Palitra21.ru

Домашний уют — журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Твердомеры для металлов

Твердомеры для металлов. Метод Роквелла и Бринелля

Под твёрдостью металлов понимают их способность пластически деформироваться при нагрузках, которые прикладываются к детали в результате внедрения в неё элемента с более высокой твёрдостью – индентора. Испытания на твёрдость считаются одними из наиболее распространённых, поскольку определяют как меру прочности изделия, так и его способность сопротивляться переменным во времени нагрузкам. При этом, в отличие от других методов контроля, испытания на твёрдость относятся к числу неразрушающих, а твердомеры для металлов могут быть достаточно компактными.

Методика измерения

Метод определения твердости металла по Роквеллу применяется в случае, когда нужно протестировать заготовку небольшой толщины. Кроме этого, подобным образом проверяется твердость поверхностного слоя изделия, к примеру, прошедшего закалку или процесс цементирования.

Проводится определение твердости металлов методом Роквелла следующим образом:

  1. Метод основан на вдавливании более твердого объекта в испытуемый. Для этого используется специальный алмазный наконечник, который имеет форму правильной пирамиды.
  2. Нагрузка прикладывается к наконечнику на протяжении определенного времени. При этом время выдержки и величина нагрузки могут существенно различаться. Согласно установленным стандартам в ГОСТ 9013-59, нагрузка может быть от 1 до 100 кгс. При этом уточняются конкретные значения из этого промежутка.
  3. Полученные отпечатки алмазного конуса измеряются. Наиболее важными показателями в этом случае можно назвать размер диагоналей оставшегося отпечатка.

Принцип измерения твердости по Роквеллу

Полученные данные сверяются с табличными значениями, в которых учитывается величина приложенной силы и время выдержки. Рассматриваемая методика позволяет получить показатель твердости в своих условных единицах.

Процесс измерения можно разделить на несколько этапов:

  1. Определяется тип шкалы.
  2. Устанавливается подходящий индикатор. Важно выбрать индикатор, который будет соответствовать типу установленной шкалы.
  3. Проводится два пробных теста, которые необходимы для корректирования работы применяемого оборудования.
  4. Прикладывается предварительная нагрузка, равная 10 кгс.
  5. Прикладывается основная нагрузка и выдерживается определенный период, который позволяет получить максимальное значение.
  6. Убирается нагрузка и считывается полученный результат.

Современное оборудование позволяет существенно упростить процесс и повысить точность получаемых результатов в ходе проводимых измерений.

История

Венский профессор-исследователь Людвиг впервые предложил использовть индентор для исследования твердости путем его проникновения в материал и вычисления относительной глубины. Его метод описан в работе 1908 года «Испытание конусом» (Die Kegelprobe).

Этот метод имел недостатки. Братья Хью и Стэнли Роквеллы предложили новую технологию, которая исключала ошибки маханического несовершенства системы измерения (люфты и дефекты поверхности, загрязнение материалов и деталей). Профессоры изобрели твердомер – прибор, определяющий относительную глубину проникновения. Он применялся для тестирования стальных шарикоподшипников.

Определение твердости металлов методами Бринелля и Роквелла заслужили внимания в научном сообществе. Но метод Бринелля уступал – он был медленным и не применялся для закаленных сталей. Таким образом, его нельзя было считать методом неразрушающего контроля.

В феврале 1919 года твердомер был запатентован под номером 1294171. В это время Роквеллы работали на компанию-производителя шарикоподшипников.

В сентябре 1919 года Стенли Роквелл покинул компанию и переехал в штат Нью-Йорк. Там он подал заявку на усовершенствование прибора, которая была принята. Новый прибор запатентован и усовершенствован к 1921 году.

В конце 1922 года Роквелл основал предприятие по термообработке, которое до сих пор функционирует в штате Коннектикут. С 1993 года находится в составе корпорации Instron.

Читать еще:  Что такое конструкционные легированные стали

История

Измерение твёрдости по относительной глубине проникновения индентора было предложено в 1908 году венским профессором Людвигом (Ludwig) в книге «Die Kegelprobe» (дословно «испытание конусом»).

Метод определения относительной глубины проникновения индентора, предложенный Хью и Стэнли Роквеллами, исключал ошибки, связанные с механическими несовершенствами измерительной системы, такими, как люфты и поверхностные дефекты и загрязнения испытуемых материалов и деталей.

Твердомер Роквелла, прибор для определения относительной глубины проникновения, был изобретён уроженцами штата Коннектикут Хью М. Роквеллом (1890—1957) и Стэнли П. Роквеллом (1886—1940). Потребность в этом устройстве была вызвана необходимостью оперативного определения результатов термообработки обойм стальных шарикоподшипников. Метод Бринелля, изобретённый в 1900 году в Швеции, был медленным, не применимым для закалённых сталей, и оставлял слишком большой отпечаток, чтобы считать этот метод методом неразрушающего контроля.

Патентную заявку на новое устройство они подали 15 июля 1914 года; после её рассмотрения был выдан патент № 1294171 от 11 февраля 1919 года.

Во время изобретения Хью и Стэнли Роквеллы (они не были прямыми родственниками) работали в компании New Departure Manufacturing (Бристоль, Коннектикут). New Departure, бывшая крупным производителем шарикоподшипников, в 1916 году стала частью United Motors, а затем — корпорации General Motors.

После ухода из компании в Коннектикуте, Стэнли Роквелл переехал в Сиракьюс (штат Нью-Йорк) и 11 сентября 1919 года подал заявку на усовершенствование первоначального изобретения, которая была утверждена 18 ноября 1924 года. Новый прибор был также запатентован под № 1516207. В 1921 году Роквелл переехал в Западный Хартфорд, в Коннектикуте, где сделал дополнительные усовершенствования.

В 1920 году Стэнли Роквелл начал сотрудничество с производителем инструментов Чарльзом Вильсоном (Charles H. Wilson) из компании Wilson-Mauelen с целью коммерциализации изобретения и разработки стандартизированных испытательных машин.

Около 1923 года Стэнли Роквелл основал фирму по термообработке Stanley P. Rockwell Company, которая существует до сих пор в Хартфорде, в Коннектикуте. Через несколько лет она, переименованная в Wilson Mechanical Instrument Company, сменила владельца. В 1993 году компанию приобрела корпорация Instron.

Кто впервые предложил метод?

Впервые метод предложили уроженцы штата Коннектикут Хью М. Роквелл и Стэнли П. Роквелл в 1990 году в Швеции.

В чем заключается сущность метода Роквелла?

Сущность метода определения твердости по Роквеллу заключается во внедрении индентора в испытуемый образец, c измерением глубины отпечатка во время испытания.

  • где:
  • Рпр– предварительная нагрузка;
  • Росн– основная нагрузка;
  • h0 – глубина вдавливания индентора при предварительной нагрузки Рпр;
  • h – глубина вдавливания индентора при основной нагрузки Росн;

Оценка механических свойств по испытаниям на твёрдость

Связь между результатами проверки на твёрдость и прочностными характеристиками материалов исследовались такими учёными-материаловедами, как Н. Н. Давиденков, М. П. Марковец и др. Используются методы определения предела текучести по результатам проверки на твёрдость вдавливанием. Такая связь была найдена, например, для высокохромистых нержавеющих сталей после различных режимов термообработки. Среднее отклонение для конического алмазного индентора составляло всего +0,9 %. Были проведены исследования по нахождению связи между значениями твёрдости и другими характеристиками, определяемыми при растяжении, как предел прочности (временное сопротивление, сужение в шейке и истинное сопротивление разрушению.

Относительное измерение твердости при помощи напильников

Стоимость стационарных и портативных твердомеров довольно высока, поэтому их приобретение оправдано только необходимостью частой эксплуатации. Многие мастеровые по мере надобности практикуют измерять твердость металлов и сплавов относительно, при помощи подручных средств.

Читать еще:  Нержавеющие стали: как состав влияет на свойства

Измерение твердости при помощи напильников

Опиливание образца напильником – один из самых доступных, однако далеко не самый объективный способ проверки твердости стальных деталей, инструмента, оснастки. Напильник должен иметь не затупленную двойную насечку средней величины №3 или №4. Сопротивление опиливанию и сопровождающий его скрежет позволяет даже при небольшом навыке отличить незакаленную сталь от умеренно (40 HRC) или твердо закаленной (55 HRC).

Для тестирования с большей точностью существуют наборы тарированных напильников, именуемые также царапающий твердомер. Они применяются для испытания зубьев пил, фрез, шестерен. Каждый такой напильник является носителем определенного значения по шкале Роквелла. Твердость измеряется коротким царапанием металлической поверхности поочередно напильниками из набора. Затем выбираются два близко стоящие – более твердый, который оставил царапину и менее твердый, который не смог поцарапать поверхность. Твердость тестируемого металла будет находиться между значениями твердости этих двух напильников.

ГОСТ 24622-91 Пластмассы. Определение твердости. Твердость по Роквеллу

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ. ТВЕРДОСТЬ ПО РОКВЕЛЛУ

ГОСТ 24622-91
(ИСО 2039/2-87)

КОМИТЕТ СТАНДАРТИЗАЦИИ И МЕТРОЛОГИИ СССР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Определение твердости. Твердость по Роквеллу

Plastics . Determination of hardness.
Rockwell hardness

ГОСТ
24622-91

(ИСО 2039/2-87)

Дата введения 01.01.93

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1. Настоящий стандарт устанавливает метод определения твердости пластмасс по Роквеллу с использованием шкал М, L и Р.

1.2. Показатель твердости по Роквеллу находится в прямой зависимости от твердости пластмасс при вдавливании индентора: чем выше показатель твердости по Роквеллу, тем тверже материал. Из-за того, что шкалы Роквелла незначительно перекрывают друг друга, при испытании одного и того же материала с использованием различных шкал можно получить два различных числа, которые оба технически совершенно корректны.

1.4. В приложении приведен альтернативный способ использования прибора для определения твердости по Роквеллу- a и показано, как этот показатель твердости сопоставить с показателем твердости по ГОСТ 4670 .

1.5. Дополнительные требования, отражающие потребности народного хозяйства, выделены курсивом.

2. ССЫЛКИ

ГОСТ 20403 «Вулканизированные каучуки. Определение твердости (твердость между 30 и 85 IRHD )».

ГОСТ 12423 «Пластмассы. Условия кондиционирования и испытания образцов (проб)».

ГОСТ 24621 «Пластмассы и эбонит. Определение твердости при вдавливании с помощью дюрометра (твердость по Шору)».

ГОСТ 4670 «Пластмассы. Определение твердости. Метод вдавливания шарика».

3. ПРИНЦИП

3.1. Метод определения твердости, при котором к стальному шарику, находящемуся на поверхности испытуемого материала, прилагают последовательно предварительную и основную нагрузки, затем основную нагрузку снимают, оставляя предварительную нагрузку, причем время действия нагрузок задано в установленных пределах. Измеряют глубину вдавливания, равную общей глубине вдавливания шарика под действием общей нагрузки, минус упругое восстановление после установленного периода времени, прошедшего после снятия основной нагрузки, минус глубина вдавливания шарика в результате действия предварительной нагрузки.

Показатель твердости по Роквеллу с помощью этого метода определяют по чистому увеличению глубины вдавливания в то время, как нагрузка на шарик возрастает от предварительной заданной нагрузки до общей и снова возвращается к той же самой предварительной нагрузке.

HR = 130 — е,

Читать еще:  Основные нюансы и технология штамповки металла

где HR — показатель твердости по Роквеллу;

е — глубина вдавливания после снятия основной нагрузки в единицах измерения шкалы.

Примечание . Эта зависимость действительна только для шкал Е, М, L и Р.

4. АППАРАТУРА

4.1. Аппаратурой служит стандартный прибор Роквелла для определения твердости, который состоит из:

жесткого корпуса, несущего подъемную платформу с рабочим столом диаметром не менее 50 мм для размещения образцов для испытания;

индентора с соответствующими крепежными деталями;

устройства для плавного (без толчка) приложения необходимых нагрузок к индентору.

4.2. Индентор представляет собой полированный стальной закаленный шарик по ГОСТ 3722 , который свободно катается в оправке. Шарик не должен деформироваться в ходе испытании, на нем не должно быть каких-либо повреждений после испытания. Диаметр шарика зависит от применяемой шкалы прибора (п. 4.5 ). Допускается отклонение от диаметра шарика не более 0,015 мм.

4.3. Индентор соединен со стрелочным индикатором или другим подходящим приспособлением, позволяющим измерять глубину вдавливания индентора с точностью 0,001 мм.

Рекомендуется, чтобы циферблат индикатора был калиброван в единицах твердости по Роквеллу (одно деление по шкале Роквелла равно 0,002 мм). При такой прямой калибровке прибора поле циферблата обычно окрашено в черный и красный цвет.

Красное поле автоматически позволяет использовать коэффициент 130 при вычислении показателя твердости по Роквеллу по шкалам М, L и R (см. п. 3.2 ). Может быть применено и другое устройство для измерения вдавливания и выражения результатов при условии, что его точность будет по крайней мере равна точности циферблата.

4.4. Значения соответствующих нагрузок для шкал М, L и R приведены в п. 4.5 . В каждом случае предварительная нагрузка составляет 98,07 Н. В приборе Роквелла обычно предусмотрено приложение предварительной нагрузки к образцу с помощью винта, который поднимает рабочий стол с находящимся на нем образцом и приводит его в соприкосновение с индентором. При этом на циферблате имеется отметка, показывающая полное приложение предварительной нагрузки. Прежде чем приступить к работе на приборе, следует ознакомиться с инструкцией изготовителя. Большое значение имеет регулировка скорости приложения основной нагрузки. Она должна быть такой, чтобы рукоятка приложения нагрузки проходила весь путь за 4 — 5 с при проведении опыта без образца или без контакта нагруженного индентора с рабочим столом. Для этой калибровки общая нагрузка составляет 980,7 Н.

Параметры твердомеров МЕТОЛАБ по Роквеллу

Шкалы твердостиДиапазон измерений твёрдостиПределы допускаемой абсолютной погрешности твердомеров
Шкала Роквелла для твердомеров МЕТОЛАБ 100 / 101 / 102 / 103 / 202
HRAот 70 HRA до 93 HRA±1,2 HRA
HRBот 25 HRB до 80 HRB

от 80 HRB до 100 HRB

от 35 HRC до 55 HRC

от 55 HRC до 70 HRC

Почему всегда указывается диапазон значений по шкале Роквелла?

Поскольку испытания по Роквеллу проводятся только на небольшом участке металла, возможно, что на близлежащем участке могут быть получены слегка отличающиеся числа. Кроме того, испытание по Роквеллу проверяет только поверхность материала. Возможно, что твердость внутри может отличаться от результатов на поверхности. По этой причине производители обычно перечисляют ряд чисел для указания твердости. Наличие диапазона номеров допускает погрешность в результатах испытания. Фактические результаты для всего объекта будут находиться где-то в пределах этого диапазона.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector