Измерение твердости по Роквеллу

Измерение твердости по Роквеллу (ГОСТ 9013-59) заключается во вдавливании в испытываемый образец индентора в виде алмазного (твердосплавного) конуса с углом при вершине =120° или стального шарика диаметром 1,588 мм под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок - предварительной Р₀ и основной Р₁, получении отпечатка глубиной h и определении значения твердости HR (Н - Hatre нем., твердость; R - Rockwell, нем., Роквелл).

Предварительная нагрузка в 10Н обеспечивает плотное соприкосновение наконечника с образцом. Общая нагрузка в 1500 Н применяется при алмазном наконечнике и в 100 кг – при стальном шарике. Прибор Роквелла рассчитан на предельное проникание алмазного наконечника на глубину 0,2 мм. Физический смысл единицы твердости по Роквеллу:

НRC = 100 - ,

где h, h₁ – глубина проникания наконечника под действием основной и предварительной нагрузки.

В целях измерения твердости мягких материалов применен наконечник – стальной шарик, а шкала В смещена на 30 единиц, что позволяет определить твердость при углублении наконечника до 0,26 мм.

Значение твердости по Роквеллу - отвлеченное число, выраженное вусловных единицах (рис.4.5).

Для измерения твердости по Роквеллу применяют специальные приборы - прессы также электромеханического и гидравлического действия.

Рис. 4.5. Схема измерения твердости по Роквеллу при вдавливании конусного индентора	Рис.4.6. Общий вид прибора для измерения твердости по Роквеллу марки ТК-2

Пресс электромеханического действия марки ТК-2 (Т-твердомер, К - конусный индентор) (рис.4.6) состоит из нагружающего механизма и электродвигателя, расположенных в станине 1, сменных грузов 2, индентора 3 в виде алмазного конуса или стального шарика с ограничительным чехлом, столика 4, маховика 5, тумблера включения электродвигателя 6, и клавиши (педали) включения нагружения 7, индикатора 8, барабана 9 для поворота круговой шкалы индикатора. Предварительная нагрузка Р₀ при измерении твердости составляет 98 Н, основная Р₁ - 490, 883 и 1373 Н, а общая P=P₀+P₁ - 588, 981, 1471 Н. В зависимости от характера материала в качестве индентора используют алмазный (твердосплавный) конус, вдавливаемый в образец с общей нагрузкой 588 Н (шкала А индикатора) и 1471 Н (шкала С), и стальной закаленный шарик, вдавливаемый в образец с общей нагрузкой 981Н (шкала В). Значения твердости отсчитывают по круговой шкале (А, С или В) индикатора и обозначают соответственно как HRA, HRC или HRB. При этом значения твердости HRA и HRC рассчитывают как 100-е (K=100), a HRB - как 130-е (К=130). В связи с этим на циферблате индикатора с черной (шкала А, С) и красной (шкала В) шкалой последняя смещена по отношению к черной на 30 делений. Угловое перемещение стрелки индикатора на одно деление, соответствующее 0,01 окружности шкалы, отвечает 2 мкм осевого перемещения индентора. Деления циферблата пронумерованы в направлении, обратном движению стрелки. Поэтому число, показываемое стрелкой на циферблате, обратно пропорционально глубине вдавливания, т.е. прямо пропорционально твердости материала.

Определение твердости по Роквеллу имеет широкое применение, так как этот метод дает возможность испытывать мягкие, твердые, а также Тонкие материалы; проводить измерения твердости деталей ввиду малого размера отпечатков без их порчи; экономить время в связи с быстротой проведения измерения и получением результата на шкале индикатора.

Измерение твердости по шкале С проводят для закаленной и низкоотпущенной стали твердостью НВ более 4500 МПа, т.е. в условиях, когда вдавливание стального шарика по методу Бринелля или Роквелла по шкале В в твердый материал может вызвать деформацию шарика и искажение результатов; для материалов средней твердости (НВ более 2300 МПа), как более быстрый способ измерения твердости, оставляющий к тому же меньший след на измеряемой поверхности, чем при измерении твердости по Бринеллю; для тонких поверхностных слоев с толщиной более 0,5 мм.

Измерение твердости по шкале В используют для материалов малой твердости (НВ менее 2300 МПа).

Измерение твердости по шкале А применяют для очень твердых материалов, например твердых сплавов, вдавливание алмазного конуса в которые с большой нагрузкой может вызвать выкрашивание алмаза, а также для твердых поверхностных слоев толщиной 0,3-0,5 мм или тонких образцов - пластинок.

Условия испытаний по Роквеллу

Метод Роквелла по сравнению с методом Бринелля имеет следующие преимущества:

- Более широкие пределы измерения твердости.

- Быстрота испытаний вследствие совмещения операций вдавливания наконечника и получения отсчета числа твердости.

- Получение отпечатков малых размеров.

К числу недостатков относятся:

- Несколько меньшая точность получаемых результатов вследствие меньшего объема материала, принимающего участие в зоне деформирования.

- Необходимость более тщательной подготовки поверхности в месте отпечатка.