Выбор условий измерения твердости по Роквеллу

Пределы измерения, ед.	Обозначение шкалы	Вид наконечника	Нагрузка, кгс	Обозначение твердости	Соответствующие приближенные значения чисел твердости по Виккерсу, HV
25-100	В	Стальной шарик	100	HRB	60-240
20-67	С	Алмазный конус	150	HRC	240-900
70-85	А	Алмазный конус	60	HRA	390-900

При способе Роквелла измеряется не диаметр, а глубина отпе­чатка. Для численной характеристики твердости введена условная шкала с цифрами, нанесенными в порядке, обратном движению стрелки в момент приложения груза, причем внедрение наконечника на 0,002 мм соответствует перемещению стрелки на одно деление. Если стрелка сделает один оборот от начального положения, то конус или шарик внедрится на 0,2 мм. Следовательно, чем углуб­ление больше, тем твердость меньше.

Числа твердости по Роквеллу, выраженные в условных единицах отвлеченным числом, связываются с углублением форму­лами:

для шкалы С;

для шкалы В,

где h₀ – глубина внедрения наконечника в испытуемый образец под действием предварительной нагрузки;

h – глубина внедрения наконечника под действием общей нагрузки.

Это позволяет нанести на циферблат индикатора прибора числа твердости. На циферблате имеются две шкалы: красная и черная. Красная шкала (при применении шарика) смещена относительно нулевого деления черной шкалы на 30 делений. Необходимость смещения вызвана тем, что глубина вдавливания при стандартных на­грузках на шарик по Роквеллу часто получается более 0,2 мм и до­стигает до 0,26 мм, т. е. стрелка при вдавливании делает поворот более чем на 100 делений. Наряду с этим при испытании шариком глубина отпечатка не бывает меньше 0,06 мм и, таким образом, перемещение стрелки по циферблату не бывает менее чем на 30 де­лений.

В настоящее время для испытания более тонких деталей и твер­дых тонких поверхностных слоев применяется супер-Роквелл – прибор, позволяющий производить испытания при меньшей нагрузке по сравнению с прибором Роквелла, а именно при предварительной нагрузке 3 кгс и основной 45; 30 и 15 кгс, а также прибор Виккерса. По Виккерсу измерение твердости (HV) выполняют вдавливанием в испытуемый материал четырехгранной алмазной пирамиды с углом в вершине 136. В этом приборе применяются нагрузки от 5 до 120 кгс.

2. Практическая часть

2.1. Практика определения твердости по Бринеллю

В настоящее время прессы Бринелля строят двух видов: гидравлические (масляные) и рычажные.

Рычажный пресс Бринелля является прибором с механическим приводом. Работа пресса автоматизирована. Он дает точную величину нагружения и автоматически устанавливает скорость этого нагружения, его длительность и исключает всякую возможность динамичности нагрузки.

На рис. 2 показана схема рычажного автоматического пресса Бринелля типа ПБМ. Работа на прессе осуществляется следующим образом. Перед началом испытания устанавливаются грузы и ша­рик в зависимости от рода и толщины испытуемого материала. Ры­чаг с подвесками без грузов уравновешивает нагрузку на шарик 187,5 кгс. Подбором грузов можно осуществить следующие нагруз­ки: 187,5; 250; 500; 750; 1000 и 3000 кгс.

Рис. 2. Рычажный автоматический пресс Бринелля

Испытуемый образец помещается на столике 1 и при помощи винта, приводимого в движение вращением маховичка или рукоят­ки 2, поднимается к шарику, укрепленному в оправке 11, до тех пор, пока пружина 4, прижимающая шарик к образцу, не сожмется до отказа, а указатель 3 не станет против риски, создавая этим предварительную нагрузку 100 кгс. Затем нажатием кнопки (сбоку пресса) включается электродвигатель, который через коробку ско­ростей 5 приводит во вращательное движение эксцентрик 6. Эксцен­трик, вращаясь, опускает шатун 7 вниз, в результате чего грузы 8 через систему рычагов 9 и 10 создают нагрузку на шарик.

При дальнейшем вращении эксцентрика шатун поднимается, сни­мает нагрузку с шарика, возвращает рычаги 9 и 10 и грузы 8 в ис­ходное положение. Возвращение грузов в исходное положение сиг­нализируется звонком 12 и сопровождается выключением электро­двигателя. Вращением маховичка или рукоятки 2 в обратную сто­рону опускают стол 1, испытуемый образец отводят от шарика, по­сле чего измеряют диаметр отпечатка и по табл. 3, зная нагрузку и диаметр шарика, находят твердость по Бринеллю.

Таблица 3

Диаметр отпечатка в мм d10, или 2d5, или 4d2,5*	Число твердости при нагрузке Р в кгс			Диаметр отпечатка в мм d10, или 2d5, или 4d2,5*	Число твердости при нагрузке Р в кгс
	30D2	10D2	2,5D2		30D2	10D2	2,5D2
2,90	444	-	-	4,55	174	58,1	14,5
2,95	430	-	-	4,60	170	56,8	14,2
3,00	415	-	34,6	4,65	166	55,5	13,9
3,05	401	-	33,4	4,70	163	54,3	13,6
3,10	388	129	32,3	4,75	159	53,0	13,3
3,15	375	125	31,3	4,80	156	51,9	13,0
3,20	363	121	30,3	4,85	153	50,7	12,7
3,25	352	117	29,3	4,90	149	49,6	12,4
3,30	340	114	28,4	4,95	146	48,6	12,2
3,35	332	110	27,6	5,00	143	47,5	11,9
3,40	321	107	26,7	5,05	140	46,5	11,6
3,45	311	104	25,9	5,10	137	45,5	11,4
3,50	302	101	25,2	5,15	134	44,6	11,2
3,55	293	97,7	24,5	5,20	131	43,7	10,9
3,60	286	95	23,7	5,25	128	42,8	10,7
3,65	277	92,3	23,1	5,30	126	41,9	10,5
3,70	269	89,7	22,4	5,35	123	41,0	10,3
3,75	262	87,2	21,8	5,40	121	40,2	10,1
3,80	255	84,9	21,2	5,45	118	39,4	9,86
3,85	248	82,6	20,7	5,50	116	38,6	9,66
3,90	241	80,4	20,1	5,55	114	37,9	9,46
3,95	235	78,3	19,6	5,60	111	37,1	9,27
4,00	229	76,3	19,1	5,65	109	36,4	9,10
4,05	223	74,3	18,6	5,70	107	35,7	8,93
4,10	217	72,4	18,1	5,75	105	35,0	8,80
4,15	212	70,6	17,6	5,80	103	34,3	8,59
4,20	207	68,8	17,2	5,85	101	33,7	8,43
4,25	202	67,1	16,8	5,90	99,2	33,1	8,26
4,30	196	65,5	16,4	5,95	97,3	32,4	8,11
4,35	192	63,9	16,0	6,00	95,5	31,8	7,96
4,40	187	62,4	15,6
4,45	183	60,9	15,2
4,50	179	59,5	14,9
* – Диаметры отпечатков в таблице даны для шарика D = 10 мм

2.2. Практика определения твердости по Роквеллу

Схема прибора Роквелла типа РВ показана на рис. 3.

Рис. 3. Схема прибора Роквелла

Испытание на приборе Роквелла производится следующим обра­зом. Подвесив грузы и вставив в оправку шарик или алмаз 3, руко­водствуясь при этом данными табл. 2, показывающими условия стандартного определения твер­дости по Роквеллу, по ГОСТ 9013-59, испытуемый образец кла­дут на столик 1 прибора. При по­мощи штурвала 2 образец подво­дится к алмазному конусу (шари­ку) и слегка вдавливается в него (пружина 4 при этом сжимается) до достижения предварительной нагрузки 10 кгс, что отмечается на циферблате 11 установкой ма­ленькой стрелки против красной точки.

Предварительная нагрузка 10 кгс позволяет установить плот­ное соприкосновение между алма­зом (шариком) и образцом, и та­ким образом, избежать ошибок, вызываемых различной чистотой обработки поверхности испытываемых деталей. Когда маленькая стрелка установится против красной точки, необходимо повернуть ободок индикатора 11 так, чтобы ноль черной шкалы (или деление В30 красной шкалы) совпали с большой стрелкой. Легким нажимом откидывают назад рукоятку 5, и она медленно перемещается до упора, вследствие чего автоматически включается рычажная систе­ма 6 с грузами 7–9. Груз оказывает давление на алмаз (шарик) и индикатор шкалы одновременно. Благодаря масляному тормозу 10 нагрузка передается плавно, без толчков. После того как движение рукоятки прекратится, ее возвращают обратно, чем снимается ос­новная нагрузка. Большая стрелка будет указывать величину твер­дости по Роквеллу. Правильность показаний прибора Роквелла проверяется по эталонам, т.е. по образцам, твердость которых за­ранее известна.

Числа твердости по Роквеллу можно приближенно перевести в числа твердости по Бринеллю, пользуясь табл. 4, составленной на основании экспериментальных данных. Чтобы избежать неясностей и ошибок, следует всегда указывать, по какой шкале производились испытания. Для этого введены следующие условные обозначения: HRC означает, что испытания производились алмазным конусом с нагрузкой 150 кгс; HRB – испытания производились стальным шариком с нагрузкой 100 кгс, HRA – испытания производились алмазным конусом с нагрузкой 60 кгс.

Таблица 4

Твердость по Виккерсу	Твердость по Бринеллю (D=10мм; Р=3000 кгс)		Твердость по Роквеллу			Твердость по Виккерсу	Твердость по Бринеллю (D=10мм; Р=3000 кгс)		Твердость по Роквеллу
			Шкала						Шкала
	d, мм	число твер-дости	С	В	А		d, мм	число твер-дости	С	В	А
1220	2,20	782	72	-	89	226	4,00	228	22	98	62
1114	2,25	744	69	-	87	221	4,05	223	21	97	61
1021	2,30	713	67	-	85	217	4,10	217	20	97	61
940	2,35	683	65	-	84	213	4,15	212	19	96	60
867	2,40	652	63	-	83	209	4,20	207	18	95	60
803	2,45	627	61	-	82	201	4,25	202	-	94	59
746	2,50	600	59	-	81	197	4,30	196	-	93	58
694	2,55	578	58	-	80	190	4,35	192	-	92	58
649	2,60	555	56	-	79	186	4,40	187	-	91	57
606	2,65	532	54	-	78	183	4,45	183	-	89	56
587	2,70	512	52	-	77	177	4,50	179	-	88	56
551	2,75	495	51	-	76	174	4,55	174	-	87	55
534	2,80	477	49	-	76	171	4,60	170	-	86	55
502	2,85	460	48	-	75	165	4,65	166	-	85	54
474	2,90	444	47	-	74	162	4,70	163	-	84	53
460	2,95	430	45	-	73	159	4,75	159	-	83	53
435	3,00	418	44	-	73	154	4,80	156	-	82	52
423	3,05	402	43	-	72	152	4,85	153	-	81	52
401	3,10	387	41	-	71	149	4,90	149	-	80	51
390	3,15	375	40	-	71	147	4,95	146	-	78	50
380	3,20	364	39	-	70	144	5,00	143	-	76	50
361	3,25	351	38	-	69	-	5,05	140	-	76	-
344	3,30	340	37	-	69	-	5,10	137	-	75	-
335	3,35	332	36	-	68	-	5,15	134	-	74	-
320	3,40	321	35	-	68	-	5,20	131	-	72	-
312	3,45	311	34	-	67	-	5,25	128	-	71	-
305	3,50	302	33	-	67	-	5,30	126	-	69	-
291	3,55	293	31	-	66	-	5,35	124	-	69	-
285	3,60	286	30	-	66	-	5,40	121	-	67	-
278	3,65	277	29	-	65	-	5,45	118	-	66	-
272	3,70	269	28	-	65	-	5,50	116	-	65	-
261	3,75	262	27	-	64	-	5,55	114	-	64	-
255	3,80	255	26	-	64	-	5,60	112	-	62	-
250	3,85	248	25	-	63	-	5,65	109	-	61	-
240	3,90	241	24	100	63	-	5,70	107	-	59	-
235	3,95	235	23	99	62	-	5,75	105	-	58	-

Общего точного метода перевода чисел твердости по Бринеллю на числа твердости по другим шкалам или на прочность при рас­тяжении не существует. Поэтому следует избегать таких переводов, за исключением частных случаев, когда благодаря сравнительным испытаниям имеется надежная основа для перевода.

Быстрота испытаний на приборе Роквелла и возможность изме­рять небольшие детали, так как отпечаток очень мал, дают этому способу преимущества перед способом Бринелля.

3. ПРАВИЛА ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

См. "Инструкция по ТБ № 181".

4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

– Краткое описание определения твердости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу с изложением теоретических положений и формулами.

– Результаты испытаний в виде таблицы, в которую внесены все экспериментальные данные по определению твердости.

– Таблица с пересчетом показателей твердости НВ для испытуемых материалов в соответствующие показатели по методам Виккерса и Роквелла.

5 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Определение твердости по Бринеллю.

2. Определение твердости по Роквеллу.

3. Определение твердости по Виккерсу.

4. Какой метод определения твердости применяют для закаленных сталей и твердых покрытий.

5. Какой метод определения твердости применяют для сталей и сплавов после отжига.

8