Метод Роквелла
Ме́тод Ро́квелла — метод неразрушающей проверки твёрдости материалов. Основан на измерении глубины проникновения твёрдого наконечника, называемого индентором, в исследуемый материал при приложении одинаковой для каждой шкалы твёрдости нагрузки. В зависимости от шкалы обычно 60, 100 и 150 кгс.
В качестве инденторов в методе применяются прочные шарики и алмазные конусы с углом при вершине 120° со скруглённым острым концом.
Из-за своей простоты, скорости по сравнению с другими методами и воспроизводимости результатов он является одним из наиболее распространённых методов испытаний материалов на твёрдость.
История
Измерение твёрдости по относительной глубине проникновения индентора было предложено в 1908 году венским профессором Людвигом (Ludwig) в книге «Die Kegelprobe» (дословно «испытание конусом»).
Метод определения относительной глубины проникновения индентора, предложенный Хью и Стэнли Роквеллами исключал ошибки, связанные с механическим несовершенствами измерительной системы, такими, как люфты, поверхностные дефекты и загрязнения поверхности испытуемых материалов и деталей.
Твердомер Роквелла, прибор для определения относительной глубины проникновения, был изобретён уроженцами штата Коннектикут Хью М. Роквеллом (1890—1957 гг.) и Стэнли П. Роквеллом (1886—1940 гг.). Потребность в этом устройстве была вызвана необходимостью оперативного определения результатов термообработки обойм стальных шарикоподшипников. Метод Бринелля, изобретённый в 1900 году в Швеции, был медленным, неприменимым для закалённых сталей, и оставлял слишком большой отпечаток, чтобы считать этот метод методом неразрушающего контроля.
Патентную заявку на новое устройство они подали 15 июля 1914 года; после её рассмотрения был выдан патент № 1294171 от 11 февраля 1919 года.
Во время изобретения Хью и Стэнли Роквеллы (не были прямыми родственниками) работали в компании New Departure Manufacturing (Бристоль, Коннектикут). New Departure, бывшая крупным производителем шарикоподшипников, в 1916 году стала частью United Motors, а затем — корпорации General Motors.
После ухода из компании в Коннектикуте, Стэнли Роквелл переехал в Сиракьюс (штат Нью-Йорк) и 11 сентября 1919 года подал заявку на усовершенствование первоначального изобретения, которая была утверждена 18 ноября 1924 года. Новый прибор был также запатентован под № 1516207. В 1921 году Роквелл переехал в Западный Хартфорд, в Коннектикуте, где предложил дополнительные усовершенствования.
В 1920 году Стэнли Роквелл начал сотрудничество с производителем инструментов Чарльзом Вильсоном (Charles H. Wilson) из компании Wilson-Mauelen с целью коммерциализации изобретения и разработки стандартизированных испытательных машин.
Около 1923 года Стэнли Роквелл основал фирму по термообработке Stanley P. Rockwell company, которая существует до сих пор в Хартфорде, в Коннектикуте. Через несколько лет она, переименованная в Wilson Mechanical Instrument Company, сменила владельца. В 1993 году компанию приобрела корпорация Instron.
Шкалы твёрдости по Роквеллу
Стандартами нормировано 11 шкал определения твёрдости по методу Роквелла (A; B; C; D; E; F; G; H; K; N; T), эти шкалы различаются типом индентора, испытательной нагрузкой и константами в формуле для вычисления твёрдости по результатам измерения.
Наиболее широко используются два-три индентора: сферический в виде шарика из карбида вольфрама или инструментальной закалённой стали диаметром 1/16 дюйма (1,5875 мм) или шарик диаметром 1/8 дюйма и конический алмазный наконечник с углом при скруглённой вершине 120°. Стандарты предусматривают в зависимости от шкалы 3 фиксированные нагрузки при вдавливании индентора — 60, 100 и 150 кгс.
Численная величина твёрдости определяется по формуле, коэффициенты в которой зависят от шкалы. Для снижения ошибки измерения от состояния испытуемой поверхности принимается относительная разница в глубине проникновения индентора при приложении основной и предварительной (10 кгс) нагрузки (см. рисунок).
Для обозначения твёрдости, определённой по методу Роквелла, используется сокращение HR, с 3-й буквой, указывающая на шкалу, по которой проводились испытания (HRA, HRB, HRC и т. д. до HRT). Например, HRC 64.
| Шкала | Индентор | Нагрузка, кгс |
|---|---|---|
| А | Алмазный конус с углом 120° при вершине | 60 |
| В | Шарик диаметром 1/16 дюйма из карбида вольфрама (или закалённой стали) | 100 |
| С | Алмазный конус с углом 120° при вершине | 150 |
Формулы для определения твёрдости
Чем твёрже материал, тем меньше будет глубина проникновения наконечника в него. Чтобы при большей твёрдости материала не получалось меньшее число твёрдости по Роквеллу, твёрдость определяют по формуле:
- где разность
![image]()
— представляет разность глубин погружения индентора после снятия основной нагрузки и до её приложения (при предварительном нагружении) в мм, ![image]()
![image]()
— константы, зависящие от конкретной шкалы Роквелла (см. таблицу).
Таким образом, твёрдость по Роквеллу является безразмерной величиной.
| Шкала | Сокращённое обозначение | Испытательная нагрузка | Тип индентора | Область применения | N | s |
|---|---|---|---|---|---|---|
| A | HRA | 60 кгс | 120° алмазный сфероконический* | Карбид вольфрама | 100 | 0,002 мм |
| B | HRB | 100 кгс | Диаметр 1⁄16 дюйма (1,588 мм) стальной, сферический | Алюминиевые сплавы, бронза, мягкие стали | 130 | 0,002 мм |
| C | HRC | 150 кгс | 120° алмазный, сфероконический | Твёрдые стали с HRB > 100 | 100 | 0,002 мм |
| D | HRD | 100 кгс | 120° алмазный, сфероконический | 100 | 0,002 мм | |
| E | HRE | 100 кгс | Диаметр 1⁄8 дюйма (3,175 мм) стальной, сферический | 130 | 0,002 мм | |
| F | HRF | 60 кгс | Диаметр 1⁄16 дюйма (1,588 мм) стальной, сферический | 130 | 0,002 мм | |
| G | HRG | 150 кгс | Диаметр 1⁄16 дюйма (1,588 мм) стальной, сферический | 130 | 0,002 мм | |
| *Радиус сферического скругления вершины конуса 0,2 мм | ||||||
Методика проведения испытания промышленным твердомером Роквелла
- Выбрать подходящую для проверяемого материала шкалу (А, В или С).
- Установить соответствующий индентор и нагрузку.
- Перед окончательным измерением надо сделать два пробных неучитываемых отпечатка, чтобы проверить правильность установки индентора и стола.
- Установить эталонный блок на столик прибора.
- Приложить предварительную нагрузку в 10 кгс, обнулить шкалу.
- Приложить основную нагрузку и дождаться достижения максимального усилия.
- Снять нагрузку.
- Прочесть на циферблате по соответствующей шкале значение твёрдости (цифровой прибор показывает на экране значение твёрдости).
- Порядок действий при проверке твёрдости испытуемого образца такой же, как и на эталонном блоке. Допускается делать по одному измерению на образце при проверке массовой продукции.
Факторы, влияющие на точность измерения
- Важным фактором является толщина образца. Не допускается проверка образцов с толщиной менее десятикратной глубины проникновения наконечника.
- Ограничивается минимальное расстояние между отпечатками (3 диаметра между центрами ближайших отпечатков).
- Параллакс при считывании результатов с циферблата стрелочных приборов.
Сравнение шкал твёрдости
Простота метода Роквелла (главным образом, отсутствие необходимости измерять диаметр отпечатка) привела к его широкому применению в промышленности для проверки твёрдости. Также не требуется высокая чистота измеряемой поверхности, например, недостаток методов Бринелля и Виккерса — необходимость измерения размеров отпечатка с помощью микроскопа и требуют полировки поверхности.
К недостатку метода Роквелла относится меньшая точность по сравнению с методами Бринелля и Виккерса.
Существует корреляция между значениями твёрдости, измеренной разными методами (например, см. рисунок — перевод единиц твёрдости HRB в твёрдость по методу Бринелля для алюминиевых сплавов). Зависимость носит нелинейный характер. Существуют нормативные документы, где приведено сравнение значений твёрдости, измеренной разными методами (например, ).
Оценка механических свойств по испытаниям на твёрдость
Величина твёрдости по Роквеллу связана с другими прочностными характеристиками веществ. Эта связь исследовалась такими учёными-материаловедами, как Н. Н. Давиденков, М. П. Марковец и др.
Например, по результатам проверки на твёрдость вдавливанием можно определить предел текучести вещества. Для высокохромистых нержавеющих сталей после различных режимов термообработки отклонение результатов, полученных таким методом, от разрушающих методов составило всего +0,9 %[источник не указан 2110 дней].
Также исследовалась связь между значениями твёрдости и другими прочностными характеристиками определяемыми при растяжении, такими, как предел прочности (временное сопротивление разрушению), относительное сужение и истинное сопротивление разрушению.
См. также
- Твёрдость по Бринеллю
- Твёрдость по Виккерсу
- Метод Шора (вдавливание)
- Метод Шора (отскок)
- Шкала Мооса
Примечания
- Ударение в словосочетании "метод Роквелла". Дата обращения: 28 сентября 2021. Архивировано 28 сентября 2021 года.
- Kehl G. L. The Principles of Metallographic Laboratory Practice, 3rd Ed., McGraw-Hill Book Co., 1949, p. 229.
- H. M. Rockwell & S. P. Rockwell Hardness-Tester, US Patent 1294171, Feb 1919.
- S. P. Rockwell The Testing of Metals for Hardness // Transactions of the American Society for Steel Treating, Vol. II, № 11, Aug 1922, p. 1013—1033.
- S. P. Rockwell Hardness-Testing Machine, US Patent 1516207, Nov 1924.
- Lysaght V. E. Indentation Hardness Testing, Reinhold Publishing Corp., 1949, p. 57-62.
- ISO 6508-1:2005. Metallic materials. Rockwell hardness test. Part 1: Test method (scales A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T)
- Smith, William F.; Hashemi, Javad (2001), Foundations of Material Science and Engineering (4th ed.), McGraw-Hill, p. 229, ISBN 0-07-295358-6
Литература
- Фридман Я. Б. Механические свойства металлов. Изд. 3-е, в 2-х частях. — М.: «Машиностроение», 1974
- Бернштейн М. Л., Займовский В. А. Механические свойства металлов. Изд. 2-е. — М.: «Металлургия», 1979.
Нормативные документы
- ГОСТ 9013-59. Металлы. Метод измерения твёрдости по Роквеллу
- ISO 6508-1: Metallic Materials — Rockwell Hardness Test. Part 1: Test Method (Scales A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T)
- ASTM E-18 Standard Methods for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of Metallic Materials
- ASTM E-140 Standard Hardness Conversion Tables for Metals. Relationship Among Brinell Hardness, Vickers Hardness, Rockwell Hardness, Superficial Hardness, Knoop Hardness, and Scleroscope Hardness
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Метод Роквелла, Что такое Метод Роквелла? Что означает Метод Роквелла?
Me tod Ro kvella metod nerazrushayushej proverki tvyordosti materialov Osnovan na izmerenii glubiny proniknoveniya tvyordogo nakonechnika nazyvaemogo indentorom v issleduemyj material pri prilozhenii odinakovoj dlya kazhdoj shkaly tvyordosti nagruzki V zavisimosti ot shkaly obychno 60 100 i 150 kgs V kachestve indentorov v metode primenyayutsya prochnye shariki i almaznye konusy s uglom pri vershine 120 so skruglyonnym ostrym koncom Iz za svoej prostoty skorosti po sravneniyu s drugimi metodami i vosproizvodimosti rezultatov on yavlyaetsya odnim iz naibolee rasprostranyonnyh metodov ispytanij materialov na tvyordost IstoriyaIzmerenie tvyordosti po otnositelnoj glubine proniknoveniya indentora bylo predlozheno v 1908 godu venskim professorom Lyudvigom Ludwig v knige Die Kegelprobe doslovno ispytanie konusom Metod opredeleniya otnositelnoj glubiny proniknoveniya indentora predlozhennyj Hyu i Stenli Rokvellami isklyuchal oshibki svyazannye s mehanicheskim nesovershenstvami izmeritelnoj sistemy takimi kak lyufty poverhnostnye defekty i zagryazneniya poverhnosti ispytuemyh materialov i detalej Tverdomer Rokvella pribor dlya opredeleniya otnositelnoj glubiny proniknoveniya byl izobretyon urozhencami shtata Konnektikut Hyu M Rokvellom 1890 1957 gg i Stenli P Rokvellom 1886 1940 gg Potrebnost v etom ustrojstve byla vyzvana neobhodimostyu operativnogo opredeleniya rezultatov termoobrabotki obojm stalnyh sharikopodshipnikov Metod Brinellya izobretyonnyj v 1900 godu v Shvecii byl medlennym neprimenimym dlya zakalyonnyh stalej i ostavlyal slishkom bolshoj otpechatok chtoby schitat etot metod metodom nerazrushayushego kontrolya Patentnuyu zayavku na novoe ustrojstvo oni podali 15 iyulya 1914 goda posle eyo rassmotreniya byl vydan patent 1294171 ot 11 fevralya 1919 goda Vo vremya izobreteniya Hyu i Stenli Rokvelly ne byli pryamymi rodstvennikami rabotali v kompanii New Departure Manufacturing Bristol Konnektikut New Departure byvshaya krupnym proizvoditelem sharikopodshipnikov v 1916 godu stala chastyu United Motors a zatem korporacii General Motors Posle uhoda iz kompanii v Konnektikute Stenli Rokvell pereehal v Sirakyus shtat Nyu Jork i 11 sentyabrya 1919 goda podal zayavku na usovershenstvovanie pervonachalnogo izobreteniya kotoraya byla utverzhdena 18 noyabrya 1924 goda Novyj pribor byl takzhe zapatentovan pod 1516207 V 1921 godu Rokvell pereehal v Zapadnyj Hartford v Konnektikute gde predlozhil dopolnitelnye usovershenstvovaniya V 1920 godu Stenli Rokvell nachal sotrudnichestvo s proizvoditelem instrumentov Charlzom Vilsonom Charles H Wilson iz kompanii Wilson Mauelen s celyu kommercializacii izobreteniya i razrabotki standartizirovannyh ispytatelnyh mashin Okolo 1923 goda Stenli Rokvell osnoval firmu po termoobrabotke Stanley P Rockwell company kotoraya sushestvuet do sih por v Hartforde v Konnektikute Cherez neskolko let ona pereimenovannaya v Wilson Mechanical Instrument Company smenila vladelca V 1993 godu kompaniyu priobrela korporaciya Instron Shkaly tvyordosti po RokvelluCiferblat pribora dlya proverki tvyordosti po Rokvellu Standartami normirovano 11 shkal opredeleniya tvyordosti po metodu Rokvella A B C D E F G H K N T eti shkaly razlichayutsya tipom indentora ispytatelnoj nagruzkoj i konstantami v formule dlya vychisleniya tvyordosti po rezultatam izmereniya Naibolee shiroko ispolzuyutsya dva tri indentora sfericheskij v vide sharika iz karbida volframa ili instrumentalnoj zakalyonnoj stali diametrom 1 16 dyujma 1 5875 mm ili sharik diametrom 1 8 dyujma i konicheskij almaznyj nakonechnik s uglom pri skruglyonnoj vershine 120 Standarty predusmatrivayut v zavisimosti ot shkaly 3 fiksirovannye nagruzki pri vdavlivanii indentora 60 100 i 150 kgs Chislennaya velichina tvyordosti opredelyaetsya po formule koefficienty v kotoroj zavisyat ot shkaly Dlya snizheniya oshibki izmereniya ot sostoyaniya ispytuemoj poverhnosti prinimaetsya otnositelnaya raznica v glubine proniknoveniya indentora pri prilozhenii osnovnoj i predvaritelnoj 10 kgs nagruzki sm risunok Dlya oboznacheniya tvyordosti opredelyonnoj po metodu Rokvella ispolzuetsya sokrashenie HR s 3 j bukvoj ukazyvayushaya na shkalu po kotoroj provodilis ispytaniya HRA HRB HRC i t d do HRT Naprimer HRC 64 Naibolee shiroko ispolzuemye shkaly tvyordosti po Rokvellu Shkala Indentor Nagruzka kgsA Almaznyj konus s uglom 120 pri vershine 60V Sharik diametrom 1 16 dyujma iz karbida volframa ili zakalyonnoj stali 100S Almaznyj konus s uglom 120 pri vershine 150Formuly dlya opredeleniya tvyordosti Chem tvyorzhe material tem menshe budet glubina proniknoveniya nakonechnika v nego Chtoby pri bolshej tvyordosti materiala ne poluchalos menshee chislo tvyordosti po Rokvellu tvyordost opredelyayut po formule HR N H hs displaystyle HR N frac H h s gde raznost H h displaystyle H h predstavlyaet raznost glubin pogruzheniya indentora posle snyatiya osnovnoj nagruzki i do eyo prilozheniya pri predvaritelnom nagruzhenii v mm N displaystyle N s displaystyle s konstanty zavisyashie ot konkretnoj shkaly Rokvella sm tablicu Takim obrazom tvyordost po Rokvellu yavlyaetsya bezrazmernoj velichinoj Naibolee chasto ispolzuemye shkaly Rokvella Shkala Sokrashyonnoe oboznachenie Ispytatelnaya nagruzka Tip indentora Oblast primeneniya N sA HRA 60 kgs 120 almaznyj sferokonicheskij Karbid volframa 100 0 002 mmB HRB 100 kgs Diametr 1 16 dyujma 1 588 mm stalnoj sfericheskij Alyuminievye splavy bronza myagkie stali 130 0 002 mmC HRC 150 kgs 120 almaznyj sferokonicheskij Tvyordye stali s HRB gt 100 100 0 002 mmD HRD 100 kgs 120 almaznyj sferokonicheskij 100 0 002 mmE HRE 100 kgs Diametr 1 8 dyujma 3 175 mm stalnoj sfericheskij 130 0 002 mmF HRF 60 kgs Diametr 1 16 dyujma 1 588 mm stalnoj sfericheskij 130 0 002 mmG HRG 150 kgs Diametr 1 16 dyujma 1 588 mm stalnoj sfericheskij 130 0 002 mm Radius sfericheskogo skrugleniya vershiny konusa 0 2 mmMetodika provedeniya ispytaniya promyshlennym tverdomerom RokvellaMetod Rokvella Vybrat podhodyashuyu dlya proveryaemogo materiala shkalu A V ili S Ustanovit sootvetstvuyushij indentor i nagruzku Pered okonchatelnym izmereniem nado sdelat dva probnyh neuchityvaemyh otpechatka chtoby proverit pravilnost ustanovki indentora i stola Ustanovit etalonnyj blok na stolik pribora Prilozhit predvaritelnuyu nagruzku v 10 kgs obnulit shkalu Prilozhit osnovnuyu nagruzku i dozhdatsya dostizheniya maksimalnogo usiliya Snyat nagruzku Prochest na ciferblate po sootvetstvuyushej shkale znachenie tvyordosti cifrovoj pribor pokazyvaet na ekrane znachenie tvyordosti Poryadok dejstvij pri proverke tvyordosti ispytuemogo obrazca takoj zhe kak i na etalonnom bloke Dopuskaetsya delat po odnomu izmereniyu na obrazce pri proverke massovoj produkcii Faktory vliyayushie na tochnost izmereniyaVazhnym faktorom yavlyaetsya tolshina obrazca Ne dopuskaetsya proverka obrazcov s tolshinoj menee desyatikratnoj glubiny proniknoveniya nakonechnika Ogranichivaetsya minimalnoe rasstoyanie mezhdu otpechatkami 3 diametra mezhdu centrami blizhajshih otpechatkov Parallaks pri schityvanii rezultatov s ciferblata strelochnyh priborov Sravnenie shkal tvyordostiPerevod edinic tvyordosti HRB v edinicy tvyordosti po metodu Brinellya HB nagruzka 3000 kgs diametr sharika 10 mm Prostota metoda Rokvella glavnym obrazom otsutstvie neobhodimosti izmeryat diametr otpechatka privela k ego shirokomu primeneniyu v promyshlennosti dlya proverki tvyordosti Takzhe ne trebuetsya vysokaya chistota izmeryaemoj poverhnosti naprimer nedostatok metodov Brinellya i Vikkersa neobhodimost izmereniya razmerov otpechatka s pomoshyu mikroskopa i trebuyut polirovki poverhnosti K nedostatku metoda Rokvella otnositsya menshaya tochnost po sravneniyu s metodami Brinellya i Vikkersa Sushestvuet korrelyaciya mezhdu znacheniyami tvyordosti izmerennoj raznymi metodami naprimer sm risunok perevod edinic tvyordosti HRB v tvyordost po metodu Brinellya dlya alyuminievyh splavov Zavisimost nosit nelinejnyj harakter Sushestvuyut normativnye dokumenty gde privedeno sravnenie znachenij tvyordosti izmerennoj raznymi metodami naprimer Ocenka mehanicheskih svojstv po ispytaniyam na tvyordostVelichina tvyordosti po Rokvellu svyazana s drugimi prochnostnymi harakteristikami veshestv Eta svyaz issledovalas takimi uchyonymi materialovedami kak N N Davidenkov M P Markovec i dr Naprimer po rezultatam proverki na tvyordost vdavlivaniem mozhno opredelit predel tekuchesti veshestva Dlya vysokohromistyh nerzhaveyushih stalej posle razlichnyh rezhimov termoobrabotki otklonenie rezultatov poluchennyh takim metodom ot razrushayushih metodov sostavilo vsego 0 9 istochnik ne ukazan 2110 dnej Takzhe issledovalas svyaz mezhdu znacheniyami tvyordosti i drugimi prochnostnymi harakteristikami opredelyaemymi pri rastyazhenii takimi kak predel prochnosti vremennoe soprotivlenie razrusheniyu otnositelnoe suzhenie i istinnoe soprotivlenie razrusheniyu Sm takzheTvyordost po Brinellyu Tvyordost po Vikkersu Metod Shora vdavlivanie Metod Shora otskok Shkala MoosaPrimechaniyaUdarenie v slovosochetanii metod Rokvella rus Data obrasheniya 28 sentyabrya 2021 Arhivirovano 28 sentyabrya 2021 goda Kehl G L The Principles of Metallographic Laboratory Practice 3rd Ed McGraw Hill Book Co 1949 p 229 H M Rockwell amp S P Rockwell Hardness Tester US Patent 1294171 Feb 1919 S P Rockwell The Testing of Metals for Hardness Transactions of the American Society for Steel Treating Vol II 11 Aug 1922 p 1013 1033 S P Rockwell Hardness Testing Machine US Patent 1516207 Nov 1924 Lysaght V E Indentation Hardness Testing Reinhold Publishing Corp 1949 p 57 62 ISO 6508 1 2005 Metallic materials Rockwell hardness test Part 1 Test method scales A B C D E F G H K N T Smith William F Hashemi Javad 2001 Foundations of Material Science and Engineering 4th ed McGraw Hill p 229 ISBN 0 07 295358 6LiteraturaFridman Ya B Mehanicheskie svojstva metallov Izd 3 e v 2 h chastyah M Mashinostroenie 1974 Bernshtejn M L Zajmovskij V A Mehanicheskie svojstva metallov Izd 2 e M Metallurgiya 1979 Normativnye dokumenty GOST 9013 59 Metally Metod izmereniya tvyordosti po Rokvellu ISO 6508 1 Metallic Materials Rockwell Hardness Test Part 1 Test Method Scales A B C D E F G H K N T ASTM E 18 Standard Methods for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of Metallic Materials ASTM E 140 Standard Hardness Conversion Tables for Metals Relationship Among Brinell Hardness Vickers Hardness Rockwell Hardness Superficial Hardness Knoop Hardness and Scleroscope Hardness
