Metallide tõhusaks kasutamiseks erinevates kujundustes on oluline teada, kui tugevad need on. Kõvadus on metallide ja sulamite kõige sagedamini arvutatud kvaliteedinäitaja. Selle määramiseks on mitu meetodit: Brinell, Rockell, Super-Rockwell, Vickers, Ludwik, Shor (Monotron), Martens. Artiklis käsitletakse vendade Rockwelli meetodit.
Mis on meetod
Rockwelli meetod on materjalide kõvaduse testimise meetod. Uuritava elemendi jaoks arvutatakse indikaatori kõva otsa läbitungimissügavus. Sel juhul jääb koormus iga kõvadusskaala puhul samaks. Tavaliselt on see 60, 100 või 150 kgf.
Uuringu indikaatoriks on vastupidavast materjalist kuulid või teemantkoonused. Neil peaks olema ümar terav ots ja 120-kraadine tipunurk.
See meetod on leitud olevat lihtne ja kiiresti reprodutseeritav. Mis annab sellele eelise teiste meetodite ees.
Ajalugu
Viini teadusprofessor Ludwig tegi esm alt ettepaneku kasutada teadustöös taanetkõvadus, läbistades materjali ja arvutades suhtelise sügavuse. Tema meetodit kirjeldatakse 1908. aasta teoses Die Kegelprobe.
Sellel meetodil oli puudusi. Vennad Hugh ja Stanley Rockwell pakkusid välja uue tehnoloogia, mis kõrvaldas mõõtesüsteemi mehaanilise ebatäiuslikkuse vead (lõtked ja pinnadefektid, materjalide ja osade saastumine). Professorid leiutasid kõvaduse testeri – seadme, mis määrab suhtelise läbitungimissügavuse. Seda kasutati terasest kuullaagrite testimiseks.
Metallide kõvaduse määramine Brinelli ja Rockwelli meetoditega vääris teadusringkondades tähelepanu. Kuid Brinelli meetod oli halvem - see oli aeglane ja seda ei kasutatud karastatud teraste jaoks. Seega ei saa seda pidada mittepurustavaks testimismeetodiks.
Veebruaris 1919 patenteeriti kõvaduse tester numbriga 1294171. Sel ajal töötasid Rockwellid kuullaagrite ettevõttes.
Septembris 1919 lahkus Stanley Rockwell ettevõttest ja kolis New Yorgi osariiki. Seal esitas ta taotluse seadme täiustamiseks, mis võeti vastu. Uus seade on patenteeritud ja täiustatud 1921. aastaks.
1922. aasta lõpus asutas Rockwell kuumtöötlustehase, mis töötab siiani Connecticutis. Osa Instron Corporationist alates 1993. aastast.
Meetodi eelised ja puudused
Iga kõvaduse arvutamise meetod on ainulaadne ja mõnes piirkonnas rakendatav. Brinelli ja Rockwelli kõvaduse meetodidon põhilised.
Meetodil on mitmeid eeliseid:
- kõrge kõvadusega katsete võimalus;
- väikesed pinnakahjustused katsetamise ajal;
- lihtne meetod, mis ei nõua süvendi läbimõõdu mõõtmist;
- testimisprotsess on piisav alt kiire.
Puudused:
- võrreldes Brinelli ja Vickersi kõvadusmõõturitega ei ole Rockwelli meetod piisav alt täpne;
- peab proovipinna hoolik alt ette valmistama.
Rockwelli skaala struktuur
Metallide kõvaduse testimiseks Rockwelli meetodil on tuletatud ainult 11 skaalat. Nende erinevus seisneb otsa ja koormuse vahekorras. Ots võib olla mitte ainult teemantkoonus, vaid ka kerakujuline karbiidi ja volframi sulamist või karastatud terasest kuul. Installimisel fikseeritud näpunäidet nimetatakse identifikaatoriks.
Skaalad tähistatakse tavaliselt ladina tähestiku tähtedega: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.
Tugevustestid tehakse põhiskaaladega - A, B, C:
- Skaala A: testimine teemantkoonusega, mille koormus on 60 kgf. Nimetus - HRA. Sellised katsed tehakse õhukeste kõvade materjalidega (0,3–0,5 mm);
- Skaala B: 100 kgf teraskuuli test. Nimetus - HRB. Katsed tehakse lõõmutatud pehme terase ja värviliste metallide sulamitega;
- Skaala C: 150 kgf koonuse test. Nimetus - HRC. Katsed tehakse keskmise kõvadusega metallide, karastatud ja karastatud terase või kihtidega, mille paksus ei ületa 0,5 mm.
Kõvadus meetodi järgiRockwelli tähistatakse tavaliselt HR-i skaala kolmanda tähega (näiteks HRA, HRC).
Arvutamise valem
Materjali kõvadus mõjutab otsa läbitungimissügavust. Mida kõvem on katseobjekt, seda väiksem on läbitung.
Materjali kõvaduse arvuliseks määramiseks on vaja valemit. Selle koefitsiendid sõltuvad skaalast. Mõõtmisvea vähendamiseks tuleks aktsepteerida taande läbitungimissügavuse suhtelist erinevust põhi- ja eelkoormuse (10 kgf) rakendamise hetkel.
Rockwelli kõvaduse mõõtmise meetod hõlmab valemi kasutamist: HR=N-(H-h)/s, kus erinevus H-h tähistab taandri suhtelist läbitungimissügavust koormuse all (esialgne ja põhiline), väärtus on arvutatud mm. N, s on konstandid, need sõltuvad konkreetsest skaalast.
Rockwelli kõvaduse tester
Kõvaduse tester on seade metallide ja sulamite kõvaduse määramiseks Rockwelli meetodil. See on seade, millel on teemantkoonus (või kuul) ja materjal, millesse koonus peab sisenema. Löögijõu reguleerimiseks on kinnitatud ka raskus.
Kuvatakse ajaindikaator. Protsess toimub kahes etapis: esiteks pressitakse jõuga 10 kgf, seejärel tugevam alt. Suurema vajutamise korral kasutatakse koonust, vähema puhul palli.
Katsematerjal asetatakse horisontaalselt. Teemant lastakse sellele kangiga alla. Sujuvaks laskumiseks kasutab seade õliamortisaatoriga käepidet.
Peamine laadimisaeg on tavaliselton olenev alt materjalist 3 kuni 6 sekundit. Eellaadimist tuleb säilitada kuni testitulemuste saamiseni.
Indikaatori suur nool liigub päripäeva ja peegeldab katse tulemust.
Praktikas on kõige populaarsemad sellised rockwelli kõvaduse mõõtemudelid:
- Statsionaarsed seadmed "Metrotest" mudel "ITR", näiteks "ITR-60/150-M".
- Qness GmbH mudel Q150R.
- Statsionaarne automatiseeritud seade TIME Group Inc mudel TH300.
Testi metoodika
Uuringud nõuavad hoolikat ettevalmistust. Metallide kõvaduse määramisel Rockwelli meetodil peab proovi pind olema puhas, ilma pragude ja soomusteta. Oluline on pidev alt kontrollida, kas koormus rakendub materjali pinnale risti ja kas see on laual stabiilne.
Koonuse lükkamisel peaks jäljend olema vähem alt 1,5 mm ja kuuli lükkamisel üle 4 mm. Tõhusate arvutuste jaoks peab proov pärast põhikoormuse eemaldamist olema 10 korda paksem kui taandri läbitungimissügavus. Samuti tuleks ühest proovist teha vähem alt 3 testi, mille järel tuleks tulemused keskmistada.
Testi sammud
Et katsel oleks positiivne tulemus ja väike viga, peaksite järgima selle läbiviimise järjekorda.
Katse etapid kõvaduse määramise meetodilRockwell:
- Määrake skaala valik.
- Installige vajalik taane ja laadige.
- Seadme ja näidise paigaldamise parandamiseks tehke kaks testprintimist (ei sisaldu tulemustes).
- Asetage võrdlusplokk instrumendilauale.
- Testige eellaadimist (10 kgf) ja lähtestage skaala.
- Rakendage põhikoormus, oodake maksimaalseid tulemusi.
- Eemaldage koormus ja lugege vastuvõetud väärtust valikukett alt.
Eeskirjad lubavad masstoodete testimisel testida ühte proovi.
Mis mõjutab täpsust
Testi tegemisel on oluline arvestada paljude teguritega. Rockwelli kõvaduse tuvastamisel on samuti oma omadused.
Tegurid, millele tähelepanu pöörata:
- Katsekeha paksus. Katse reeglitega on keelatud kasutada proovi, mis on alla kümnekordse tipu läbitungimissügavuse. See tähendab, et kui läbitungimissügavus on 0,2 mm, siis peab materjal olema vähem alt 2 cm paksune.
- Näidises olevate väljatrükkide vahel peab olema vahemaa. Lähedaste väljatrükkide keskpunktide vahel on kolm läbimõõtu.
- Arvestada tuleks sihverplaadil tehtud katse tulemuste võimaliku muutumisega, olenev alt uurija positsioonist. See tähendab, et tulemuse lugemine peaks toimuma ühest vaatenurgast.
Mehaanilised omadused katsetestugevus
Materjalide tugevusomaduste seostamine ja uurimine ning Rockwelli kõvadusmeetodil tehtud kõvaduse testimise tulemused said sellised materjaliteadlased nagu Davidenkov N. N., Markovets M. P. jt.
Vastav alt taande kõvaduse katse tulemustele rakendatakse voolavuspiiri arvutamise meetodeid. See suhe on arvutatud kõrge kroomisisaldusega roostevaba terase jaoks, mida on mitu korda kuumtöödeldud. Keskmine hälbe väärtus teemantsisendiga oli ainult +0,9%.
Uuringud on käimas ka materjalide muude kõvadusega seotud mehaaniliste omaduste määramiseks. Näiteks tõmbetugevus (või tõmbetugevus), tegelik murdumiskindlus ja suhteline kokkutõmbumine.
Alternatiivsed meetodid kõvaduse määramiseks
Kareduse mõõtmine pole võimalik ainult Rockwelli meetodil. Mõelge iga meetodi põhipunktidele ja nende erinevustele. Staatilise koormuse test:
- Uuringu näidised. Rockelli ja Vickersi meetodid võimaldavad testida suhteliselt pehmeid ja tugevaid materjale. Brinelli meetod on mõeldud pehmemate metallide uurimiseks kõvadusega kuni 650 HBW. Super-Rockwelli meetod võimaldab katsetada kõvadust madalatel koormustel.
- GOST-id. Rockwelli meetod vastab standarditele GOST 9013-59, Brinelli meetod - 9012-59, Vickersi meetod - 2999-75, Shori meetod - GOST 263-75, 24622-91, 24621-91, ASTM D2240, ISO 868-85.
- Duromeetrid. Rockwelli ja Shore'i teadlaste seadmed on lihtsadkasutus ja väike suurus. Vickersi seadmed võimaldavad testida väga õhukesi ja väikeseid isendeid.
Dünaamilise rõhu all tehtud katsed viidi läbi Marteli, Poldi meetodil, kasutades Nikolajevi vertikaallööktestrit, vedruseadet Schopper ja Bauman jt.
Kõvadust saab mõõta ka kriimustades. Sellised testid viidi läbi Barbi faili, Montersi, Hankinsi, Birbaumi mikrokarakteristiku ja teiste abil.
Vaatamata selle puudustele kasutatakse Rockwelli meetodit tööstuses kõvaduse testimisel laialdaselt. Seda on lihtne teostada, peamiselt tänu sellele, et pole vaja pilti mikroskoobi all mõõta ja pinda poleerida. Kuid samal ajal pole meetod nii täpne kui Brinelli ja Vickersi kavandatud uuringud. Kõvadusel, mõõdetuna erineval viisil, on sõltuvus. See tähendab, et Rockwelli efektiivseid ühikuid saab teisendada Brinelli ühikuteks. Seadusandlikul tasandil on olemas eeskirjad, nagu ASTM E-140, mis võrdlevad kõvaduse väärtusi.
