Определение твердости по методу Роквелла

Сущность метода заключается во вдавливании наконечника с алмазным конусом или со стальным шариком в испытуемый образец под действием последовательно прилагаемых предварительной Р₀ и основной Р₁ нагрузок и измерением глубины отпечатка, а точнее разности между глубиной отпечатков, полученных от вдавливания наконечника под действием основной нагрузки и от вдавливания под предварительной нагрузкой (рис. 2,а).

а б

Рис.2. Измерение твердости по Роквеллу: а – схема испытания; б – прибор для измерения твердости: 1- столик, 2 – маховик; 3 – груз, 4 – шкала-индикатор, 5 – масляный регулятор, 6 – шток с индентором, 7 – рукоятка.

Испытуемый образец устанавливают на столик прибора (рис.2, б), поворотом маховика по часовой стрелке столик поднимают таким образом, чтобы наконечник мог вдавливаться в поверхность установленного образца; при дальнейшем подъеме столика начинают вращаться стрелки на циферблате. Подъем столика продолжают до тех пор, пока малая стрелка не примет вертикального положения, указываемого на циферблате красной точкой. Это означает, что наконечник вдавился в образец под действием определенной (предварительной) нагрузки, равной 10 кг. Предварительное нагружение проводят для того, чтобы исключить влияние упругой деформации и различной степени шероховатости поверхности образца на результаты измерений.

Когда образец получает предварительную нагрузку 10 кг, большая стрелка на циферблате принимает вертикальное положение или близкое к нему. Для точности измерения необходимо, чтобы большая стрелка указывала на цифру «0» на черной шкале циферблата. Если положение большой стрелки не совпадает точно с цифрой «0», то, не меняя величины предварительного нагружения и, следовательно, не вращая маховик, поворачивают шкалу индикатора (круг циферблата) таким образом, чтобы цифра «0» на черной шкале циферблата переместилась и совпала с большой стрелкой, отклонение которой от вертикали допускается в пределах ±5 единиц шкалы.

Затем освобождают рукоятку 2 и она плавно перемещается до упора. Такое перемещение рукоятки сообщает испытуемому образцу через рычаг основную нагрузку, определяемую грузом, привешенным к рычагу. При этом нагружении большая стрелка перемещается по циферблату против часовой стрелки. Время приложения основной нагрузки 5 – 7 с. Затем рукоятку прибора плавно переводят в исходное состояние и тем самым снимают дополнительную нагрузку, но оставляют предварительную. Большая стрелка перемещается по циферблату по часовой стрелке. Цифра, на которую указывает на шкале циферблата большая стрелка, представляет число твердости по Роквеллу. Эту цифру записывают и, поворачивая маховик против часовой стрелки, опускают столик прибора с образцом, снимая тем самым предварительную нагрузку.

Прибор измеряет разность между глубиной отпечатков, полученных от вдавливания наконечника под действием основной нагрузки и от вдавливания под предварительной нагрузкой. Каждое деление (единица шкалы) индикатора соответствует глубине вдавливания в 0,002 мм.

Испытания повторяют на одном образце четыре раза, принимая среднее из трех последних.

Существуют три шкалы измерения твердости по методу Роквелла – А, В, С. Они отличаются прикладываемой нагрузкой и индентором (закаленный стальной шарик с диаметром 1, 59 мм или алмазный конус с углом при вершине 120º) и служат для определения твердости различных материалов (табл. 3) – от мягких цветных металлов до твердых сплавов (от 100 НВ до 1000 НВ).

Твердость по Роквеллу обозначается цифрами, характеризующими величину твердости и буквами HR с указанием шкалы твердости. Например, 61 HRC – твердость 61 по шкале С.

1. Шкала А. Измерения проводятся алмазным конусом с общей нагрузкой 60 кг (600 Н), в этом случае также пользуются черной шкалой, обозначают НRА. Шкалу HRA применяют для испытания твердых сплавов, тонкого листового материала, а также для определения твердости малых поверхностных слоев.

2. Шкала В. Измерения проводятся стальным закаленным шариком с общей нагрузкой 100 кг (1000 Н). Измеряют твердость отожженной стали и цветных металлов. Значение твердости оценивают по красной шкале "В" и обозначают HRB.

3. Шкала С. Измерения проводятся алмазным конусом с общей нагрузкой 150 кг (1500 Н) для определения твердости: закаленной и отпущенной стали – с твердостью больше 450 НВ; материалов средней твердости (больше 230 НВ); поверхности слоев толщиной более 0,5 мм (например, цементированного). Значения твердости оценивают по черной шкале и обозначают HRC.

Таблица 3