Метод Роквелла

Цифровой прибор для измерения твердости по методу Роквелла


Метод Роквелла - это метод оценки твердости материалов, основанный на измерении глубины проникновения твердого наконечника (индентора) под заданной нагрузкой в исследуемый материал. Твердость нужно измерять не менее чем в трех точках. Для вычисления принимают среднее значение результатов второго и третьего измерений.


1. История

Измерения твердости по относительной глубине проникновения индентора был предложен в 1908г. венским профессором П. Людвигом (Paul Ludwik) в книге "Die Kegelprobe" (дословно "испытания конусом") [1]. Метод определения относительной глубины исключал ошибки, связанные с механической несовершенством системы, такими как люфты и поверхностные дефекты.

Твердомер Роквелла, машина для определения относительной глубины проникновения был изобретен уроженцами штата Коннектикут Хью М. Роквеллу (1890-1957) и Стэнли П. Роквеллу (1886-1940). Потребность в этой машине была вызвана необходимостью быстрого определения эффектов термообработки на обоймах стальных подшипников. Метод Бринелля, изобретенный в 1900 г. в Швеции, был недостаточно быстрым и не пригодным для закаленных сталей, а также оставлял слишком большой отпечаток, чтобы рассматриваться как неразрушающий метод.


2. Шкалы твердости по Роквеллу

Существует несколько альтернативных шкал, из которых чаще всего используются шкалы B и C. Для обозначения твердости, определенной по методу Роквелла, используется символ HR, к которому добавляется буква, указывающая на шкалу по которой проводились испытания (HRA, HRB и т.д.).

Принцип оценки твердости по методу Роквелла (измерение по шкале B)
Шкалы по методу Роквелла [2]
Название Шкалы Сила Индентор Использование
A HRA 60 кгс 120 ? алмазный конус Инструментальные стали
B HRB 100 кгс 1,58 мм стальная шарик Алюминиевые сплавы, бронза, мягкие стали
C HRC 150 кгс 120 ? алмазный конус Закаленные стали
D HRD 100 кгс 120 ? алмазный конус Закаленные стали
E HRE 100 кгс 3,16 мм стальная шарик Антифрикционные металлические сплавы
F HRF 60 кгс 1,58 мм стальная шарик Сплавы цветных металлов
G HRG 150 кгс 1,58 мм стальная шарик Фосфористые бронзы
H HRN 60 кгс 1,58 мм стальная шарик Мягкие металлы низкой однородности, литейные сплавы
K HRT 150 кгс 1,58 мм стальная шарик Мягкие металлы низкой однородности, литейные сплавы

Для определения твердости в тонких слоях (пленках) используются шкалы N (алмазный конус), T (стальная шарик 1,58 мм) и W (стальная шарик 3,16 мм) при нагрузках 15, 30 и 45 кгс каждый.


3. Формулы для определения твердости

Чем тверже материал, тем меньше будет глубина проникновения наконечника в него. Чтобы при большей твердости материала выходило больше число твердости по Роквеллу, вводят условную шкалу глубин, принимая за единицу отсчета глубину, равную 0.002 мм (в частном случае, 0,001 мм для тонких слоев). При испытании алмазным конусом предельная глубина воплощение составляет 0.2 мм, или 0.2 / 0.002 = 100 делений, при испытании шариком - 0.26 мм, или 0.26 / 0.002 = 130 делений. Таким образом формулы для вычисления значения твердости выглядеть следующим образом:

а) при измерении по шкале А (HRA), С (HRC) и D (HRD):

\ Mbox {HR} = 100 - \ frac {H - h} {0,002}

Разница H - h представляет разница глубин погружения индентора (в миллиметрах) после снятия основной нагрузки и к его приложения (при предварительном нагружении).

б) при измерении по шкале B (HRB), H (HRH) - K (HRK):

\ Mbox {HR} = 130 - \ frac {H - h} {0,002}

в) при измерении по шкалам N, T и W (напр. HR30W, HR45N и т.д.)

\ Mbox {HR} = 100 - \ frac {h} {0,001}