шкала Роквелла

Шкала Роквелла представляет собой шкалу твердости , основанную на твердости материала при вдавливании. Испытание Роквелла измеряет глубину проникновения индентора под большой нагрузкой (большая нагрузка) по сравнению с проникновением при предварительной нагрузке (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. Большие числа соответствуют более твердым материалам.

При испытании металлов твердость при вдавливании линейно коррелирует с пределом прочности . ^[2]

История

Измерение твердости по разной глубине было предложено в 1908 году венским профессором Паулем Людвиком в его книге Die Kegelprobe (грубо говоря, «испытание конуса»). ^[3] Метод дифференциальной глубины вычитал ошибки, связанные с механическими несовершенствами системы, такими как люфт и дефекты поверхности. Тест на твердость по Бринеллю , изобретенный в Швеции, был разработан ранее – в 1900 году – но он был медленным, бесполезным для полностью закаленной стали и оставлял слишком сильное впечатление, чтобы его можно было считать неразрушающим .

Хью М. Роквелл (1890–1957) и Стэнли П. Роквелл (1886–1940) из Коннектикута , США, совместно изобрели «твердомер Роквелла», прибор для измерения дифференциальной глубины. Они подали заявку на патент 15 июля 1914 года. ^[4] Требованием к этому тестеру было быстрое определение воздействия термообработки на стальные кольца подшипников. Впоследствии заявка была одобрена 11 февраля 1919 года и имеет патент США № 1 294 171 . На момент изобретения Хью и Стэнли Роквеллы работали в компании New Departure Manufacturing Co. в Бристоле, штат Коннектикут . ^[5] New Departure была крупным производителем шарикоподшипников, который в 1916 году стал частью United Motors, а вскоре после этого и General Motors Corp.

Покинув компанию из Коннектикута, Стэнли Роквелл, находившийся тогда в Сиракузах, штат Нью-Йорк, 11 сентября 1919 года подал заявку на усовершенствование оригинального изобретения, которое было одобрено 18 ноября 1924 года. Новый тестер имеет патент США № 1 516 207 . ^[6]^[7] Роквелл переехал в Вест-Хартфорд, штат Коннектикут, и в 1921 году сделал дополнительные улучшения. ^[7] Стэнли сотрудничал с производителем приборов 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 действовала до 2012 года. ^[9] Здание, которое стоит до сих пор, в 2016 году пустовало. ^[10] Позднее названная компания Wilson Mechanical Instrument Company с годами сменила владельца и была приобретена Instron Corp. в 1993 году. ^[11]

Модели и работа

Твердость по Роквеллу можно проводить на нескольких различных твердомерах. ^[12]^[13] Однако все тестировщики подпадают под одну из трех категорий. Настольные модели твердомеров можно встретить как в цифровой, так и в аналоговой модели. Цифровые настольные модели используют цифровой дисплей и обычно требуют дополнительной технической подготовки, чтобы иметь возможность работать, тогда как аналоговые модели проще в эксплуатации, а также очень точны и отображают результаты на циферблате на передней части машины. Все тестеры стендовых моделей обычно находятся в мастерских или лабораториях. Другие тестеры являются портативными, и все портативные тестеры будут иметь цифровую модель, включающую экран цифровых результатов, аналогичный экрану настольной цифровой модели. Портативные тестеры практичны и просты в использовании. ^{[ нужна ссылка ]}

Определение твердости материала по Роквеллу предполагает приложение незначительной нагрузки, за которой следует большая нагрузка. Незначительная нагрузка устанавливает нулевое положение. Прикладывается основная нагрузка, затем ее удаляют, сохраняя при этом незначительную нагрузку. Глубина проникновения от нулевой точки измеряется по шкале, на которой более твердый материал дает меньшую меру. То есть глубина проникновения и твердость обратно пропорциональны. Главным преимуществом измерения твердости по Роквеллу является его способность напрямую отображать значения твердости, что позволяет избежать утомительных вычислений, связанных с другими методами измерения твердости.

Испытание Роквелла очень экономично, поскольку для измерения твердости на основе небольшого отпечатка не используется какое-либо оптическое оборудование, а все расчеты выполняются внутри машины для измерения отпечатка на образце, что обеспечивает четкий результат. в котором легко читать и понимать, как только оно дано. Это также предотвращает необходимость доработки или окончательной обработки образца как до, так и после испытания. Тем не менее, очень важно дважды проверять образцы, поскольку малейшие вмятины, сделанные в ходе испытаний, потенциально могут привести к неверным измерениям твердости, что приведет к катастрофе. Со временем индентор по шкале Роквелла также может стать неточным, и его потребуется заменить, чтобы обеспечить точные и точные измерения твердости. ^[14]

Уравнение твердости по Роквеллу: $HR=N-hd$ , где d — глубина в мм (от точки нулевой нагрузки), а N и h — масштабные коэффициенты, которые зависят от масштаба используемого испытания (см. следующий раздел).

Обычно его используют в машиностроении и металлургии . Его коммерческая популярность обусловлена его скоростью, надежностью, прочностью, разрешением и небольшой площадью отступа.

Этапы работы с твердомерами Legacy Rockwell:

Нагружайте начальную силу: начальная испытательная сила при испытании на твердость по Роквеллу составляет 10 кгс (98 Н; 22 фунта-силы); Испытание на поверхностную твердость по Роквеллу. Начальное испытательное усилие составляет 3 кгс (29 Н; 6,6 фунта-силы).
Основная нагрузка: ссылка ниже формы/таблицы «Весы и значения».
Оставьте основную нагрузку на «время выдержки», достаточное для остановки вдавливания.
Освободить нагрузку; Значение Роквелла обычно автоматически отображается на циферблате или экране. ^[15]

Для получения надежных показаний толщина испытуемого образца должна быть как минимум в 10 раз больше глубины отпечатка. ^[16] Кроме того, показания следует снимать с плоской перпендикулярной поверхности, поскольку выпуклые поверхности дают более низкие показания. Поправочный коэффициент можно использовать, если необходимо измерить твердость выпуклой поверхности. ^[17]

Шкалы и значения

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

Различные шкалы Роквелла ^[18]^[19]^[20]
Шкала	Аббревиатура ^§	Основная нагрузка ^* ( кгс )	Индентор	Использовать	Н	час
А	ИГРА	60	сфероконический алмаз ^†	Твердые сплавы , тонкая сталь, неглубокая цементируемая сталь	100	500
Б	ХРБ	100	Шарик 1 ⁄ 16 дюйма (1,59 мм)	Медные сплавы, мягкие стали, алюминиевые сплавы, ковкий чугун.	130	500
С	СПЧ	150	сфероконический алмаз ^†	Сталь, твердый чугун, перлитный ковкий чугун, титан, сталь глубокой цементации, другие материалы твердостью более 100 HRB.	100	500
Д	правозащитник	100	сфероконический алмаз ^†	Тонкая сталь, среднезакаленная сталь и перлитный ковкий чугун.	100	500
И	СПЧ	100	Шарик диаметром 1 ⁄ дюйма (3,18 мм)	Чугун, алюминиевые и магниевые сплавы, подшипниковые металлы, термореактивные пластмассы.	130	500
Ф	ХРФ	60	Шарик 1 ⁄ 16 дюйма (1,59 мм)	Отожженный медный сплав, тонкие мягкие листы.	130	500
Г	HRG	150	Шарик 1 ⁄ 16 дюйма (1,59 мм)	Фосфористая бронза, бериллиевая медь, ковкий чугун.	130	500
ЧАС	Его Королевское Высочество	60	Шарик диаметром 1 ⁄ дюйма (3,18 мм)	Алюминий, Цинк, Свинец ^[21]	130	500
К	ХРК	150	Шарик диаметром 1 ⁄ дюйма (3,18 мм)	Подшипниковый сплав, олово, твердые пластмассы ^[21]	130	500
л	HRЛ	60	1 ⁄ дюйма (6,35 мм) Шарик	Подшипниковые металлы и другие очень мягкие или тонкие материалы.	130	500
М	Управление персоналом	100	1 ⁄ дюйма (6,35 мм) Шарик	Термопласты, подшипниковые металлы и другие очень мягкие или тонкие материалы.	130	500
П	ПХР	150	1 ⁄ дюйма (6,35 мм) Шарик	Подшипниковые металлы и другие очень мягкие или тонкие материалы.	130	500
Р	ЧРР	60	Шарик диаметром 1 ⁄ дюйма (12,70 мм)	Термопласты, подшипниковые металлы и другие очень мягкие или тонкие материалы.	130	500
С	ЧРС	100	Шарик диаметром 1 ⁄ дюйма (12,70 мм)	Подшипниковые металлы и другие очень мягкие или тонкие материалы.	130	500
V	ВСР	150	Шарик диаметром 1 ⁄ дюйма (12,70 мм)	Подшипниковые металлы и другие очень мягкие или тонкие материалы.	130	500
15Т, 30Т, 45Т		15, 30, 45	Шарик 1 ⁄ 16 дюйма (1,59 мм)	Поверхностный: для мягких покрытий.	100	1000
15Н, 30Н, 45Н		15, 30, 45	сфероконический алмаз ^†	Поверхностный: для цементированных материалов.	100	1000
^* За исключением поверхностных весов, где она равна 3 кг, малая нагрузка равна 10 кгс.
^†Также называемый индентором Брале , он состоит из конического алмаза с внутренним углом 120 ° ± 0,35 ° и радиусом вершины 0,200 ± 0,010 мм.
^§Число Роквелла предшествует сокращениям шкалы (например, 60 HRC), за исключением «Поверхностных шкал», где они следуют за сокращениями, разделенными знаком «-» (например, 30N-25).

За исключением испытаний тонких материалов в соответствии с A623, стальные шарики индентора были заменены шариками из карбида вольфрама различного диаметра. При использовании шарикового индентора буква «W» обозначает использование шарика из карбида вольфрама, а буква «S» указывает на использование стального шарика. Например: 70 HRBW означает, что показание составило 70 по шкале Роквелла B с использованием индентора из карбида вольфрама. ^[22]

Поверхностные весы Роквелла используют меньшие нагрузки и более мелкие отпечатки на хрупких и очень тонких материалах. В шкале 45N применяется нагрузка 45 кгс на инденторе Брале в форме алмазного конуса, и ее можно использовать для обработки плотной керамики . Весы 15Т рассчитаны на нагрузку 15 кгс на 1 ⁄ дюйма Шар из закаленной стали диаметром (1,588 мм), который можно использовать для обработки листового металла .

Шкалы B и C перекрываются, так что показания ниже HRC 20 и выше HRB 100, которые обычно считаются ненадежными, не нужно принимать или уточнять.

Типичные значения включают в себя:

Очень твердая сталь (например, долота, качественные 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, полученные порошковой металлургией). такие как CPM-S30V, CPM-154, ZDP-189. Существуют сплавы, которые выдерживают HRC выше 68-70, например HAP72, разработанный Hitachi. Они чрезвычайно тверды, но при этом несколько хрупки.) ^[23]
Топоры : около HRC 45–55.
Латунь: от HRB 55 (низкая латунь, UNS C24000, закалка H01) до HRB 93 (патронная латунь, UNS C26000 (латунь 260), закалка H10) ^[24]

Несколько других шкал, в том числе расширенная шкала A, используются для специализированных приложений. Существуют специальные шкалы для измерения цементированных образцов.

Стандарты

Международный ( ИСО )
- 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 эталонов.
- 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.

См. также

Ссылки

^ Э. Л. Тобольски и А. Фи, «Испытание на твердость при макроиндентировании», Справочник ASM, том 8: Механические испытания и оценка , ASM International, 2000, стр. 203–211, ISBN 0-87170-389-0 .
^ « Корреляция предела текучести и прочности на разрыв с твердостью сталей », Э. Дж. Павлина и К. Дж. Ван Тайн, Журнал Materials Engineering and Performance , Том 17, номер 6 / декабрь 2008 г.
^ Г.Л. Кель, Принципы металлографической лабораторной практики , 3-е изд., McGraw-Hill Book Co., 1949, стр. 229.
^ HM Rockwell и SP Rockwell, «Твердомер», патент США № 1,294,171 , февраль 1919 г.
^ SW Калли: Стэнли Пикетт Роквелл Стэнли Пикетт Роквелл - один из изобретателей машины для определения твердости по Роквеллу]. Проверено 21 ноября 2018 г.
^ С. П. Роквелл, «Испытание металлов на твердость», Труды Американского общества обработки стали , Том II, № 11, август 1922 г., стр. 1013–1033.
^ Перейти обратно: ^а ^б С. П. Роквелл, «Машина для определения твердости», патент США № 1 516 207 , ноябрь 1924 г.
^ В. Е. Лисахт, Испытание на твердость при вдавливании , Reinhold Publishing Corp., 1949, стр. 57–62.
^ OpenCorporates, "STANLEY P. ROCKWELL COMPANY". https://opencorporates.com/companies/us_ct/0090160 . Проверено 24 мая 2023 г.
^ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РЕЕСТР ИСТОРИЧЕСКИХ МЕСТА КОННЕКТИКУТАРЕГИСТРАЦИЯ – Для завода Stanley P. Rockwell Company, 6 мая 2016 г. https://hartfordpreservation.org/wp-content/uploads/296-Homestead-Stanley-Rockwell-Factory-State-Register-Nomination.pdf . Проверено 24 мая 2023 г.
^ Р.Э. Чинн, « Твердость, подшипники и Роквеллы », Advanced Materials & Processes , том 167, № 10, октябрь 2009 г., стр. 29-31.
^ «Твердость по Роквеллу — обзор | Темы ScienceDirect» .
^ «Тест Роквелла — обзор | Темы ScienceDirect» .
^ Твердомер, JM (17 апреля 2019 г.). «Измерение твердости по Роквеллу: полное руководство» . JM Твердомер . Проверено 21 сентября 2021 г.
^ «Твердомер, металлографический микроскоп, измеритель шероховатости поверхности – ЭБПУ» . Hardnesstesting-machine.com . Проверено 18 февраля 2022 г.
^ Основы измерения твердости по Роквеллу , заархивировано из оригинала 29 января 2010 г. , получено 10 сентября 2010 г.
^ Руководство дизайнера PMPA: Термическая обработка , заархивировано из оригинала 14 июля 2009 г. , получено 19 июня 2009 г.
^ Смит, Уильям Ф.; Хашеми, Джавад (2001), Основы материаловедения и инженерии (4-е изд.), McGraw-Hill, стр. 229, ISBN 0-07-295358-6
^ Сундарараджан, Г.; Рой, М. (2001). Энциклопедия материалов: наука и технологии . Испытание на твердость: Elsevier Ltd., стр. 3728–3736. ISBN 978-0-08-043152-9 .
^ Бройтман, Эстебан (2017). «Измерения твердости при вдавливании в макро-, микро- и наномасштабах: критический обзор» . Письма по трибологии . 65 (23): 4–5. дои : 10.1007/s11249-016-0805-5 . S2CID 20603457 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Инструкция по эксплуатации твердомера по Роквеллу Р-150Т компании EBP.
^ E18-08b Разделы 5.1.2.1 и 5.2.3.
^ «Материалы лезвий ножей» . 31 мая 2008 г. Архивировано из оригинала г. 31 мая 2008 Проверено 18 февраля 2022 г.
^ «MatWeb, ваш источник информации о материалах» . Matweb.com . Проверено 23 июня 2010 г.

Внешние ссылки

[1] Э. Л. Тобольски и А. Фи, «Испытание на твердость 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 прочности на разрыв с твердостью сталей », Э. Дж. Павлина и К. Дж. Ван Тайн, Журнал Materials Engineering and Performance , Том 17, номер 6 / декабрь 2008 г.

[3] Г.Л. Кель, Принципы металлографической лабораторной практики , 3-е изд., McGraw-Hill Book Co., 1949, стр. 229.

[4] HM Rockwell и SP Rockwell, «Твердомер», патент США № 1,294,171 , февраль 1919 г.

[5] SW Калли: Стэнли Пикетт Роквелл Стэнли Пикетт Роквелл - один из изобретателей машины для определения твердости по Роквеллу]. Проверено 21 ноября 2018 г.

[6] С. П. Роквелл, «Испытание металлов на твердость», Труды Американского общества обработки стали , Том II, № 11, август 1922 г., стр. 1013–1033.

[htm-7] Перейти обратно: ^а ^б С. П. Роквелл, «Машина для определения твердости», патент США № 1 516 207 , ноябрь 1924 г.

[8] В. Е. Лисахт, Испытание на твердость при вдавливании , Reinhold Publishing Corp., 1949, стр. 57–62.

[9] OpenCorporates, "STANLEY P. ROCKWELL COMPANY". https://opencorporates.com/companies/us_ct/0090160 . Проверено 24 мая 2023 г.

[10] ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РЕЕСТР ИСТОРИЧЕСКИХ МЕСТА КОННЕКТИКУТАРЕГИСТРАЦИЯ – Для завода Stanley P. Rockwell Company, 6 мая 2016 г. https://hartfordpreservation.org/wp-content/uploads/296-Homestead-Stanley-Rockwell-Factory-State-Register-Nomination.pdf . Проверено 24 мая 2023 г.

[11] Р.Э. Чинн, « Твердость, подшипники и Роквеллы », Advanced Materials & Processes , том 167, № 10, октябрь 2009 г., стр. 29-31.

[12] «Твердость по Роквеллу — обзор | Темы ScienceDirect» .

[13] «Тест Роквелла — обзор | Темы ScienceDirect» .

[14] Твердомер, JM (17 апреля 2019 г.). «Измерение твердости по Роквеллу: полное руководство» . JM Твердомер . Проверено 21 сентября 2021 г.

[15] «Твердомер, металлографический микроскоп, измеритель шероховатости поверхности – ЭБПУ» . Hardnesstesting-machine.com . Проверено 18 февраля 2022 г.

[16] Основы измерения твердости по Роквеллу , заархивировано из оригинала 29 января 2010 г. , получено 10 сентября 2010 г.

[17] Руководство дизайнера PMPA: Термическая обработка , заархивировано из оригинала 14 июля 2009 г. , получено 19 июня 2009 г.

[18] Смит, Уильям Ф.; Хашеми, Джавад (2001), Основы материаловедения и инженерии (4-е изд.), McGraw-Hill, стр. 229, ISBN 0-07-295358-6

[19] Сундарараджан, Г.; Рой, М. (2001). Энциклопедия материалов: наука и технологии . Испытание на твердость: Elsevier Ltd., стр. 3728–3736. ISBN 978-0-08-043152-9 .

[Broitman-20] Бройтман, Эстебан (2017). «Измерения твердости при вдавливании в макро-, микро- и наномасштабах: критический обзор» . Письма по трибологии . 65 (23): 4–5. дои : 10.1007/s11249-016-0805-5 . S2CID 20603457 .

[ReferenceA-21] Перейти обратно: ^а ^б Инструкция по эксплуатации твердомера по Роквеллу Р-150Т компании EBP.

[22] E18-08b Разделы 5.1.2.1 и 5.2.3.

[23] «Материалы лезвий ножей» . 31 мая 2008 г. Архивировано из оригинала г. 31 мая 2008 Проверено 18 февраля 2022 г.

[24] «MatWeb, ваш источник информации о материалах» . Matweb.com . Проверено 23 июня 2010 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

Базы данных авторитетного контроля
Международный	БЫСТРЫЙ
Национальный	Германия Израиль Соединенные Штаты