Краткие сведения из теории. Сущность метода Роквелла состоит в следующем (рисунок 8): в испытуемый металл 1 вдавливается наконечник 2 под действием двух последовательно прилагаемых

Сущность метода Роквелла состоит в следующем (рисунок 8): в испытуемый металл 1 вдавливается наконечник 2 под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной Р ₀ и основной Р ₁

 

Рисунок 8 - Схема измерения твердости по Роквеллу

Сумма их составляет общую нагрузку Р (Р = P ₀ + Р ₁). Глубина проникновения наконечника характеризует твердость испытуемого материала: чем больше глубина, тем мягче металл и наоборот. В качестве наконечника (индентора) применяют алмазный конус или стальной закаленный шарик.

Измерение твердости производится на специальном приборе Роквелла. Отсчет твердости делают по стрелке индикатора прибора, который имеет циферблат с тремя шкалами: черными А и С и красной В. При вдавливании алмазного конуса твердость отсчитывается по шкале А и С, а шарика - по шкале В.

Твердость, измеренная по Роквеллу, выражается числом твердости по Роквеллу, которое принято обозначать символом: HR с указанием шкалы, по которой был сделан отсчет. При отсчете по шкале А число твердости обозначается символом HRА, по шкале С - символом HRС, а по шкале В - символом НRВ. Например, запись HRС 50 означает: твердость 50 единиц по Роквеллу, измерена по шкале С; HRВ 85 - твердость 85 единиц по Роквеллу, измерена по шкале В; HRА 80 - твердость 80 единиц по Роквеллу, измерена по шкале А.

Числа твердости по Роквеллу HR измеряют в условных единицах и определяют по формулам:

 

НRС = 100 – е – при измерении по шкале С; (7)
НRB = 130 – е – при измерении по шкале В. (8)

НRА = 100 – е – при измерении по шкале А. (9)

 

Величина е подсчитывается по формуле:

 

е = (h – h ₀) / 0,002, (10)

 

где h - глубина внедрения наконечника в испытуемый образец под действием общей нагрузки Р, измеренной после снятия основной нагрузки Р ₁, при сохранении предварительной нагрузки P ₀;

h ₀ - глубина внедрения наконечника в испытуемый образец под действием предварительной нагрузки Р ₀ = 10 кгс;

0,002 - цена деления циферблата индикатора (соответствует углублению шарика или конуса на 0,002 мм).

Конструкция твердомера учитывает зависимости, приведенные в формулах (7)-(9). Поэтому числа твёрдости по Роквеллу не вычисляются, а списываются со шкалы индикатора.

Достоинства метода Роквелла: высокая производительность, простота обслуживания, точность измерений, сохранение качественной поверхности после испытания.

Условия измерения твердости по Роквеллу регламентированы ИСО 6508-86. Ниже приводятся требования из стандарта, соблюдение которых необходимо при выполнении испытаний.

Требования к наконечникам. Алмазный конус должен иметь угол при вершине 120°±30¢ и закругленную вершину с радиусом сферы 0,200±0,005 мм. Поверхность конуса на протяжении 0,3 мм от вершины должна быть тщательно отполирована и свободна от трещин и других поверхностных дефектов, видимых при 30-кратном увеличении.

Шарики должны соответствовать следующим требованиям: материал - термически обработанная сталь с твердостью не менее HV 850; (HV - твердость по Виккерсу); диаметр шарика 1,588 ± 0,001 мм; шероховатость поверхности - не ниже 12-го класса по ГОСТ 2789-73.

Требования к испытуемому образцу. Поверхность испытуемого образца должна быть ровной, свободной от окалины и других посторонних веществ, без трещин и выбоин.

Не рекомендуется применять метод Роквелла для определения твердости неоднородных по структуре сплавов, например, серого и ковкого чугунов, для испытания криволинейных поверхностей с радиусом кривизны менее 15 мм, а также для испытания изделий, которые под действием нагрузки могут прогнуться и деформироваться.

Требования к установке образца на приборе. Испытуемый образец должен лежать на столе прибора устойчиво. Следует обеспечить перпендикулярность приложения действующего усилия к испытуемой поверхности образца.

Выбор наконечника и нагрузки производится по таблице 1, в которой указаны также пределы измерения для различных шкал.

Шкала В служит для испытания металлов средней твердости (менее HRС 24) и для испытаний изделий толщиной от 0,8 до 2,0 мм (когда испытание методом Бринелля не может быть выполнено по причине продавливания образца).

Шкала С применяется для испытания закаленных сталей твердостью до HRС 67 и при определении твердости тонких поверхностных слоев толщиной 0,5 мм и более.

Шкала А применяется для испытания сверхтвердых сплавов, имеющих твердость более HRC 67 (карбиды вольфрама, твердые сплавы), а также тонкого листового материала, тонких пластинок и очень тонких поверхностных слоев (когда применение больших нагрузок приводит к их продавливанию, что искажает результат испытания). На индикаторе прибора шкала А совпадает со шкалой С, т.е. практически отсчет производят по шкале С.

 

Таблица 3 - Выбор наконечника и нагрузки для испытания по Роквеллу

Примерная твердость по Виккерсу	Шкала	Форма наконечника	Нагрузка Р, кгс	Обозначение твердости	Допускаемые пределы шкалы
60-240	В	Шарик стальной		HRB	25-100
240-900	С	конус алмазный		НRС	20-67
390-900	А	конус алмазный		НRА	60-85

Условия проведения испытаний. Расстояние между центрами двух соседних отпечатков или от края образца до центра отпечатка должно быть не менее 3,0 мм.

Основная нагрузка прикладывается плавно: при холостом ходе под нагрузкой 100 кгс время перемещения грузового рычага должно составлять 3-6 с. Снимается основная нагрузка также плавно через 1-3 с после резкого замедления движения стрелки индикатора.

Отсчет результатов измерения твердости производится в целых делениях шкалы индикатора. На каждом образце должно быть произведено не менее трех измерений. После смены наконечника первые два измерения в расчет не принимаются.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с описанием прибора Роквелла.

2. Установить, в каком интервале находится твердость испытуемого металла.

3. Выбрать по таблице 1 условия измерения твердости (шкалу отсчета), вид наконечника и нагрузку Р.

4. Настроить твердомер для испытания.

5. Провести испытания. На образце определить 5 замеров твердости.

6. Перевести полученные числа твердости по Роквеллу в числа твердости по Бринеллю.

Содержание отчета

1. Цель работы

2. Схема испытания по Роквеллу

3. Выбор данных для настройки твердомера; область применения метода Роквелла

 

Приложение 1

Сравнительные значения твердости, измеренные различными методами

P = 30000 H D = 10 мм t = 10-15 с	Твердость по Роквеллу	Твердость по Виккерсу, МПа	Временное сопротивление, sВ, МПа
Диаметр отпечатка, мм	Твердость по Бринеллю НВ	HRC	HRA	HRB	(углеродистые стали)
2,20				-		-
2,30			85,5	-		-
2,40			83,5	-		-
2,50			81,0	-	74,60	-
2,60			79,0	-		-
2,70			77,0	-		-
2,80			75,5	-
2,90			73,5	-
3,00			72,5	-
3,10			71,0	-
3,20			70,0	-
3,30			68,0	-
3,40				-
3,50			67,0	-
3,60			65,5	-
3,70			64,5	-
3,80			63,5	-
3,90			62,5
4,00			61,5
4,05			61,0
4,10			60,0
4,15			59,5
4,20			59,0
4,25			58,0
4,30			57,0
4,35			-
4,40		-	-
4,45		-	-
4,50		-	-
4,55		-	-
4,60		-	-
4,65		-	-
4,70		-	-
4,75		-	-
4,80		-	-
4,90		-	-
5,00		-	-
5,05		-	-		-
5,10		-	-		-
5,15		-	-		-
5,20		-	-		-
5,25		-	-		-	462,5
5,30		-	-		-
5,35		-	-		-
5,40		-	-		-
5,45		-	-		-
5,50		-	-		-	417,5
5,55		-	-		-	412,5
5,60		-	-		-
5,65		-	-		-
5,70		-	-		-
5,75		-	-		-
5,80		-	-		-
5,85		-	-		-
5,90		-	-		-
5,95		-	-		-
6,00		-	-		-

Контрольные вопросы по методам определения твердости

1. Что называется твердостью металла?

2. Сущность метода определения твердости по Роквеллу.

3. В каких случаях в качестве индентора применяется стальной шарик или алмазный конус?

4. Привести формулы, по которым определяется твердость по шкалам А, С и В.

5. Обозначение числа твердости по Роквеллу при измерении по шкалам А, В, С.

6. Величина предварительной Р ₀ и общей нагрузки Р при определении твердости по Роквеллу по разным шкалам.

7. Угол при вершине алмазного конуса и диаметр шарика, применяемые на приборе Роквелла.

8. Какая связь между твердостью и другими механическими свойствами?

9. Назначение пресса и лупы Бринелля.

10. Какова предельная твердость испытуемого металла при определении твердости по Бринеллю и почему данным методом нельзя испытывать металлы, имеющие твердость больше предельной?

11. Что характеризует твердость металла и какова ее размерность при испытании по Бринеллю?

12. Форма наконечника при определении твердости по Бринеллю.

13. Формула для определения твердости по Бринеллю.

14. Диаметры шариков, мм, применяемых при испытании по Бринеллю.

15. Нагрузка, применяемая при испытании по Бринеллю.

16. Выдержка шарика под нагрузкой при определении НВ черных и цветных металлов.

17. Соотношение между нагрузкой Р и диаметром шарика D при испытании по Бринеллю черных и цветных металлов.

18. Методика определения твердости по Польди.

19. Формула для определения твердости методом Польди.

20. Устройство и работа прибора Польди.

21. Достоинства, недостатки и область применения метода Польди.