Шкала Роквелла - Rockwell scale

Твердомер по Роквеллу

В Шкала Роквелла это твердость шкала на основе твердость вдавливания материала. Испытание Роквелла, измеряющее глубину проникновения индентора при большой нагрузке (большая нагрузка) по сравнению с проникновением, произведенным предварительной нагрузкой (незначительная нагрузка).[1] Существуют разные шкалы, обозначаемые одной буквой, в которых используются разные нагрузки или инденторы. В результате получается безразмерное число, обозначаемое как HRA, HRB, HRC и т. Д., Где последняя буква - соответствующая шкала Роквелла (см. Ниже). При испытании металлов твердость на вдавливание линейно коррелирует с предел прочности.[2]

История

Дифференциальное измерение твердости по глубине было задумано в 1908 году венским профессором Полом Людвиком в его книге Die Kegelprobe (грубо говоря, «тест конуса»).[3] Метод разностной глубины вычитал ошибки, связанные с механическими дефектами системы, такими как люфт и дефекты поверхности. В Бринелль Изобретенный в Швеции тест на твердость был разработан раньше - в 1900 году, - но он был медленным и бесполезным на закаленная сталь, и оставил слишком большое впечатление, чтобы его можно было рассматривать неразрушающий.

Хью М. Роквелл (1890–1957) и Стэнли П. Роквелл (1886–1940) из Коннектикут в Соединенных Штатах был соавтором изобретателя твердомера по Роквеллу - машины для измерения дифференциальной глубины. Они подали заявку на патент 15 июля 1914 года.[4] Требование к этому тестеру состояло в том, чтобы быстро определить влияние термической обработки на стальные дорожки подшипников. Заявление было впоследствии одобрено 11 февраля 1919 г. Патент США 1,294,171 . На момент изобретения Хью и Стэнли Роквелл работали в New Departure Manufacturing Co. Бристоль, Коннектикут.[5] New Departure была крупным производителем шарикоподшипников, который в 1916 году вошел в состав United Motors, а вскоре после этого - General Motors Corp.

После ухода из компании в Коннектикуте Стэнли Роквелл, который тогда жил в Сиракузах, штат Нью-Йорк, 11 сентября 1919 года подал заявку на усовершенствование оригинального изобретения, которое было одобрено 18 ноября 1924 года. Патент США 1516207 .[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 испытательные машины.[8] Примерно в 1923 году Стэнли основал фирму по термообработке, Stanley P. Rockwell Company, которая до сих пор существует в Хартфорде, штат Коннектикут. Позднее названная Wilson Mechanical Instrument Company сменила владельца с годами и была приобретена Instron Corp. в 1993 году.[9]

Классификация твердомеров по Роквеллу на основе шкал Роквелла

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

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 инженерное дело и металлургия. Его коммерческая популярность объясняется его скоростью, надежностью, надежностью, разрешением и небольшой площадью отступа.

Этапы эксплуатации старых твердомеров Rockwell:

  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 вмятин остановился.
  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 нужно измерить твердость выпуклой поверхности, можно использовать поправочный коэффициент.[14]

Весы и ценности

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

Различные шкалы Роквелла[15]
ШкалаСокращениеНагрузкаИнденторИспользоватьNs
АHRA60 кгс120 ° алмаз сфероконический†Карбид вольфрама1000,002 мм
BHRB100 кгс1⁄16стальная сфера диаметром 1,588 ммАлюминий, латунь и мягкая сталь1300,002 мм
CHRC150 кгсАлмазная сфероконическая форма 120 °Более твердые стали> B1001000,002 мм
DHRD100 кгс120 ° алмаз сфероконический1000,002 мм
EОПЧ100 кгс1⁄8стальная сфера диаметром 3,175 мм1300,002 мм
FHRF60 кгс1⁄16стальная сфера диаметром 1,588 мм1300,002 мм
граммHRG150 кгс1⁄16стальная сфера диаметром 1,588 мм1300,002 мм
ЧАСЕго Королевское Высочество60 кгс1⁄8стальная сфера диаметром 3,175 ммАлюминий, цинк, свинец [16]
KHRK150 кгс1⁄8стальная сфера диаметром 3,175 ммПодшипниковый сплав, олово, твердые пластмассовые материалы [17]
†Также называется индентор Brale
  • 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 поверхностный В весах Роквелла используются меньшие нагрузки и более мелкие оттиски на хрупких и очень тонких материалах. Весы 45N выдерживают нагрузку 45 кгс на алмазный конусный индентор Brale и могут использоваться на плотных керамика. Весы 15Т выдерживают нагрузку 15 кгс на 1⁄16-дюймовый (1,588 мм) шарик из закаленной стали и может использоваться на листовой металл.

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

  • Очень твердая сталь (например, долота, качество лезвия ножей ): HRC 55–66 (закаленные быстрорежущие углеродистые и инструментальные стали, такие как M2, W2, O1, CPM-M4 и D2, а также многие новые нержавеющие стали порошковой металлургии, такие как CPM-S30V, CPM-154, ЗДП-189 и др.)[19]
  • Топоры: о HRC 45–55
  • 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. Есть специальные шкалы для измерения закаленный образцы.

Стандарты

  • 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

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ E.L. Тобольски и А. Фи, «Тестирование твердости при макроиндентировании», Справочник ASM, Том 8: Механические испытания и оценка, ASM International, 2000, стр. 203–211, ISBN  0-87170-389-0.
  2. ^ "Корреляция предела текучести и предела прочности при растяжении для сталей ", Э. Дж. Павлина и К. Дж. Ван Тайн, Журнал материаловедения и производительности, Volume 17, Number 6 / Декабрь 2008 г.
  3. ^ Г.Л. Кель, Принципы металлографической лабораторной практики, 3-е изд., McGraw-Hill Book Co., 1949, стр. 229.
  4. ^ H.M. Rockwell & S.P. Rockwell, "Измеритель твердости", Патент США 1,294,171 , Февраль 1919 г.
  5. ^ С.В. Калли: 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, Vol. II, № 11, август 1922 г., стр. 1013–1033.
  7. ^ а б С. П. Роквелл, "Машина для испытания на твердость", Патент США 1516207 , Ноя 1924 г.
  8. ^ В.Э. Лисахт, Испытание на твердость при вдавливании, Reinhold Publishing Corp., 1949, стр. 57–62.
  9. ^ R.E. Чинн "Твердость, подшипники и Роквеллы," Современные материалы и процессы, Vol 167 # 10, October 2009, p 29-31.
  10. ^ Цифровой твердомер по Роквеллу EBP R-150T http://www.hiebp.com
  11. ^ Цифровой твердомер по Роквеллу EBP RSR-45 / 150D и поверхностный твердомер по Роквеллу http://www.hiebp.com
  12. ^ http://www.hiebp.com
  13. ^ Основы испытания на твердость по Роквеллу, заархивировано из оригинал на 2010-01-29, получено 2010-09-10
  14. ^ Руководство разработчика PMPA: Термическая обработка, заархивировано из оригинал на 2009-07-14, получено 2009-06-19.
  15. ^ Смит, Уильям Ф .; Хашеми, Джавад (2001), Основы материаловедения и инженерии (4-е изд.), McGraw-Hill, p. 229, ISBN  0-07-295358-6
  16. ^ Справочник по твердомеру по Роквеллу фирмы EBP R-150T.
  17. ^ Справочник по твердомеру по Роквеллу фирмы EBP R-150T.
  18. ^ E18-08b Раздел 5.1.2.1 и 5.2.3
  19. ^ Материалы лезвия ножа
  20. ^ matweb.com, дата обращения 23.06.2010.

внешняя ссылка