rockwell-methode. Overweeg de belangrijkste punten van elke methode en hun verschillen. Statische belastingstest:
- Studievoorbeelden. De methodes van Rockell en Vickers maken het mogelijk om relatief zachte en zeer sterke materialen te testen. De Brinell-methode is ontworpen om zachtere metalen met een hardheid tot 650 HBW te bestuderen. De Super-Rockwell-methode maakt hardheidstests mogelijk bij lage belastingen.
- GOST's. Rockwell-methode voldoet aan GOST 9013-59, Brinell-methode - 9012-59, Vickers-methode - 2999-75, Shor-methode - GOST 263-75, 24622-91, 24621-91, ASTM D2240, ISO 868-85.
- Durometers. De apparaten van Rockwell en Shore-onderzoekers zijn eenvoudiggebruik en klein formaat. Met Vickers-apparatuur kunnen zeer dunne en kleine exemplaren worden getest.
Experimenten onder dynamische druk werden uitgevoerd volgens de methode van Martel, Poldi, met behulp van de Nikolaev verticale impacttester, de Schopper en Bauman-veerinrichting en anderen.
Hardheid kan ook worden gemeten door te krabben. Dergelijke tests werden uitgevoerd met behulp van een Barb-bestand, Monters, Hankins, Birbaum microcharacterizer en anderen.
Ondanks de tekortkomingen wordt de Rockwell-methode veel gebruikt voor hardheidstests in de industrie. Het is gemakkelijk uit te voeren, vooral omdat het niet nodig is om de afdruk onder een microscoop te meten en het oppervlak te polijsten. Maar tegelijkertijd is de methode niet zo nauwkeurig als de voorgestelde onderzoeken van Brinell en Vickers. Hardheid, op verschillende manieren gemeten, heeft een afhankelijkheid. Dat wil zeggen, effectieve Rockwell-eenheden kunnen worden geconverteerd naar Brinell-eenheden. Op wetgevend niveau zijn er voorschriften zoals ASTM E-140 die hardheidswaarden vergelijken.
