Измерение твердости по методу Роквелла
Твёрдость по Роквеллу определяется по глубине вдавливания в испытываемую поверхность твёрдого наконечника (алмазного конуса или стального закаленного шарика), подвергающегося действию статической нагрузки (рис. 2) и выражается в условных единицах. Глубина отпечатка измеряется в самом процессе вдавливания, что значительно упрощает испытания. Нагрузка прилагается последовательно в две стадии (ГОСТ 9013-59): сначала предварительная Р0, обычно равная 10 кгс (для устранения влияния упругой деформации и различной степени шероховатости), а затем основная Р (рис. 2).
Рис.2. Схема определения твердости металла по методу Роквелла:
Р0 – предварительная нагрузка, кгс; Р ‑ общая нагрузка, кгс; h0 ‑ глубина внедрения наконечника в поверхность под давлением предварительной нагрузки, мм; h ‑ глубина внедрения под действием общей нагрузки, мм.
Твердомер Роквелла измеряет разность между глубиной отпечатков, полученных от вдавливания наконечника под действием основной и предварительной нагрузок. Каждое давление (единица шкалы) индикатора соответствует глубине вдавливания 2 мкм. Однако условное число твердости по Роквеллу (HR) представляет собой не указанную глубину вдавливания (h – h0), а величину 100 – (h – h0) по черной шкале при измерении конусом и величину 130 – (h – h0) по красной шкале при измерении шариком.
Твёрдость может быть выражена по одной из трёх шкал:
шкала С ‑ вдавливается алмазный конус (имеющий угол при вершине 120º и радиус закругления 0,2 мм) под нагрузкой Р = 1500 Н (150 кгс); число твердости определяется по формуле HRC = 100 ‑ (h – h0)·0,002;
шкала В ‑ вдавливается стальной шарик диаметром 1,588 мм под нагрузкой Р = 1000 Н (100 кгс); число твердости определяется по формуле HRB = 130 ‑ (h – h0)·0,002;
шкала А ‑ вдавливается алмазный конус под нагрузкой Р = 600 Н (60 кгс); число твердости определяется по формуле HRА = 100 ‑ (h – h0)·0,002.
Числа твердости по Роквеллу не имеют размерности и того физического смысла, который имеют числа твердости по Бринеллю, однако можно найти соотношение между ними с помощью таблицы 1.
По шкале В измеряется твердость образцов из мягких материалов (60…230 HB) толщиной не менее 2 мм (отожженные стали и цветные сплавы). По шкале С измеряется твердость образцов из твердых материалов (230…700 HB) толщиной не менее 0,4 мм (закаленные и отпущенные стали, материалы средней твердости), поверхностных слоев толщиной более 0,5 мм. По шкале А измеряется твердость образцов из твердых материалов (230…700 HB) толщиной менее 0,4 мм, но не менее десятикратной глубины вдавливания, а также тонколистового материала.
При обозначении твердости по Роквеллу указывают число твердости, буквы HR, и шкалу измерения. Например, 40HRC, 65HRB, 70HRA, 40‑45HRC. Числа твёрдости при измерениях определяются непосредственно по соответствующим шкалам на приборе.
Условия проведения измерений. При измерении твердости на приборе Роквелла необходимо, чтобы на поверхности образца не было окалины, трещин, выбоин и др. Необходимо контролировать перпендикулярность приложения нагрузки и поверхности образца и устойчивость его положения на столике прибора. Расстояния между центрами отпечатков и от центра до края образца при определении твердости по шкалам А и С должны быть не менее 2,5 мм, а по шкале В – не менее 4 мм.
Преимущества метода: быстрота ‑ значение твердости фиксируется непосредственно стрелкой индикатора, при этом отпадает необходимость в оптическом измерении размеров отпечатка, возможность измерения поверхностей с высокой твердостью, а также малых и тонких образцов, незначительное повреждение поверхности.
Недостатки метода: необходимость тщательной подготовки поверхности испытываемого образца.