Om metale effektief in verskeie ontwerpe te gebruik, is dit belangrik om te weet hoe sterk hulle is. Hardheid is die mees algemeen berekende kwaliteitskenmerk van metale en legerings. Daar is verskeie metodes vir die bepaling daarvan: Brinell, Rockell, Super-Rockwell, Vickers, Ludwik, Shor (Monotron), Martens. Die artikel kyk na die metode van die Rockwell-broers.
Wat is die metode
Rockwell-metode is 'n metode om materiaal vir hardheid te toets. Vir die element wat bestudeer word, word die penetrasiediepte van die harde punt van die aanwyser bereken. In hierdie geval bly die las dieselfde vir elke hardheidskaal. Gewoonlik is dit 60, 100 of 150 kgf.
Aanwyser in die studie is balle van duursame materiaal of diamantkeëls. Hulle moet 'n geronde puntige punt en 'n 120-grade tophoek hê.
Hierdie metode is eenvoudig en vinnig herhaalbaar. Wat dit 'n voordeel bo ander metodes gee.
Geskiedenis
Weense navorsingsprofessor Ludwig het eers die gebruik van 'n inspringer vir navorsing voorgestelhardheid deur die materiaal binne te dring en die relatiewe diepte te bereken. Sy metode word beskryf in die 1908-werk Die Kegelprobe.
Hierdie metode het nadele gehad. Die broers Hugh en Stanley Rockwell het 'n nuwe tegnologie voorgestel wat die foute van die meganiese onvolmaaktheid van die meetstelsel (terugslae en oppervlakdefekte, kontaminasie van materiale en onderdele) uitgeskakel het. Professore het 'n hardheidtoetser uitgevind - 'n toestel wat die relatiewe diepte van penetrasie bepaal. Dit is gebruik om staalkogellaers te toets.
Bepaling van die hardheid van metale deur die metodes van Brinell en Rockwell het aandag in die wetenskaplike gemeenskap verdien. Maar die Brinell-metode was minderwaardig – dit was stadig en is nie vir geharde staal gebruik nie. Dit kon dus nie as 'n nie-vernietigende toetsmetode beskou word nie.
In Februarie 1919 is die hardheidtoetser gepatenteer onder die nommer 1294171. Op hierdie tydstip het die Rockwells vir 'n kogellagermaatskappy gewerk.
In September 1919 het Stanley Rockwell die maatskappy verlaat en na die staat New York verhuis. Daar het hy 'n aansoek om verbetering van die toestel ingedien, wat aanvaar is. Nuwe toestel gepatenteer en verbeter teen 1921.
Aan die laat 1922 het Rockwell 'n hittebehandelingsaanleg gestig wat steeds in Connecticut werk. Deel van Instron Corporation sedert 1993.
Voor- en nadele van die metode
Elke hardheidberekeningsmetode is uniek en toepaslik in een of ander gebied. Brinell en Rockwell hardheid metodesis basies.
Daar is 'n aantal voordele van die metode:
- moontlikheid van hoë hardheid eksperimente;
- geringe oppervlakskade tydens toetsing;
- eenvoudige metode wat nie meting van die inkepingsdeursnee vereis nie;
- toetsproses is vinnig genoeg.
Flaws:
- in vergelyking met Brinell- en Vickers-hardheidstoetsers, is die Rockwell-metode nie akkuraat genoeg nie;
- moet die monsteroppervlak versigtig voorberei.
Die struktuur van die Rockwell-skaal
Om die hardheid van metale deur die Rockwell-metode te toets, is slegs 11 skale afgelei. Hul verskil lê in die verhouding van die punt en die vrag. Die punt kan nie net 'n diamantkegel wees nie, maar ook 'n bal van 'n legering van karbied en wolfram of geharde staal in die vorm van 'n bol. Die wenk wat in die installasie vasgestel is, word die identifiseerder genoem.
Skale word gewoonlik aangedui deur letters van die Latynse alfabet: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.
Kragtoetse word uitgevoer met die hoofskale - A, B, C:
- Skaal A: toets met 'n diamantkegel met 'n las van 60 kgf. Aanwysing - HRA. Sulke toetse word uitgevoer vir dun harde materiale (0,3-0,5 mm);
- Skaal B: 100 kgf staalb altoets. Aanwysing - HRB. Toetse word uitgevoer op uitgegloeide sagte staal en nie-ysterhoudende legerings;
- Skaal C: 150 kgf-keëltoets. Aanwysing - MRK. Toetse word uitgevoer vir medium harde metale, geharde en geharde staal of lae met 'n dikte van nie meer as 0,5 mm nie.
Hardheid volgens metodeRockwell word gewoonlik as HR aangedui met die derde letter van die skaal (byvoorbeeld HRA, HRC).
Formule vir berekening
Die hardheid van die materiaal beïnvloed die penetrasiediepte van die punt. Hoe harder die toetsvoorwerp, hoe minder penetrasie sal wees.
Om die hardheid van 'n materiaal numeries te bepaal, is 'n formule nodig. Die koëffisiënte daarvan hang af van die skaal. Om die meetfout te verminder, moet 'n mens die relatiewe verskil in die penetrasiediepte van die inspringer aanvaar op die oomblik van toediening van die hoof- en voorlopige (10 kgf) las.
Die Rockwell-hardheidsmetingsmetode behels die gebruik van die formule: HR=N-(H-h)/s, waar die verskil H-h die relatiewe penetrasiediepte van die inspringer onder belastings (voorlopig en hoof) aandui, die waarde is bereken in mm. N, s is konstantes, hulle hang af van die spesifieke skaal.
Rockwell-hardheidstoetser
Hardheidtoetser is 'n toestel om die hardheid van metale en legerings volgens die Rockwell-metode te bepaal. Dit is 'n toestel met 'n diamantkegel (of bol) en die materiaal waarin die keël moet ingaan. 'n Gewig word ook geheg om die impakkrag aan te pas.
Tydaanwyser vertoon. Die proses vind in twee fases plaas: eerstens word gedruk met 'n krag van 10 kgf, dan sterker. Vir meer druk word 'n keël gebruik, vir minder, 'n bal.
Die toetsmateriaal word horisontaal geplaas. Die diamant word met 'n hefboom daarop laat sak. Vir 'n gladde afdraande gebruik die toestel 'n handvatsel met 'n olieskokbreker.
Die hooflaaityd is gewoonlikis 3 tot 6 sekondes, afhangende van die materiaal. Voorlaai moet gehandhaaf word totdat toetsuitslae beskikbaar is.
Die groot pyl van die aanwyser beweeg kloksgewys en weerspieël die resultaat van die eksperiment.
Die gewildste in die praktyk is sulke rockwell-hardheidstoetsermodelle:
- Stasionêre toestelle "Metrotoets"-model "ITR", byvoorbeeld, "ITR-60/150-M".
- Qness GmbH model Q150R.
- Stasionêre outomatiese toestel TIME Group Inc model TH300.
Toetsmetodologie
Navorsing vereis noukeurige voorbereiding. Wanneer die hardheid van metale volgens die Rockwell-metode bepaal word, moet die oppervlak van die monster skoon wees, sonder krake en skubbe. Dit is belangrik om voortdurend te kyk of die las loodreg op die oppervlak van die materiaal toegepas word, en of dit stabiel op die tafel is.
Die afdruk wanneer die keël gedruk word, moet minstens 1,5 mm wees, en wanneer die bal gedruk word - meer as 4 mm. Vir effektiewe berekeninge moet die monster 10 keer dikker wees as die penetrasiediepte van die inspringer na die verwydering van die hooflas. Ook moet ten minste 3 toetse van een monster uitgevoer word, waarna die resultate gemiddeld moet word.
Toetsstappe
Om vir die eksperiment 'n positiewe resultaat en 'n klein fout te hê, moet jy die volgorde van die uitvoering daarvan volg.
Stadiums van die eksperiment oor die metode om hardheid te bepaal deurRockwell:
- Bepaal die keuse van skaal.
- Installeer die vereiste indenter en laai.
- Doen twee toetsafdrukke (nie by die resultate ingesluit nie) om die installasie van die toestel en die monster reg te stel.
- Plaas die verwysingsblok op die instrumenttafel.
- Toets die voorlading (10 kgf) en stel die skaal terug.
- Pas die hooflading toe, wag vir maksimum resultate.
- Verwyder die las en lees die ontvangde waarde op die draaiknop.
Regulasies laat toetsing van een monster toe wanneer massaprodukte getoets word.
Wat akkuraatheid sal beïnvloed
Wanneer enige toets uitgevoer word, is dit belangrik om baie faktore in ag te neem. Rockwell-hardheidsopsporing het ook sy eie kenmerke.
Faktore om aan aandag te gee:
- Die dikte van die toetsstuk. Dit word deur die reëls van die eksperiment verbied om 'n monster te gebruik wat minder as tien keer die penetrasiediepte van die punt is. Dit wil sê, as die penetrasiediepte 0,2 mm is, dan moet die materiaal minstens 2 cm dik wees.
- Daar moet 'n afstand tussen die afdrukke op die monster wees. Dit is drie diameters tussen die middelpunte van naby-afdrukke.
- 'n Mens moet die moontlike verandering in die resultate van die eksperiment op die draaiknop in ag neem, afhangende van die posisie van die navorser. Dit wil sê, die lees van die resultaat moet vanuit een oogpunt uitgevoer word.
Meganiese eienskappe in toetsesterkte
Vertel en verken die sterkte-eienskappe van materiale en die resultate van hardheidstoetsing deur die Rockwell-hardheidsmetode is verkry deur materiaalwetenskaplikes soos Davidenkov N. N., Markovets M. P. en ander.
Volgens die resultate van die inkepingshardheidstoets word metodes vir die berekening van die vloeisterkte toegepas. Hierdie verhouding word bereken vir hoë chroom vlekvrye staal wat verskeie hittebehandelings ondergaan het. Die gemiddelde afwykingswaarde, wanneer 'n diamantinspringer gebruik word, was slegs +0.9%.
Navorsing is ook aan die gang om ander meganiese eienskappe van materiale wat met hardheid verband hou, te bepaal. Byvoorbeeld, treksterkte (of treksterkte), ware breukweerstand en relatiewe sametrekking.
Alternatiewe metodes om hardheid te bepaal
Om hardheid te meet is nie net moontlik deur die Rockwell-metode nie. Oorweeg die hoofpunte van elke metode en hul verskille. Statiese lastoets:
- Bestudeer voorbeelde. Die Rockell- en Vickers-metodes maak dit moontlik om relatief sagte en hoësterkte materiale te toets. Die Brinell-metode is ontwerp om sagter metale met hardheid tot 650 HBW te bestudeer. Die Super-Rockwell-metode laat hardheidstoetsing by lae vragte toe.
- GOSTs. Rockwell-metode voldoen aan GOST 9013-59, Brinell-metode - 9012-59, Vickers-metode - 2999-75, Shor-metode - GOST 263-75, 24622-91, 24621-91, ASTM D2240, ISO 868-85.
- Durometers. Rockwell- en Shore-navorsers se toestelle is eenvoudiggebruik en klein grootte. Vickers-toerusting laat toetsing op baie dun en klein monsters toe.
Eksperimente onder dinamiese druk is uitgevoer volgens die metode van Martel, Poldi, met behulp van die Nikolaev vertikale impaktoetser, die Schopper en Bauman veertoestel en ander.
Hardheid kan ook gemeet word deur te krap. Sulke toetse is uitgevoer met behulp van 'n Barb-lêer, Monters, Hankins, Birbaum-mikrokarakterizer en ander.
Ondanks sy tekortkominge word die Rockwell-metode wyd gebruik vir hardheidstoetsing in die industrie. Dit is maklik om uit te voer, hoofsaaklik as gevolg van die feit dat dit nie nodig is om die afdruk onder 'n mikroskoop te meet en die oppervlak te poets nie. Maar terselfdertyd is die metode nie so akkuraat soos die voorgestelde studies van Brinell en Vickers nie. Hardheid, gemeet op verskillende maniere, het 'n afhanklikheid. Dit wil sê, Rockwell-effektiewe eenhede kan na Brinell-eenhede omgeskakel word. Op die wetgewende vlak is daar regulasies soos ASTM E-140 wat hardheidwaardes vergelyk.
