Испытания на твердость по Роквеллу

 

Краткая теория.

 

По Бриннелю нельзя испытывать закаленную сталь, имеющую твердость более 400-450 НВ, так как будет деформироваться шарик и результаты испытания будут неточными. По Бриннелю нельзя так же испытывать образцы после химико-термической обработки (азотирования, цементации и т.д.) ввиду малой толщины цементированного или азотированного слоя, (а также тонкие пластинки, фольгу и так далее) из-за продавливания шарика при большой нагрузке.

Эти обстоятельства привели к созданию других методов и приборов для определения твердости металлов. Одним из таких приборов является прибор Роквелла, который имеет широкое применение. Принципиальным отличием способа Роквелла является определение твёрдости по глубине отпечатка, получаемого при вдавливании алмазного конуса, а не площади отпечатка как у метода Бринелля.(рис 2.4..)

Определение твёрдости по методу Роквелла имеет широкое применение потому, что этот прибор даёт возможность испытывать как мягкие, так и твёрдые материалы. Отпечатки от конуса очень малы и не портят детали. Испытание легко выполнимо и занимает всего несколько секунд, к тому же не требует никаких измерений, так как число твёрдости читается прямо по шкале прибора. Значения твёрдости легко переводятся в значения твёрдости по Бринеллю или Викерсу при помощи специальных таблиц

 

 

Рис.2.4 Схема испытания на твёрдость по способуРоквелла

 

 

Испытание на твердость по Роквеллу производят вдавливанием в испытываемый образец алмазного или твердосплавного конуса с углом 120° (шкала С и А) или стального закаленного шарика диаметром1,588 мм (шкала В). Наконечник (шарик или конус) вдавливается в испытываемый материал под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок - предварительной Р₀, и основной Р₁. Общая нагрузка Р будет равна сумме Р₀ иР₁нагрузок: Р=Р₀ +Р₁. Она выбирается в зависимости от условий испытаний и устанавливается в соответствии со шкалой индикатора (таблица 2.3.).

Предварительная нагрузка Р₀ во всех случаях равна 100 Н. Эта нагрузка даётся для того, чтобы предварительно выбрать все зазоры в механизмах прибора.

Значение твердости по Роквеллу – число отвлеченное и выражается в условных единицах. За единицу твердости принята величина, соответствующая осевому перемещению наконечника на 0,002 х 10^{-3 м.}. Число твёрдости по Роквеллу определяется по формулам:

HRA=100-e;

HRB=130-e;

HRC=100-e/

Величина e определяется по формуле: 

e = (h-h₀)/ 0,002

где h-глубина внедрения наконечника в испытуемый материал под действием общей нагрузки

h₀ глубина внедрения наконечника в испытуемый материал под действием предварительной нагрузки.

На практике никаких расчётов не делается, так как они учтены в конструкции прибора. Величина твердости определяется непосредственно по шкале индикатора. Твердость по Роквеллу обозначается HRА 75, HRC 55 и HRВ 40. Цифры указывают твердость по соответствующей шкале (А, С или В)..

 

ПРИМЕЧАНИЕ: Число твердости по шкале А отсчитывают по черной шкале со значком «С».

 

 

Таблица2.3.Выбор шкалы индикатора, наконечника и нагрузки

Шкала индикатора	Наконечник	Общая нагрузка, Н.	Условия применения
А	Алмазный конус	600	Для металлов с твердостью выше HRC 70 (например, твердых сплавов) и тонкого твердого листового материала
С	Алмазный или твердосплавный конус	1500	Для закаленных сталей с твердостью HRC 20 ÷70
В	Стальной шарик	1000	Для отожженной стали и цветных металлов и сплавов.

Устройство твердомера Роквелла.

Твердость по Роквеллу определяется на приборе ТК-2 (рис. 2.5.)

Циферблат индикатора имеет черную (С) и красную (В) шкалы. Независимо от того, что вдавливается в испытываемый образец – алмазный конус или стальной шарик, с большой стрелкой индикатора всегда совмещается нуль черной шкалы со значком «С». Большую стрелку с нулевым штрихом красной шкалы со значком «В» не совмещают ни в коем случае.

 

Рис.2.5. Схема устройства твердомера ТК 2 типа Роквелла.

 

 

В шпиндель 1 закрепляется оправка 3 с шариком или конусом. Основная нагрузка создается постоянными 4 (600 Н) и сменными 5 и 6 (400 и 500 Н) грузами Испытываемый образец 8 установленный на стол 7 вращением маховика 9 поджимается к наконечнику до тех пор, пока малая стрелка индикатора не станет против красной точки 2, а большая 3 установится приблизительно в вертикальном положении с погрешностью ± 5 делений. При этом сжатием пружины создается предварительная нагрузка, равная 100 Н. Установку шкалы индикатора на нуль производят при помощи барабана с тросиком, закрепленным на рамке индикатора. Электродвигатель привода 16 работает непрерывно и отключается с помощью тумблера только при длительных перерывах в работе. Плавным нажатием клавиши 18 включается в работу механизм привода 16 кулачкового блока 19. При этом шток 21, опускаясь, обеспечивает действие основной нагрузки (сменных грузов 4-5-6) на испытуемый образец через рычаг 20.

Под действием основной нагрузки наконечник проникает в испытываемый образец. При этом большая стрелка поворачивается против часовой стрелки. После окончания цикла основная нагрузка автоматически снимается. При этом большая стрелка индикатора перемещается по часовой стрелке, и после остановки указывает твердость по соответствующей шкале. При испытании алмазным конусом под общей нагрузкой 1500 или 600 Н отсчет производится по черной шкале, а при испытании шариком под нагрузкой 1000 Н по красной шкале

 

Подготовка образца к испытанию.

Поверхности образца, как испытуемая, так и опорная, должны быть плоскими, параллельными друг к другу и не должны иметь таких дефектов, как трещины, окалина, масло, грязь, различные покрытия др. Все дефекты поверхности образца должны быть удалены наждачным кругом, наждачной шкуркой или напильником. При обработке поверхности образец не должен нагреваться выше 150^°С.

 

Порядок проведения испытания

1.  Зачистить испытываемую и опорную поверхности на наждачном круге или наждачной бумагой.

2.  В зависимости от твердости испытываемого образца выбрать шкалу и установить соответствующую нагрузку.

3.  Закрепить выбранный наконечник в шпиндель прибора.

4.  Установить испытываемый образец на столик.

5.   Вращением маховика 9 поджать образец к наконечнику до тех пор, пока малая стрелка индикатора станет против красной точки, а большая, с погрешностью ± 5, на нуль черной шкалы. Если большая стрелка будет отклоняться больше, чем на ± 5 делений относительно нуля, необходимо вращением маховика против часовой стрелки опустить стол и производить испытание в другом месте образца.

6.  Вращением барабана 14 установить нуль шкалы С против большой стрелки индикатора.

7.  Плавным нажатием руки на клавишу 18 включить в работу привод механизма нагружения.

8.  После окончания цикла нагружения произвести отсчет по шкале индикатора. Полученный результат записать в протокол.

9.  Вращением маховика 9 против часовой стрелки снять предварительную нагрузку и повторить испытание в другом месте. На каждом образце рекомендуется производить не менее трех испытаний.

10.  Определить среднее значение твердости по Роквеллу.

Результаты измерений твердости по Роквеллу заносятся в таблицу 2.4.

 

Таблица 2.4.. Протокол испытаний на твердость по Роквеллу

№ п.п	Материал образца	Шкала	Твердость НR
			Первое измерение	Второе измерение	Третье измерение	Среднее
1	2	3	4	5	6	7

 

2.5. Содержание отчёта.

 

1. Составить сравнительную таблицу испытаний по Бриннелю и Роквеллу (табл.2.5).

2. Схема испытания на твёрдость (рис.2.3).

3. Порядок проведения испытаний.

 

Таблица 2.5.

	Метод Бриннеля	Метод Роквелла
индентор
условия испытания Dш,м, Рнаг,кН, t,с
схема испытания
материал
единицы измерения
ограничения
вывод:преимущества или недостатки

 

Контрольные вопросы.

1. Какие существуют методы определения твёрдости металлов

2. Что такое твёрдость металлов

3. В чём отличие способа измерения твёрдости по Бриннелю от других способов?

4. Как подготовить образец к испытаниям на твёрдость по Бриннелю?

5. Устройство и работа твердомера Бриннеля.

6. Какова методика измерения твёрдости на приборе Бриннеля?

7. Как осуществляется выбор параметров при проведении испытания на твёрдость по Бриннелю?

8. Какие существуют формулы для определения твёрдости по методу Бриннеля?

9. Какая существует методика определения диаметра отпечатка с помощью лупы Бриннеля?

10.  Как определяется твёрдость табличным и расчётным путём?

11. В чём отличие метода измерения твёрдости по Роквеллу от других методов?

12. Для измерения твёрдости каких деталей предназначен метод Роквелла?

13. Какие формулы существуют для определения твёрдости по Роквеллу?

14. Как выбираются параметры испытания на твёрдость (шкалы, нагрузки и др.)?

15. Как устроен и работает прибор ТК 2?

16. Как готовится образец к испытаниям?

17. Методика проведения испытания на твёрдость по Роквеллу.