Випробування твердості за Роквеллом

За Брінелем неможливо випробовувати загартовану сталь, яка має твердість більше 400-450 НВ, тому що буде деформуватися кулька і результати випробувань будуть неточними. Також не можна випробувати зразки після хіміко-термічної обробки (азотування, цементація та ін.). В таких випадках для вимірювання твердості застосовують метод Роквелла (ТК2). На цьому твердомірі твердість вимірюють за трьома шкалами (табл. 2).

Таблиця 2. Характеристика шкал твердоміра Роквелла

Шкала	Позна­чення чисел твер­дості	Індентор	Наванта­ження на індентор, кН (кгс)	Границя вимірю­вання в одиницях твердості	Випробувальні матері­али
А	HRA	Алмазний конус	0,59 (60)	70...85	Твердосплавні матері­али
В	HRB	Кулька D=1/16"	0,98 (100)	25...100	Сплави в знеміцненому стані
С	HRC	Алмазний конус	1,47 (150)	20...67	Сплави в зміцненому стані

Основне навантаження становить 900 Н – для кульки (шкала В), 1400 Н – для алмазного конуса (шкала С) і 500 Н – для алмазного конуса при випробуванні дуже твердих та більш тонких матеріалів (шкала А).

Сутність цього методу полягає в тому, що у зразок, який випробовується, втискується алмазний конус з кутом при вершині 120 градусів і радіусом закруглення вершини 0,2 мм – для твердих металів і сталева загартована кулька діаметром 1,59 мм (1/16") – для м'яких. На приладі Роквелла вимірюється не діаметр відбитка, а різниця між глибинами відбитка h, отриманого від втискування наконечника або кульки під загальним (попереднє + основне) та попереднім навантаженнями (рис. 5).

Загальний вигляд твердоміра Роквелла зображено на рис. 6, а, а його кінематичну схему – на рис. 6, б.

У верхній частині станини твердоміра розміщено шпиндель 1, в якому за допомогою гвинта 4 закріплюють оправку 5 з індентором (сталева кулька або алмазний чи твердосплавний конус). Постійний вантаж 16 створює навантаження на індентор 0,59 кН. Якщо на по­стійний вантаж 16 поставити вантаж 17, то буде створено наванта­ження 0,98 кН. Якщо збільшити вантаж 18 (0,59 кН), то загальне ма­ксимальне навантаження на індентор досягне 1,47 кН (див. табл. 2).

Рис. 5. Схема визначення твердості за Роквеллом

Стіл 7 призначений для розміщення на ньому випробувального зразка 6. При обертанні за ходом годинникової стрілки маховика 8 в рух приводиться гвинт 11, який, переміщуючись угору, під­німає стіл 7 із зразком 6, підводячи його до індентора. За подальшого обертання маховика 8 стискується пружина 2 шпинделя 1, кулька або алмазний конус починає втискуватися у зра­зок 6 і при цьому стрілки головки індикатора 22 обертаються в про­тилежні боки. Маховик 8 обертають доти, доки мала стрілка 1 (рис. 7, а) індикатора не дійде до червоної точки 2, а велика стрілка 3 не займе приблизно вертикальне положення (з похибкою ±5 поділок пікали індикатора) (рис. 7, б), що створить попереднє наванта­ження 0,098 кН.

Точне виставлення шкали індикатора на нуль (рис. 7, в) вико­нують за допомогою барабана 9 (див. рис. 6,б) тросиком 21, закрі­пленим на індикаторі 22.

Незалежно від того, який індентор вдавлюється у зразок (де­таль), велика стрілка індикатора має суміщатися з нулем чорної шкали «О».

Основне навантаження на індентор приводиться в дію за допо­могою приводу 14 від електродвигуна твердоміра. Натисканням на клавішу 10 через кронштейн 12 приводять у дію кулачковий блок 15 механізму приводу 14, передача від якого до вантажного важеля 20 здійснюється за допомогою штока 13. При цьому підвіска 13 з вантажами 16-18 опускається, створюючи ос­новне навантаження на індентор 3 через важіль 20. Під дією основного навантаження індентор вдавлюється у випро­бувальний зразок (деталь) 6. При цьому велика стрілка індикатора обертається проти ходу годинникової стрілки (рис. 7, г). Після зу­пинення стрілки основне навантаження, що діяло на зразок, авто­матично знімається і велика стрілка індикатора, обертаючись за ходом годинникової стрілки, показує за шкалою індикатора число твердості 61 HRC або 91 HRB (рис. 7, д).

Рисунок 6. а – загальний вигляд твердоміра Роквелла; б – кінематична схема

Рис. 7. Послідовне переміщення стрілок на циферблаті індикатора твердоміра

Роквелла при вдавлюванні індентора

Після закінчення циклу випробування кулачковий блок автома­тично вимикається і фіксується у вихідному положенні.

Для вимірювання твердості підбирають зразки із плоскими і па­ралельними поверхнями без будь-яких дефектів (окалина, бруд, різні покриття, раковини тощо).

Після цього здійснюють контроль правильних показань твердості за допомогою контрольних брусків, твердість яких відома. Якщо тве­рдість за твердоміром не відповідає твердості контрольних брусків, то слід вводити відповідну поправку при вимірюванні твердості до­сліджуваних зразків.

Попереднє навантаження Р₁ що дорівнює 100 Н, додається підйомником стола уверх із зразком, що випробовується, а основне навантаження Р₂ здійснюється тиском вантажів зверху вниз через систему важелів приладу.

Загальне навантаження Р=Р₁+Р₂.

За дії сили Р₁ наконечник втискується на глибину h₀, а після прикладення сили Р₁+Р₂ на глибину h₁. Після зняття сили Р₂ метал виштовхне наконечник на глибину h. Висота H=h-h₀, і є мірою твердості за приладом Роквелла. Вимірювання глибин здійснюється спеціальним індикатором, що вмонтований у прилад.

Індикатор за рахунок прямого та зворотного ходу стрілки "вирішує" рівняння:

, (5).

де НRС – твердість за Роквеллом (шкала С); 100 – число поділок шкали індикатора; 0,002 – ціна поділки індикатора.

Стрілка індикатора показує твердість. Як видно, твердість за Роквеллом величина безрозмірна, яка є величиною зворотною глибині відбитка і вимірюється в умовних одиницях. За одиницю твердості прийнята величина, яка відповідає осьовому переміщенню наконечника 0,002 мм. Залежно від того, чим і при якому навантаженні відбувається випробування, тобто за якою шкалою – В, С або А, число твердості позначається НRВ, НRС, НRА.

При випробуванні твердості за Роквеллом відбитки дуже малі і не пошкоджують поверхню деталі, випробування проводяться дуже швидко (30–60 секунд) і величина твердості читається по шкалі без будь-яких вимірювань та перерахунків.

Послідовність виконання роботи:

1. Залежно від матеріалу зразка вибрати індентор і навантаження (див. табл. 2).

2. Вставити у шпиндель твердоміра відповідний індентор.

3. Поставити зразок на стіл твердоміра.

4. Обертанням маховика 6 (див. рис. 6, б) за ходом годинникової стрілки обережно підняти предметний столик 7, поки зразок не доторкнеться до індентора, а стрілки індикатора не займуть верти­кальне положення.

5. Обертанням барабана 9 встановити нульову поділку чорної шкали «О» навпроти кінця великої стрілки індикатора.

6. Повільним натискуванням на клавішу 10 ввімкнути привід ме­ханізму навантаження через кулачковий блок 15.

7. Після закінчення циклу навантаження зафіксувати твердість за шкалою індикатора.

8. Обертанням маховика проти ходу годинникової стрілки опус­тити предметний столик, перемістити зразок і повторити вимірю­вання в іншому місці зразка. Результати не менш як трьох вимірювань твердості записати в протокол.

9. Числа твердості за Роквеллом перевести на числа твердості за Брінелем і записати їх у протокол (табл. 3).