Rockwellova metoda

Rockwellova metoda [1]  je metoda nedestruktivního zkoušení tvrdosti materiálů. Je založen na měření hloubky pronikání tvrdého hrotu, nazývaného indentor, do studovaného materiálu při použití stejného zatížení pro každou stupnici tvrdosti. V závislosti na měřítku obvykle 60, 100 a 150 kgf .

Jako indentory v metodě se používají silné kuličky a diamantové kužely s vrcholovým úhlem 120° se zaobleným ostrým koncem.

Pro svou jednoduchost, rychlost ve srovnání s jinými metodami a reprodukovatelnost výsledků je jednou z nejběžnějších metod zkoušení tvrdosti materiálů.

Historie

Měření tvrdosti relativní hloubkou průniku indentoru navrhl v roce 1908 vídeňský profesor Ludwig ( Ludwig ) v knize „ Die Kegelprobe “ (doslova „kuželová zkouška“) [2] .

Metoda pro stanovení relativní hloubky vnikání indentoru navržená Hughem a Stanley Rockwellem eliminovala chyby spojené s mechanickými nedokonalostmi měřicího systému, jako je vůle , povrchové vady a kontaminace povrchu testovaných materiálů a dílů.

Rockwellův tvrdoměr, nástroj pro stanovení relativní hloubky průniku, vynalezli domorodci z Connecticutu Hugh M. Rockwell (1890-1957) a Stanley P. Rockwell (1886-1940). Potřeba tohoto zařízení byla vyvolána potřebou rychlého zjištění výsledků tepelného zpracování ocelových klecí kuličkových ložisek . Brinellova metoda , vynalezená v roce 1900 ve Švédsku, byla pomalá, nepoužitelná na kalené oceli a zanechala otisk příliš velký na to, aby mohla být považována za nedestruktivní zkušební metodu .

Patentovou přihlášku na nové zařízení podali 15. července 1914; po jeho zvážení byl vydán patent č. 1294171 ze dne 11. února 1919 [3] .

V době vynálezu byli Hugh a Stanley Rockwellovi (nepřímo příbuzní) zaměstnáni společností New Departure Manufacturing ( Bristol , Connecticut). New Departure , dříve významný výrobce kuličkových ložisek, se v roce 1916 stal součástí United Motors a poté General Motors Corporation .

Po odchodu z Connecticutu se Stanley Rockwell přestěhoval do Syracuse v New Yorku a 11. září 1919 požádal o vylepšení původního vynálezu, které bylo schváleno 18. listopadu 1924. Nové zařízení bylo také patentováno pod č. 1516207 [4] [5] . V roce 1921 se Rockwell přestěhoval do West Hartford , Connecticut, kde navrhl další vylepšení [5] .

V roce 1920 se Stanley Rockwell spojil s výrobcem nástrojů Charlesem H. Wilsonem z Wilson-Mauelen Company , aby komercializovali vynález a vyvinuli standardizované testovací stroje [6] .

Kolem roku 1923 založil Stanley Rockwell společnost Stanley P. Rockwell, firmu na tepelné zpracování, která dodnes existuje v Hartfordu , Connecticut . Přejmenován na Wilson Mechanical Instrument Company a o několik let později změnil majitele. V roce 1993 byla společnost koupena společností Instron Corporation .

Rockwellovy stupnice tvrdosti

Normy standardizují 11 stupnic pro stanovení tvrdosti podle Rockwellovy metody ( A; B; C; D; E; F; G; H; K; N; T ), tyto stupnice se liší typem indentoru, zkušebním zatížením a konstanty ve vzorci pro výpočet tvrdosti z výsledků měření [7] .

Nejčastěji se používají dva až tři indentory: 1/16" (1,5875 mm) kulovitá kulička z karbidu wolframu nebo tvrzené nástrojové oceli nebo kulička o průměru 1/8" a 120° kuželový diamantový hrot. Normy poskytují, v závislosti na stupnici 3, pevné zatížení při odrážení indentoru - 60, 100 a 150 kgf.

Číselná hodnota tvrdosti je určena vzorcem, jehož koeficienty závisí na stupnici. Aby se snížila chyba měření, relativní rozdíl v hloubce vniknutí indentoru se bere ze stavu testovaného povrchu, když je aplikováno hlavní a předběžné (10 kgf) zatížení (viz obrázek).

Pro tvrdost podle Rockwella se používá zkratka HR , přičemž 3. písmeno označuje stupnici, na které byly zkoušky provedeny ( HRA , HRB , HRC atd. až do HRT ). Například HRC 64.

Nejpoužívanější Rockwellovy stupnice tvrdosti
Měřítko indentor zatížení, kgf
ALE Diamantový kužel s vrcholovým úhlem 120° 60
V 1/16" kulička z karbidu wolframu (nebo kalená ocel) 100
Z Diamantový kužel s vrcholovým úhlem 120° 150

Vzorce pro stanovení tvrdosti

Čím tvrdší materiál, tím menší bude hloubka vniknutí hrotu do něj. Aby při vyšší tvrdosti materiálu nebylo dosaženo nižšího čísla tvrdosti podle Rockwella, je tvrdost určena vzorcem:

kde rozdíl  je rozdíl mezi hloubkami ponoření indentoru po odstranění hlavního zatížení a před jeho aplikací (při předpětí) v mm,  jsou konstanty v závislosti na konkrétní Rockwellově stupnici (viz tabulka).

Tvrdost podle Rockwella je tedy bezrozměrná veličina .

Nejčastěji používané Rockwellovy váhy [8]
Měřítko Zkratka Testovací zátěž Typ indentoru Oblast použití N s
A HRA 60 kgf 120° diamantová koule * Wolfram karbid 100 0,002 mm
B HRB 100 kgf Průměr 1⁄16 palce (1,588 mm)
ocel, kulový		 Slitiny hliníku , bronz ,
měkké oceli 		130 0,002 mm
C HRC 150 kgf 120° diamantový sférokónický Tvrdé oceli
s HRB > 100 		100 0,002 mm
D HRD 100 kgf 120° diamantový sférokónický 100 0,002 mm
E HRE 100 kgf Průměr 1⁄8 palce (3,175 mm)
ocel, kulový 		130 0,002 mm
F HRF 60 kgf Průměr 1⁄16 palce (1,588 mm)
ocel, kulový 		130 0,002 mm
G HRG 150 kgf Průměr 1⁄16 palce (1,588 mm)
ocel, kulový 		130 0,002 mm
* Poloměr kulového zaoblení vrcholu kužele 0,2 mm

Metodika testování průmyslového tvrdoměru Rockwell

Faktory ovlivňující přesnost měření

Porovnání stupnic tvrdosti

Jednoduchost Rockwellovy metody (hlavně absence potřeby měřit průměr vtisku) vedla k jejímu širokému použití v průmyslu pro testování tvrdosti. Rovněž není vyžadována vysoká čistota měřeného povrchu, např. nevýhodou metody Brinell a Vickers je nutnost měření velikosti otisku pomocí mikroskopu a nutnost leštění povrchu.

Nevýhodou Rockwellovy metody je její nižší přesnost ve srovnání s metodami Brinell a Vickers .

Mezi hodnotami tvrdosti naměřenými různými metodami existuje korelace (např. viz obrázek - převod jednotek tvrdosti HRB na tvrdost podle Brinella pro hliníkové slitiny ). Závislost je nelineární. Existují regulační dokumenty, které porovnávají hodnoty tvrdosti měřené různými metodami (například ASTM E-140 ).

Hodnocení mechanických vlastností zkouškami tvrdosti

Hodnota tvrdosti podle Rockwella je spojena s dalšími pevnostními charakteristikami látek. Toto spojení zkoumali takoví materiální vědci jako N. N. Davidenkov , M. P. Markovets a další.

Například z výsledků zkoušky vtlačovací tvrdosti lze určit mez kluzu látky. U vysokochromových nerezových ocelí po různých režimech tepelného zpracování byla odchylka výsledků získaných touto metodou od destruktivních metod pouze +0,9 %. .

Byl také zkoumán vztah mezi hodnotami tvrdosti a dalšími vlastnostmi pevnosti v tahu , jako je pevnost v tahu (pevnost v tahu), smykový poměr a skutečná lomová pevnost.

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Důraz ve frázi „Rockwellova metoda“ . Získáno 28. září 2021. Archivováno z originálu dne 28. září 2021.
  2. ↑ Kehl GL The Principles of Metallographic Laboratory Practice, 3. vydání, McGraw-Hill Book Co., 1949, str. 229.
  3. ↑ HM Rockwell & SP Rockwell tvrdoměr, patent USA 1294171, únor 1919.
  4. ↑ SP Rockwell The Testing of Metals for Hardness // Transactions of the American Society for Steel Treating, Vol. II, č. 11, srpen 1922, s. 1013-1033.
  5. ↑ 1 2 S. P. Rockwell Hardness-Testing Machine, US Patent 1516207, November 1924.
  6. ↑ Lysaght V.E. Testování tvrdosti vtisku, Reinhold Publishing Corp., 1949, s. 57-62.
  7. ↑ ISO 6508-1:2005. kovové materiály. Rockwellova zkouška tvrdosti. Část 1: Zkušební metoda (stupnice A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T)
  8. ↑ Smith, William F. & Hashemi, Javad (2001), Základy materiálové vědy a inženýrství (4. vydání), McGraw-Hill, s. 229, ISBN 0-07-295358-6 

Literatura

Normativní dokumenty