шкала Роквелла

Шкала Роквелла — это шкала твердости , основанная 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 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 найти 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. Основная нагрузка прикладывается, а затем снимается, 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 ^†	Цементированные карбиды , тонкая сталь, неглубокая цементированная 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	Шарик диаметром 1 ⁄ дюйма (6,35 мм)	Подшипниковые металлы и другие очень мягкие или тонкие материалы.	130	500
М	Управление персоналом	100	Шарик диаметром 1 ⁄ дюйма (6,35 мм)	Термопласты, подшипниковые металлы и другие очень мягкие или тонкие материалы.	130	500
П	ПХР	150	Шарик диаметром 1 ⁄ дюйма (6,35 мм)	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 удерживают HRC выше 68-70, например HAP72, разработанный Hitachi. Они чрезвычайно тверды, но в то же время несколько хрупкие.) ^[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 растяжение 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 THE". 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 растяжение 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 THE". 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