Untuk menggunakan logam dengan berkesan dalam pelbagai reka bentuk, adalah penting untuk mengetahui sejauh mana ia kuat. Kekerasan ialah ciri kualiti logam dan aloi yang paling biasa dikira. Terdapat beberapa kaedah untuk penentuannya: Brinell, Rockell, Super-Rockwell, Vickers, Ludwik, Shor (Monotron), Martens. Artikel itu mempertimbangkan kaedah saudara Rockwell.
Apakah kaedahnya
Kaedah Rockwell ialah kaedah menguji kekerasan bahan. Untuk elemen yang dikaji, kedalaman penembusan hujung keras penunjuk dikira. Dalam kes ini, beban tetap sama untuk setiap skala kekerasan. Biasanya 60, 100 atau 150 kgf.
Petunjuk dalam kajian ialah bola daripada bahan tahan lama atau kon berlian. Ia sepatutnya mempunyai hujung runcing yang bulat dan sudut puncak 120 darjah.
Kaedah ini didapati mudah dan cepat boleh dihasilkan semula. Yang memberikan kelebihan berbanding kaedah lain.
Sejarah
Profesor penyelidikan Vienna Ludwig mula-mula mencadangkan penggunaan indentor untuk penyelidikankekerasan dengan menembusi bahan dan mengira kedalaman relatif. Kaedahnya diterangkan dalam karya 1908 Die Kegelprobe.
Kaedah ini mempunyai kelemahan. Saudara-saudara Hugh dan Stanley Rockwell mencadangkan teknologi baru yang menghapuskan kesilapan ketidaksempurnaan mekanikal sistem pengukuran (sebatan belakang dan kecacatan permukaan, pencemaran bahan dan bahagian). Profesor mencipta penguji kekerasan - peranti yang menentukan kedalaman relatif penembusan. Ia digunakan untuk menguji galas bebola keluli.
Penentuan kekerasan logam dengan kaedah Brinell dan Rockwell wajar diberi perhatian dalam komuniti saintifik. Tetapi kaedah Brinell adalah lebih rendah - ia perlahan dan tidak digunakan untuk keluli keras. Oleh itu, ia tidak boleh dianggap sebagai kaedah ujian tidak merosakkan.
Pada Februari 1919, penguji kekerasan telah dipatenkan di bawah nombor 1294171. Pada masa ini, Rockwells bekerja untuk syarikat galas bola.
Pada September 1919, Stanley Rockwell meninggalkan syarikat itu dan berpindah ke Negeri New York. Di sana dia mengemukakan permohonan untuk penambahbaikan peranti, yang diterima. Peranti baharu dipatenkan dan dipertingkatkan menjelang 1921.
Pada akhir 1922, Rockwell mengasaskan loji rawatan haba yang masih beroperasi di Connecticut. Sebahagian daripada Instron Corporation sejak 1993.
Kebaikan dan keburukan kaedah
Setiap kaedah pengiraan kekerasan adalah unik dan boleh digunakan di sesetengah kawasan. Kaedah kekerasan Brinell dan Rockwelladalah asas.
Terdapat beberapa kelebihan kaedah:
- kemungkinan eksperimen kekerasan tinggi;
- kerosakan permukaan kecil semasa ujian;
- kaedah mudah yang tidak memerlukan pengukuran diameter lekukan;
- proses ujian cukup pantas.
Kecacatan:
- berbanding dengan penguji kekerasan Brinell dan Vickers, kaedah Rockwell tidak cukup tepat;
- mesti menyediakan permukaan sampel dengan teliti.
Struktur skala Rockwell
Untuk menguji kekerasan logam dengan kaedah Rockwell, hanya 11 skala telah diperolehi. Perbezaannya terletak pada nisbah hujung dan beban. Hujung boleh bukan sahaja kon berlian, tetapi juga bola aloi karbida dan tungsten atau keluli keras dalam bentuk sfera. Petua yang ditetapkan dalam pemasangan dipanggil pengecam.
Skala biasanya dilambangkan dengan huruf abjad Latin: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.
Ujian kekuatan dijalankan dengan skala utama - A, B, C:
- Skala A: ujian dengan kon berlian dengan beban 60 kgf. Jawatan - HRA. Ujian sedemikian dijalankan untuk bahan keras nipis (0.3-0.5 mm);
- Skala B: Ujian bola keluli 100 kgf. Jawatan - HRB. Ujian dijalankan pada keluli lembut anil dan aloi bukan ferus;
- Skala C: ujian kon 150 kgf. Jawatan - HRC. Ujian dijalankan untuk logam keras sederhana, keluli yang dikeraskan dan dibaja atau lapisan dengan ketebalan tidak lebih daripada 0.5 mm.
Kekerasan mengikut kaedahRockwell biasanya dilambangkan dengan HR dengan huruf ketiga skala (contohnya, HRA, HRC).
Formula untuk pengiraan
Kekerasan bahan mempengaruhi kedalaman penembusan hujung. Semakin sukar objek ujian, semakin kurang penembusan.
Untuk menentukan kekerasan bahan secara numerik, formula diperlukan. Pekalinya bergantung pada skala. Untuk mengurangkan ralat pengukuran, seseorang harus menerima perbezaan relatif dalam kedalaman penembusan indentor pada saat penggunaan beban utama dan awal (10 kgf).
Kaedah pengukuran kekerasan Rockwell melibatkan penggunaan formula: HR=N-(H-h)/s, di mana perbezaan H-h menandakan kedalaman penembusan relatif indenter di bawah beban (permulaan dan utama), nilainya ialah dikira dalam mm. N, s ialah pemalar, ia bergantung pada skala tertentu.
Penguji kekerasan Rockwell
Penguji kekerasan ialah peranti untuk menentukan kekerasan logam dan aloi dengan kaedah Rockwell. Ia adalah peranti dengan kon berlian (atau bola) dan bahan yang mesti dimasuki kon. Berat juga dipasang untuk melaraskan daya hentaman.
Penunjuk masa dipaparkan. Proses ini berlaku dalam dua peringkat: pertama, menekan dilakukan dengan daya 10 kgf, kemudian lebih kuat. Untuk menekan lebih banyak, kon digunakan, untuk kurang, bola.
Bahan ujian diletakkan secara mendatar. Berlian itu diturunkan ke atasnya dengan tuil. Untuk penurunan yang lancar, peranti menggunakan pemegang dengan penyerap hentak minyak.
Masa muat utama biasanyaadalah 3 hingga 6 saat, bergantung pada bahan. Pramuat mesti dikekalkan sehingga keputusan ujian tersedia.
Anak panah besar penunjuk bergerak mengikut arah jam dan mencerminkan hasil percubaan.
Paling popular dalam amalan ialah model penguji kekerasan rockwell:
- Peranti pegun "Metrotest" model "ITR", contohnya, "ITR-60/150-M".
- model Qness GmbH Q150R.
- Peranti automatik pegun TIME Group Inc model TH300.
Metodologi Ujian
Penyelidikan memerlukan persediaan yang teliti. Apabila menentukan kekerasan logam dengan kaedah Rockwell, permukaan sampel mestilah bersih, tanpa retak dan skala. Adalah penting untuk sentiasa memeriksa sama ada beban dikenakan secara berserenjang pada permukaan bahan dan sama ada ia stabil di atas meja.
Jejak semasa menolak kon hendaklah sekurang-kurangnya 1.5 mm, dan apabila menolak bola - lebih daripada 4 mm. Untuk pengiraan yang berkesan, sampel mestilah 10 kali lebih tebal daripada kedalaman penembusan indenter selepas penyingkiran beban utama. Selain itu, sekurang-kurangnya 3 ujian bagi satu sampel hendaklah dijalankan, selepas itu keputusannya hendaklah dipuratakan.
Langkah ujian
Agar percubaan mendapat hasil yang positif dan ralat kecil, anda harus mengikut tertib kelakuannya.
Peringkat eksperimen tentang kaedah menentukan kekerasan denganRockwell:
- Tentukan pilihan skala.
- Pasang indentor yang diperlukan dan muatkan.
- Lakukan dua cetakan ujian (tidak termasuk dalam keputusan) untuk membetulkan pemasangan peranti dan sampel.
- Letakkan blok rujukan pada meja instrumen.
- Uji pramuat (10 kgf) dan tetapkan semula skala.
- Gunakan beban utama, tunggu hasil maksimum.
- Keluarkan beban dan baca nilai yang diterima pada dail.
Peraturan membenarkan ujian satu sampel semasa menguji produk besar-besaran.
Yang akan menjejaskan ketepatan
Apabila menjalankan sebarang ujian, adalah penting untuk mempertimbangkan banyak faktor. Pengesanan kekerasan Rockwell juga mempunyai ciri tersendiri.
Faktor yang perlu diberi perhatian:
- Ketebalan bahagian ujian. Ia dilarang oleh peraturan eksperimen untuk menggunakan sampel yang kurang daripada sepuluh kali ganda kedalaman penembusan hujung. Iaitu, jika kedalaman penembusan ialah 0.2 mm, maka bahan mestilah sekurang-kurangnya 2 cm tebal.
- Mesti ada jarak antara cetakan pada sampel. Ia adalah tiga diameter antara pusat cetakan berhampiran.
- Seseorang harus mengambil kira kemungkinan perubahan dalam keputusan eksperimen pada dail, bergantung pada kedudukan penyelidik. Maksudnya, pembacaan hasil hendaklah dijalankan dari satu sudut pandangan.
Sifat mekanikal dalam ujiankekuatan
Kaitkan dan terokai ciri kekuatan bahan dan hasil ujian kekerasan oleh kaedah kekerasan Rockwell diperolehi oleh saintis bahan seperti Davidenkov N. N., Markovets M. P. dan lain-lain.
Menurut keputusan ujian kekerasan lekukan, kaedah untuk mengira kekuatan hasil digunakan. Hubungan ini dikira untuk keluli tahan karat kromium tinggi yang telah menjalani pelbagai rawatan haba. Nilai sisihan purata, apabila menggunakan indentor berlian, hanya +0.9%.
Penyelidikan juga sedang dijalankan untuk menentukan sifat mekanikal bahan lain yang berkaitan dengan kekerasan. Contohnya, kekuatan tegangan (atau kekuatan tegangan), rintangan patah sebenar dan penguncupan relatif.
Kaedah alternatif untuk menentukan kekerasan
Mengukur kekerasan boleh dilakukan bukan sahaja dengan kaedah Rockwell. Pertimbangkan perkara utama setiap kaedah dan perbezaannya. Ujian beban statik:
- Sampel kajian. Kaedah Rockell dan Vickers memungkinkan untuk menguji bahan yang agak lembut dan berkekuatan tinggi. Kaedah Brinell direka untuk mengkaji logam yang lebih lembut dengan kekerasan sehingga 650 HBW. Kaedah Super-Rockwell membenarkan ujian kekerasan pada beban rendah.
- GOST. Kaedah Rockwell mematuhi GOST 9013-59, kaedah Brinell - 9012-59, kaedah Vickers - 2999-75, Kaedah Shor - GOST 263-75, 24622-91, 24621-91, ASTM D2240, ISO 868-85..
- Durometer. Peranti penyelidik Rockwell dan Shore adalah mudahkegunaan dan saiz kecil. Peralatan Vickers membolehkan ujian pada spesimen yang sangat nipis dan kecil.
Eksperimen di bawah tekanan dinamik telah dijalankan mengikut kaedah Martel, Poldi, menggunakan penguji hentaman menegak Nikolaev, peranti spring Schopper dan Bauman dan lain-lain.
Kekerasan juga boleh diukur dengan menggaru. Ujian sedemikian telah dijalankan menggunakan fail Barb, Monters, Hankins, microcharacterizer Birbaum dan lain-lain.
Walaupun kekurangannya, kaedah Rockwell digunakan secara meluas untuk ujian kekerasan dalam industri. Ia mudah dilakukan, terutamanya disebabkan oleh fakta bahawa ia tidak perlu untuk mengukur cetakan di bawah mikroskop dan menggilap permukaan. Tetapi pada masa yang sama, kaedah itu tidak tepat seperti kajian yang dicadangkan oleh Brinell dan Vickers. Kekerasan, diukur dengan cara yang berbeza, mempunyai pergantungan. Iaitu, unit berkesan Rockwell boleh ditukar kepada unit Brinell. Di peringkat perundangan, terdapat peraturan seperti ASTM E-140 yang membandingkan nilai kekerasan.
