Jotta voit käyttää metalleja tehokkaasti erilaisissa malleissa, on tärkeää tietää niiden vahvuus. Kovuus on metallien ja metalliseosten yleisin laskettu laatuominaisuus. Sen määrittämiseen on useita menetelmiä: Brinell, Rockell, Super-Rockwell, Vickers, Ludwik, Shor (Monotron), Martens. Artikkeli käsittelee Rockwellin veljien menetelmää.
Mikä on menetelmä
Rockwell-menetelmä on menetelmä materiaalien kovuuden testaamiseksi. Tutkittavalle elementille lasketaan indikaattorin kovan kärjen tunkeutumissyvyys. Tässä tapauksessa kuormitus pysyy samana jokaisella kovuusasteikolla. Yleensä se on 60, 100 tai 150 kgf.
Tutkimuksen indikaattorina ovat pallot kestävästä materiaalista tai timanttikartioita. Niissä tulee olla pyöristetty terävä pää ja 120 asteen huippukulma.
Tämä menetelmä on todettu yksinkertaiseksi ja nopeasti toistettavaksi. Tämä antaa sille etua muihin menetelmiin verrattuna.
Historia
Wienin tutkimusprofessori Ludwig ehdotti ensin sisennyksen käyttöä tutkimukseenkovuus tunkeutumalla materiaaliin ja laskemalla suhteellinen syvyys. Hänen menetelmänsä on kuvattu vuoden 1908 teoksessa Die Kegelprobe.
Tällä menetelmällä oli haittoja. Veljekset Hugh ja Stanley Rockwell ehdottivat uutta tekniikkaa, joka eliminoi mittausjärjestelmän mekaanisen epätäydellisyyden virheet (jäykkyys ja pintavirheet, materiaalien ja osien kontaminaatio). Professorit keksivät kovuusmittarin - laitteen, joka määrittää suhteellisen tunkeutumissyvyyden. Sitä käytettiin teräskuulalaakerien testaamiseen.
Metallien kovuuden määrittäminen Brinellin ja Rockwellin menetelmillä ansaitsi tiedeyhteisön huomion. Mutta Brinell-menetelmä oli huonompi - se oli hidas eikä sitä käytetty karkaistuille teräksille. Näin ollen sitä ei voitu pitää ainetta rikkomattomana testausmenetelmänä.
Helmikuussa 1919 kovuusmittari patentoitiin numerolla 1294171. Tällä hetkellä Rockwells työskenteli kuulalaakeriyhtiössä.
Syyskuussa 1919 Stanley Rockwell jätti yrityksen ja muutti New Yorkin osav altioon. Siellä hän jätti hakemuksen laitteen parantamiseksi, joka hyväksyttiin. Uusi laite patentoitu ja parannettu vuoteen 1921 mennessä.
Vuoden 1922 lopulla Rockwell perusti lämpökäsittelylaitoksen, joka toimii edelleen Connecticutissa. Osa Instron Corporationia vuodesta 1993.
Menetelmän edut ja haitat
Jokainen kovuuden laskentamenetelmä on ainutlaatuinen ja sovellettavissa joillakin alueilla. Brinellin ja Rockwellin kovuusmenetelmätovat perus.
Menetelmällä on useita etuja:
- korkean kovuuden kokeiden mahdollisuus;
- pieni pintavaurio testauksen aikana;
- yksinkertainen menetelmä, joka ei vaadi sisennyksen halkaisijan mittaamista;
- testausprosessi on riittävän nopea.
Epäkohdat:
- verrattuna Brinell- ja Vickers-kovuusmittauksiin, Rockwell-menetelmä ei ole tarpeeksi tarkka;
- näytepinta on valmisteltava huolellisesti.
Rockwell-asteikon rakenne
Metallien kovuuden testaamiseksi Rockwell-menetelmällä on johdettu vain 11 asteikkoa. Niiden ero on kärjen ja kuorman suhteessa. Kärki ei voi olla vain timanttikartio, vaan myös pallo, joka on valmistettu karbidin ja volframin seoksesta tai karkaistusta teräksestä pallon muodossa. Asennuksessa korjattua kärkeä kutsutaan tunnisteeksi.
Asteikot merkitään yleensä latinalaisten aakkosten kirjaimilla: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.
Lujuuskokeet suoritetaan päävaa'oilla - A, B, C:
- Asteikko A: testaus timanttikartiolla, jonka kuormitus on 60 kgf. Nimitys - HRA. Tällaiset testit suoritetaan ohuille koville materiaaleille (0,3-0,5 mm);
- Asteikko B: 100 kgf teräskuulatesti. Nimitys - HRB. Testit suoritetaan hehkutetulle pehmeälle teräkselle ja ei-rautametalliseoksille;
- Skaala C: 150 kgf kartiotesti. Nimitys - HRC. Testit suoritetaan keskikoville metalleille, karkaistulle ja karkaistulle teräkselle tai kerroksille, joiden paksuus on enintään 0,5 mm.
Kovuus menetelmän mukaanRockwell on yleensä merkitty HR:ksi asteikon kolmannella kirjaimella (esimerkiksi HRA, HRC).
Laskentakaava
Materiaalin kovuus vaikuttaa kärjen tunkeutumissyvyyteen. Mitä kovempi testikohde, sitä vähemmän tunkeutuminen on.
Materiaalin kovuuden numeeriseen määrittämiseen tarvitaan kaava. Sen kertoimet riippuvat asteikosta. Mittausvirheen vähentämiseksi tulee hyväksyä sisennyksen tunkeutumissyvyyden suhteellinen ero pää- ja esikuormituksen (10 kgf) kohdistamishetkellä.
Rockwellin kovuuden mittausmenetelmässä käytetään kaavaa: HR=N-(H-h)/s, jossa ero H-h ilmaisee sisennyksen suhteellista tunkeutumissyvyyttä kuormituksen alaisena (esi- ja pääasiallinen), arvo on laskettuna mm. N, s ovat vakioita, ne riippuvat tietystä asteikosta.
Rockwell-kovuusmittari
Kovuusmittari on laite metallien ja metalliseosten kovuuden määrittämiseen Rockwell-menetelmällä. Se on laite, jossa on timanttikartio (tai pallo) ja materiaali, johon kartio on mentävä. Myös paino on kiinnitetty iskuvoiman säätämiseksi.
Ajan ilmaisin tulee näkyviin. Prosessi tapahtuu kahdessa vaiheessa: ensin puristus tehdään 10 kgf voimalla, sitten vahvemmalla. Enemmän puristamiseen käytetään kartiota, vähemmän palloa.
Testimateriaali asetetaan vaakasuoraan. Timantti lasketaan sen päälle vivulla. Tasaisen laskeutumisen takaamiseksi laite käyttää kahvaa, jossa on öljyiskunvaimennin.
Päälatausaika on yleensäon 3-6 sekuntia materiaalista riippuen. Esilataus on säilytettävä, kunnes testitulokset ovat saatavilla.
Osoittimen suuri nuoli liikkuu myötäpäivään ja heijastaa kokeen tulosta.
Käytännössä suosituimpia ovat sellaiset rockwell-kovuusmittarimallit:
- Kiinteät laitteet "Metrotest" malli "ITR", esimerkiksi "ITR-60/150-M".
- Qness GmbH malli Q150R.
- Kiinteä automatisoitu laite TIME Group Inc malli TH300.
Testimetodologia
Tutkimus vaatii huolellista valmistelua. Määritettäessä metallien kovuutta Rockwell-menetelmällä, näytteen pinnan tulee olla puhdas, ilman halkeamia ja hilseilyä. On tärkeää tarkistaa jatkuvasti, kohdistuuko kuorma kohtisuoraan materiaalin pintaan ja onko se vakaa pöydällä.
Kartiota työnnettäessä leiman tulee olla vähintään 1,5 mm ja palloa työnnettäessä - yli 4 mm. Tehokkaita laskelmia varten näytteen tulee olla 10 kertaa paksumpi kuin sisennyksen tunkeutumissyvyys pääkuorman poistamisen jälkeen. Lisäksi yhdestä näytteestä tulee tehdä vähintään 3 testiä, minkä jälkeen tuloksista tulee laskea keskiarvo.
Testivaiheet
Jotta kokeesta tulee positiivinen tulos ja pieni virhe, sinun tulee noudattaa sen suoritusjärjestystä.
Kokeen vaiheet kovuuden määritysmenetelmästäRockwell:
- Määritä asteikon valinta.
- Asenna tarvittava sisennys ja lataa.
- Suorita kaksi testitulostusta (ei sisälly tuloksiin) laitteen ja näytteen asennuksen korjaamiseksi.
- Aseta viitelohko instrumenttipöydälle.
- Testaa esikuormitus (10 kgf) ja nollaa asteikko.
- Käytä pääkuormitusta, odota maksimaalisia tuloksia.
- Poista kuorma ja lue vastaanotettu arvo valitsimesta.
Säännöt sallivat yhden näytteen testaamisen massatuotteita testattaessa.
Mikä vaikuttaa tarkkuuteen
Mitä tahansa testiä suoritettaessa on tärkeää ottaa huomioon monet tekijät. Rockwellin kovuuden ilmaisulla on myös omat ominaisuutensa.
Tekijät, joihin kannattaa kiinnittää huomiota:
- Koekappaleen paksuus. Kokeen säännöissä on kiellettyä käyttää näytettä, joka on alle kymmenen kertaa kärjen tunkeutumissyvyys. Eli jos tunkeutumissyvyys on 0,2 mm, materiaalin tulee olla vähintään 2 cm paksu.
- Näytteen tulosteiden välillä on oltava etäisyys. Se on kolme halkaisijaa lähellä tulosteiden keskipisteiden välillä.
- Kokeen tulosten mahdollinen muutos kellotaululla tulee ottaa huomioon tutkijan asemasta riippuen. Eli tuloksen lukeminen tulee suorittaa yhdestä näkökulmasta.
Mekaaniset ominaisuudet testeissävahvuus
Vertaa ja tutkia materiaalien lujuusominaisuuksia ja Rockwellin kovuusmenetelmällä suoritetun kovuustestauksen tulokset ovat saaneet materiaalitutkijat, kuten Davidenkov N. N., Markovets M. P. ja muut.
Painumakovuustestin tulosten mukaan käytetään myötörajan laskentamenetelmiä. Tämä suhde on laskettu runsaasti kromia sisältäville ruostumattomille teräksille, joille on tehty useita lämpökäsittelyjä. Keskimääräinen poikkeamaarvo timanttisisäkkeellä oli vain +0,9 %.
Tutkimus on käynnissä myös materiaalien muiden kovuuteen liittyvien mekaanisten ominaisuuksien määrittämiseksi. Esimerkiksi vetolujuus (tai vetolujuus), todellinen murtolujuus ja suhteellinen supistuminen.
Vaihtoehtoiset menetelmät kovuuden määrittämiseen
Kovuuden mittaaminen ei ole mahdollista vain Rockwell-menetelmällä. Harkitse kunkin menetelmän pääkohtia ja niiden eroja. Staattinen kuormitustesti:
- Tutkimusnäytteet. Rockell- ja Vickers-menetelmillä voidaan testata suhteellisen pehmeitä ja lujia materiaaleja. Brinell-menetelmä on suunniteltu tutkimaan pehmeämpiä metalleja, joiden kovuus on jopa 650 HBW. Super-Rockwell-menetelmä mahdollistaa kovuustestauksen pienillä kuormituksilla.
- GOSTit. Rockwell-menetelmä noudattaa standardeja GOST 9013-59, Brinell-menetelmä - 9012-59, Vickers-menetelmä - 2999-75, Shor-menetelmä - GOST 263-75, 24622-91, 24621-91, ASTM D2240, ISO 868-85.
- Durometrit. Rockwellin ja Shoren tutkijoiden laitteet ovat yksinkertaisiakäyttö ja pieni koko. Vickers-laitteet mahdollistavat testauksen erittäin ohuilla ja pienillä näytteillä.
Dynaamisen paineen alaiset kokeet suoritettiin Martel, Poldi menetelmän mukaisesti käyttämällä Nikolaev-pystytörmäysmittaria, Schopper- ja Bauman-jousilaitetta ja muita.
Kovuus voidaan mitata myös raaputtamalla. Tällaiset testit suoritettiin käyttämällä Barb-tiedostoa, Monters, Hankins, Birbaum microcharacterizer ja muita.
Huolimatta puutteistaan, Rockwell-menetelmää käytetään laaj alti kovuustestauksessa teollisuudessa. Se on helppo suorittaa, mikä johtuu pääasiassa siitä, että painatusta ei tarvitse mitata mikroskoopilla ja kiillottaa pintaa. Mutta samaan aikaan menetelmä ei ole yhtä tarkka kuin Brinellin ja Vickersin ehdottamat tutkimukset. Kovuus, mitattuna eri tavoin, on riippuvainen. Eli Rockwellin teholliset yksiköt voidaan muuntaa Brinell-yksiköiksi. Lainsäädäntötasolla on olemassa määräyksiä, kuten ASTM E-140, jotka vertaavat kovuusarvoja.
