Определение твердости по Роквеллу.

 

Испытания по этому методу проводятся так же, как и при измерении твердости по Бринеллю.

По методу Роквелла (см. рис. 4) твердость металлов определяется вдавливанием в испытываемый образец (изделие) стального шарика диаметром 1,588 мм или алмазного конуса с углом при вершине 120° под действием двух после­довательно прилагаемых нагрузок: предварительной Р₀ ‑ 98 Н и общей Р, равной сумме предварительной Р₀ и основной P₁ нагрузок. Согласно ГОСТу 9013 ‑ 59 общая нагрузка Р при кольцо; определении твердости вдавливанием стального шарика составляет 980 Н, а при вдавливании алмазного конуса ‑ 1470 или 588 Н. Число твердости по Роквеллу ‑ величина относительная, равная разности глубин отпечатков, полученных действием общей и предварительной нагрузок.

Согласно ГОСТу 9013 ‑ 59 числа твердости по Роквеллу выражаются формулами:

при измерении по шкалам А и С: HRA (HRC) = 100 ‑ е

при измерении по шкале В: HRB = 130 ‑ е.

Величина е определяется по формуле

,

где h ‑ глубина отпечатка под действием общей нагрузки Р, мм; h₀ ‑ глубина отпечатка под действием предварительной нагрузки Р₀, мм; 0,002 ‑ цена деления шкалы индикатора твердомера Роквелла, мм.

Таким образом, единица твердости по Роквеллу ‑ безразмерная величина, соответствующая осевому перемещению индентора на 0,002 мм.

На практике числа твердости по Роквеллу обычно не вычисляют, а отсчитывают по шкале индикаторного прибора непосредственно в процессе испытания.

Стальной шарик применяют для испытания цветных металлов и отожженных сталей твердостью НВ<2300, а алмазный конус ‑ для испытания сталей, подвергнутых термической или химико-термической обработке, а также для испытания твердых сплавов твердостью НВ>7000, нагрузка в последнем случае берется равной 588 Н.

По сравнению с методом Бринелля метод Роквелла более универсален, так как позволяет испытывать металлы любой твердости, включая твердые сплавы. Метод Роквелла также применим для определения твердости сравнительно тонких образцов (толщиной до 0,4 мм). Наличие индикаторного прибора позволяет определить числа твердости непосредственно по шкале, без дополнительных расчетов. Однако метод Роквелла имеет ряд недостатков, среди которых в первую очередь следует указать на его условность, невозможность повторной проверки полученных результатов, отсутствие единой шкалы твердости.

Опытным путем установлено, что числа твердости по Бринеллю НВ больше чисел твердости по Роквеллу HRC примерно в 10 раз. Соотношение чисел твердости HRA и HRB с НВ более сложное.

Схема прибора типа ТК-2М для определения твердости по Роквеллу приведена на рисунке 4. Этот прибор состоит из рычажного устройства с индикатором 17, механизма подъема, привода с электродвигателем 6, смонтированных в закрытом чугунном литом корпусе 2.

В приборе использован механизм нагружения рычажного типа, состоящий из подвески с грузами 3, обеспечивающей с помощью грузового рычага 1 создание необходимой испытательной нагрузки, шпинделя 15, на конце которого винтом крепится наконечник 14 с шариком или алмазным конусом 13; пружины, создающей предварительную нагрузку в 98 Н.

Точную установку индикатора на нуль проводят с помощью барабана 10, смонтированного в механизме подъема, и троса 16, закрепленного на ранте индикатора.

Привод прибора включает электродвигатель, одноступенчатый червячный редуктор 7 и кулачки, профили которых рассчитаны на проведение испытания с циклом 5 с. Передача от привода к грузовому рычагу осуществляется штоком 4, который верхней частью удерживает ры­чаг 1 в исходном положении, а нижней упирается в толкатель.

Механизм подъема состоит из винта 8, маховика 11, направляющей втулки, пусковой педали 9, стола 12 и служит для подъема и опускания испытываемого образца.

При испытании глубина вдавливания наконечника отражается на индикаторе 17, имеющем две стрелки (большую и маленькую) и циферблат (рис. 7). Циферблат разделен на 100 делений, каждое из которых соответствует глубине вдавливания 0,002 мм. Циферблат двушкальный ‑ черный С и красный В. Для точной установки большой стрелки с нулем черной шкалы С кольцо может вращаться при повороте барабана 10 (рис. 6), смонтированного в механизме подъема. Большая стрелка служит для указания твердости, а малая ‑ для контроля величины предварительного нагружения.

Предварительная нагрузка при испытании создается вращением маховика 11, когда маленькая стрелка дойдет до красной точки на циферблате, а большая установится приблизительно в вертикальном положении (рис. 5). После этого циферблат индикатора поворачивают до совмещения большой стрелки с нулевым делением шкалы С.

Приложение основной нагрузки на образец при испытании проводится с помощью привода, который получает движение от электродвигателя. Включают двигатель тумблером, расположенным на передней стороне прибора.

В зависимости от нагрузки выбирают шкалу и наконечник. Если работают по шкале С или А, то устанавливают алмазный наконечник, если по шкале В ‑ стальной шарик диаметром 1,588 мм. Наконечник закрепляют винтом в шпинделе 15 прибора (рис. 4).

Испытания проводят следующим образом: на стол (плоский или призматический) устанавливают изделие и вращением маховика 11 поджимают его к наконечнику до тех пор, пока малая стрелка индикатора не встанет против красной точки, а большая (с погрешностью ±5 делений) ‑ на нуль шкалы индикатора, если работают без ограничителя.

При работе с ограничителем, когда большая стрелка индикатора точно установлена на нуле, опускают до образца ограничитель, прижимают его к образцу и закрепляют в таком положении гайкой. Вращением барабана 10 устанавливают нуль шкалы против конца большой стрелки индикатора.

Плавным нажатием руки на клавишу включают в работу привод механизма нагружения. После окончания нагружения отсчитывают твердость по шкале индикатора.

Вращением маховика против часовой стрелки испытываемый образец отводят от наконечника и снимают со стола.