Norint efektyviai panaudoti įvairių konstrukcijų metalus, svarbu žinoti jų stiprumą. Kietumas yra dažniausiai skaičiuojama metalų ir lydinių kokybės charakteristika. Yra keli jo nustatymo metodai: Brinell, Rockell, Super-Rockwell, Vickers, Ludwik, Shor (Monotron), Martens. Straipsnyje aptariamas brolių Rokvelų metodas.
Koks yra metodas
Rockwell metodas – tai medžiagų kietumo tikrinimo metodas. Tiriamam elementui apskaičiuojamas indikatoriaus kietojo galo įsiskverbimo gylis. Šiuo atveju kiekvienos kietumo skalės apkrova išlieka tokia pati. Paprastai tai yra 60, 100 arba 150 kgf.
Tyrimo rodiklis yra patvarios medžiagos rutuliai arba deimantiniai kūgiai. Jie turi turėti suapvalintą smailią galą ir 120 laipsnių viršūnės kampą.
Nustatyta, kad šis metodas yra paprastas ir greitai atkuriamas. Tai suteikia pranašumo prieš kitus metodus.
Istorija
Vienos tyrimų profesorius Ludwigas pirmą kartą pasiūlė tyrimams naudoti įtraukąkietumą, prasiskverbiant į medžiagą ir apskaičiuojant santykinį gylį. Jo metodas aprašytas 1908 m. veikale Die Kegelprobe.
Šis metodas turėjo trūkumų. Broliai Hugh ir Stanley Rockwellai pasiūlė naują technologiją, kuri pašalino matavimo sistemos mechaninio netobulumo klaidas (atsparus ir paviršiaus defektus, medžiagų ir detalių užterštumą). Profesoriai išrado kietumo matuoklį – prietaisą, kuris nustato santykinį įsiskverbimo gylį. Jis buvo naudojamas plieniniams rutuliniams guoliams išbandyti.
Metalų kietumo nustatymas Brinell ir Rockwell metodais nusipelnė mokslo bendruomenės dėmesio. Tačiau Brinelio metodas buvo prastesnis – jis buvo lėtas ir nebuvo naudojamas grūdintam plienui. Taigi jis negali būti laikomas neardomuoju bandymo metodu.
1919 m. vasario mėn. kietumo matuoklis buvo patentuotas numeriu 1294171. Tuo metu Rockwells dirbo rutulinių guolių įmonėje.
1919 m. rugsėjį Stanley Rockwellas paliko įmonę ir persikėlė į Niujorko valstiją. Ten jis pateikė paraišką dėl įrenginio tobulinimo, kuri buvo priimta. Naujas įrenginys patentuotas ir patobulintas 1921 m.
1922 m. pabaigoje Rokvelas įkūrė terminio apdorojimo gamyklą, kuri vis dar veikia Konektikute. „Instron Corporation“dalis nuo 1993 m.
Metodo privalumai ir trūkumai
Kiekvienas kietumo skaičiavimo metodas yra unikalus ir taikomas tam tikroje srityje. Brinelio ir Rokvelo kietumo metodaiyra pagrindiniai.
Yra keletas metodo privalumų:
- didelio kietumo eksperimentų galimybė;
- nežymūs paviršiaus pažeidimai bandymo metu;
- paprastas metodas, kuriam nereikia matuoti įdubos skersmens;
- bandymo procesas pakankamai greitas.
Trūkumai:
- palyginti su Brinell ir Vickers kietumo matuokliais, Rockwell metodas nėra pakankamai tikslus;
- turi kruopščiai paruošti mėginio paviršių.
Rokvelio skalės struktūra
Norint patikrinti metalų kietumą Rokvelio metodu, buvo gauta tik 11 skalių. Jų skirtumas yra antgalio ir apkrovos santykis. Antgalis gali būti ne tik deimantinis kūgis, bet ir rutulio pavidalo rutulys iš karbido ir volframo lydinio arba grūdinto plieno. Diegimo metu užfiksuotas patarimas vadinamas identifikatoriumi.
Skalės dažniausiai žymimos lotyniškos abėcėlės raidėmis: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.
Jėgos testai atliekami su pagrindinėmis svarstyklėmis – A, B, C:
- A skalė: bandymas su deimantiniu kūgiu, kurio apkrova 60 kgf. Pavadinimas – HRA. Tokie bandymai atliekami plonoms kietoms medžiagoms (0,3–0,5 mm);
- B skalė: 100 kgf plieninio rutulio bandymas. Pavadinimas – HRB. Bandymai atliekami su atkaitintu švelniu plienu ir spalvotųjų metalų lydiniais;
- C skalė: 150 kgf kūgio bandymas. Pavadinimas - HRC. Bandymai atliekami su vidutinio kietumo metalais, grūdintu ir grūdintu plienu arba sluoksniais, kurių storis ne didesnis kaip 0,5 mm.
Kietumas pagal metodąRockwell paprastai žymimas HR trečiąja skalės raide (pavyzdžiui, HRA, HRC).
Skaičiavimo formulė
Medžiagos kietumas turi įtakos galiuko įsiskverbimo gyliui. Kuo kietesnis bandomasis objektas, tuo mažiau prasiskverbs.
Norint skaitiniu būdu nustatyti medžiagos kietumą, reikia formulės. Jo koeficientai priklauso nuo skalės. Norint sumažinti matavimo paklaidą, reikia priimti santykinį įdubos įsiskverbimo gylio skirtumą pagrindinės ir išankstinės (10 kgf) apkrovos taikymo momentu.
Rokvelo kietumo matavimo metodas apima formulės naudojimą: HR=N-(H-h)/s, kur skirtumas H-h reiškia santykinį įpjovos įsiskverbimo gylį veikiant apkrovoms (preliminariam ir pagrindiniam), vertė yra skaičiuojamas mm. N, s yra konstantos, jos priklauso nuo konkrečios skalės.
Rockwell kietumo testeris
Kietumo matuoklis – tai prietaisas, skirtas metalų ir lydinių kietumui nustatyti Rokvelo metodu. Tai prietaisas su deimantiniu kūgiu (arba rutuliu) ir medžiaga, į kurią kūgis turi patekti. Smūgio jėgai reguliuoti taip pat pritvirtintas svarelis.
Rodomas laiko indikatorius. Procesas vyksta dviem etapais: pirmiausia spaudžiamas 10 kgf jėga, tada stipresnis. Norint labiau spausti, naudojamas kūgis, mažiau – rutulys.
Bandomoji medžiaga dedama horizontaliai. Deimantas ant jo nuleidžiamas svirtimi. Kad nusileidimas būtų sklandus, įrenginyje naudojama rankena su alyvos amortizatoriumi.
Pagrindinis įkėlimo laikas paprastai yrayra nuo 3 iki 6 sekundžių, priklausomai nuo medžiagos. Išankstinis įkėlimas turi būti palaikomas, kol bus gauti bandymo rezultatai.
Didžioji indikatoriaus rodyklė juda pagal laikrodžio rodyklę ir atspindi eksperimento rezultatą.
Praktikoje populiariausi yra tokie Rockwell kietumo matuoklių modeliai:
- Stacionarieji įrenginiai „Metrotest“modelis „ITR“, pvz., „ITR-60/150-M“.
- Qness GmbH modelis Q150R.
- Stacionarus automatinis įrenginys TIME Group Inc, modelis TH300.
Bandymo metodika
Tyrimui reikia kruopštaus pasiruošimo. Nustatant metalų kietumą Rokvelio metodu, bandinio paviršius turi būti švarus, be įtrūkimų ir apnašų. Svarbu nuolat tikrinti, ar apkrova veikia statmenai medžiagos paviršiui ir ar ji stabili ant stalo.
Atspaudas stumiant kūgį turi būti ne mažesnis kaip 1,5 mm, o stumiant rutulį - didesnis nei 4 mm. Kad būtų atlikti veiksmingi skaičiavimai, mėginys turi būti 10 kartų storesnis už įdubos įsiskverbimo gylį pašalinus pagrindinę apkrovą. Taip pat reikėtų atlikti bent 3 vieno mėginio tyrimus, po kurių rezultatų vidurkis.
Bandymo žingsniai
Kad eksperimento rezultatas būtų teigiamas ir būtų nedidelė paklaida, turėtumėte laikytis jo atlikimo tvarkos.
Kietumo nustatymo metodo eksperimento etapaiRokvelas:
- Nustatykite skalės pasirinkimą.
- Įdiekite reikiamą įtrauką ir įkelkite.
- Atlikite du bandomuosius spaudinius (neįtraukite į rezultatus), kad ištaisytumėte įrenginio ir pavyzdžio įdiegimą.
- Padėkite atskaitos bloką ant prietaisų stalo.
- Išbandykite išankstinį įkėlimą (10 kgf) ir iš naujo nustatykite skalę.
- Taikykite pagrindinę apkrovą, palaukite maksimalių rezultatų.
- Išimkite įkrovą ir nuskaitykite gautą reikšmę ratuke.
Reglamentai leidžia tirti vieną pavyzdį tiriant masinius gaminius.
Kas turės įtakos tikslumui
Atliekant bet kokį testą, svarbu atsižvelgti į daugelį veiksnių. Rokvelo kietumo aptikimas taip pat turi savo ypatybes.
Veiksniai, į kuriuos reikia atkreipti dėmesį:
- Bandinio storis. Eksperimento taisyklės draudžia naudoti mėginį, kuris yra mažesnis nei dešimt kartų didesnis už galiuko įsiskverbimo gylį. Tai yra, jei įsiskverbimo gylis yra 0,2 mm, tada medžiaga turi būti bent 2 cm storio.
- Tarp mėginio spaudinių turi būti atstumas. Jis yra trijų skersmenų tarp artimųjų spaudinių centrų.
- Reikėtų atsižvelgti į galimą eksperimento rezultatų pasikeitimą ciferblate, priklausomai nuo tyrėjo pozicijos. Tai reiškia, kad rezultatas turėtų būti skaitomas iš vieno požiūrio taško.
Mechaninės savybės atliekant bandymusstiprumas
Susiekite ir tyrinėkite medžiagų stiprumo charakteristikas, o kietumo bandymo Rokvelo kietumo metodu rezultatus gavo tokie medžiagų mokslininkai kaip Davidenkovas N. N., Markovets M. P. ir kiti.
Remiantis įdubimo kietumo bandymo rezultatais, taikomi takumo ribos apskaičiavimo metodai. Šis santykis apskaičiuojamas daug chromo turinčiam nerūdijančiam plienui, kuris buvo kelis kartus termiškai apdorotas. Vidutinė nuokrypio vertė, naudojant deimantinį įdubimą, buvo tik +0,9%.
Tyrimai taip pat atliekami siekiant nustatyti kitas mechanines medžiagų savybes, susijusias su kietumu. Pavyzdžiui, atsparumas tempimui (arba atsparumas tempimui), tikrasis atsparumas lūžiams ir santykinis susitraukimas.
Alternatyvūs kietumo nustatymo metodai
Matuoti kietumą galima ne tik Rockwell metodu. Apsvarstykite pagrindinius kiekvieno metodo aspektus ir jų skirtumus. Statinės apkrovos testas:
- Tyrimo pavyzdžiai. Rockell ir Vickers metodai leidžia išbandyti palyginti minkštas ir didelio stiprumo medžiagas. Brinelio metodas skirtas tirti minkštesnius metalus, kurių kietumas iki 650 HBW. Super-Rockwell metodas leidžia išbandyti kietumą esant mažoms apkrovoms.
- GOST. Rokvelo metodas atitinka GOST 9013-59, Brinelio metodas - 9012-59, Vickers metodas - 2999-75, Šoro metodas - GOST 263-75, 24622-91, 24621-91, ASTM D2240, ISO 868-85.
- Durometrai. Rockwell ir Shore tyrėjų prietaisai yra paprastinaudojimas ir mažas dydis. Vickers įranga leidžia atlikti bandymus su labai plonais ir mažais egzemplioriais.
Eksperimentai su dinaminiu slėgiu buvo atlikti pagal Martelio, Poldi metodą, naudojant Nikolajevo vertikalaus smūgio testerį, Schopper ir Bauman spyruoklinį įtaisą ir kt.
Kietumą taip pat galima išmatuoti įbrėžiant. Tokie bandymai buvo atlikti naudojant Barb failą, Monters, Hankins, Birbaum microcharacterizer ir kt.
Nepaisant savo trūkumų, Rokvelio metodas yra plačiai naudojamas kietumo bandymams pramonėje. Tai lengva atlikti, daugiausia dėl to, kad nebūtina matuoti atspaudo mikroskopu ir poliruoti paviršiaus. Tačiau tuo pat metu metodas nėra toks tikslus kaip siūlomi Brinell ir Vickers tyrimai. Kietumas, matuojamas įvairiais būdais, turi priklausomybę. Tai reiškia, kad Rokvelo efektyvieji vienetai gali būti konvertuojami į Brinelio vienetus. Įstatymų leidybos lygmeniu yra reglamentų, pvz., ASTM E-140, kurie lygina kietumo vertes.
