Твердость различных металлов по роквеллу

Содержание
  1. Вернуться в «Каталог СНиП»
  2. ГОСТ 9013-59* Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу.
  3. МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
  4. Москва
  5. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
  6. 1. ОТБОР ОБРАЗЦОВ
  7. 3. АППАРАТУРА
  8. 4. ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ
  9. 5. ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЯ
  10. ПРИЛОЖЕНИЕ 1
  11. Обязательное
  12. ОБОЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ, ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И СХЕМЫ ПРИЛОЖЕНИЯ НАГРУЗКИ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ТВЕРДОСТИ
  13. Твердость по Роквеллу
  14. Метод измерения твердости по Роквеллу
  15. Твердость металла по Роквеллу: таблица
  16. Определение твердости металлов и сплавов
  17. Метод Бринелля
  18. Метод Виккерса
  19. Метод Роквелла
  20. Что это — метод Роквелла? Метод определения твердости
  21. Преимущества твердомера МЕТОЛАБ 202
  22. Метод Роквелла
  23. Шкалы твёрдости по Роквеллу
  24. Наиболее широко используемые шкалы твердости по Роквеллу
  25. Формулы для определения твёрдости
  26. Проведение испытания
  27. Факторы, влияющие на точность измерения
  28. Сравнение шкал твёрдости
  29. Оценка механических свойств по испытаниям на твёрдость
  30. Принцип измерения твердости по Роквеллу
  31. Методика измерения
  32. Метрологические характеристики испытательных нагрузок
  33. Формула для расчёта
  34. Параметры твердомеров МЕТОЛАБ по Роквеллу
  35. Методика проведения испытаний
  36. Параметры твердомеров МЕТОЛАБ по Супер-Роквеллу
  37. Что повлияет на точность
  38. Способ измерения твердости методом царапания
  39. Измерение микротвердости
  40. Соотношение значений твердости
  41. Оценка механических свойств по испытаниям на твёрдость

Полное меню
Основные ссылки

На правах рекламы:

Вернуться в «Каталог СНиП»

ГОСТ 9013-59* Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу.

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

МЕТАЛЛЫ
МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ПО РОКВЕЛЛУ

ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ

Москва

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Центральным научно-исследовательским институтом черных металлов Министерства черной металлургии СССР

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Комитетом стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР 04.02.59

3. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

4. Стандарт соответствует СТ СЭВ 469-77 и ИСО 6508-86

5. Стандарт унифицирован со стандартом TGL 9011

6. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

7. Ограничение срока действия снято по протоколу № 4-93 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 4-94)

8. ИЗДАНИЕ (октябрь 2001 г.) с Изменениями № 1, 2, 3, утвержденными в мае 1979 г., октябре 1984 г., мае 1989 г. (ИУС 7-79, 1-85, 8-89)

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Метод измерения твердости по Роквеллу

Metals. Method of measuring Rockwell hardness

Дата введения 01.01.69

Настоящий стандарт устанавливает метод измерения твердости по Роквеллу (шкалы А, В, С, D, E, F, G, Н, K ) при температуре °С.

Сущность метода заключается во внедрении в поверхность образца (или изделия) алмазного конусного (шкалы А, С, D) или стального сферического наконечника (шкалы В, Е, F, G, Н, K ) под действием последовательно прилагаемых усилий предварительного F и основного F1 усилий и в определении глубины внедрения наконечника после снятия основного усилия (F1).

Обозначения параметров, их определения и схемы приложения нагрузки при определении твердости приведены в приложении 1.

(Измененная редакция, Изм. № 3).

Содержание

1. ОТБОР ОБРАЗЦОВ

1.1. Толщина образца (или изделия) должна не менее чем в 10 раз превышать глубину внедрения наконечника после снятия основного усилия (F1).

Минимальная толщина образца или изделия определяется в соответствии c приложением 2.

1.2. Шероховатость поверхности образца (или участки для измерения твердости изделия) R a должна быть не более 2,5 мкм по ГОСТ 2789 , если нет других указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию.

1.3. Образец должен быть подготовлен таким образом, чтобы не изменялись его свойства в результате механической или другой обработки, например, от нагрева или наклепа.

Разд. 1. (Измененная редакция, Изм. № 3).

Разд. 2. (Исключен, Изм. № 3).

3. АППАРАТУРА

Приборы для измерения твердости должны обеспечивать приложение усилий, приведенных в табл. 1.

3.2. Наконечник алмазный конусный типа НК по ГОСТ 9377 , угол при вершине — 120°, радиус сферической части 0,2 мм.

Предельные отклонения диаметров шарика не должны превышать:

±0,003 мм — для шарика диаметром 1,588 мм;

±0,004 мм — для шарика диаметром 3,175 мм.

3.4. Столик или подставка должны иметь твердость на опорных поверхностях не менее 50 HRCэ.

Таблица 1

Обозначение единицы измерения

Предварительное усилие F

Диапазон измерений, ед. твердости

4. ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ

4.1. Измерение твердости проводят при температуре °С. При разногласиях в результатах измерение твердости проводят при температуре (23±5) °С.

4.2. Опорные поверхности столика и подставки, а также опорные и рабочие поверхности образца (или изделия) должны быть очищены от посторонних веществ (окалины, смазки и др.).

4.3. Образец должен быть установлен на столике или подставке устойчиво во избежание его смещения и прогиба во время измерения твердости.

4.4. При измерении твердости прибор должен быть защищен от вибрации и ударов.

4.5. При измерении твердости должны соблюдаться условия:

плавное приведение наконечника в контакт с рабочей поверхностью образца (или изделия);

плавное приложение предварительного F и основного F1 (в течение 2-8 с) усилий;

плавное снятие основного усилия F1 через 1-3 с после резкого замедления или остановки стрелки индикатора (или изменения показаний цифрового отсчетного устройства).

Для металлов, при измерении твердости которых резкого замедления или остановки стрелки индикатора (или изменения показаний цифрового отсчетного устройства) не наблюдается, время выдержки под общим усилием F должно составлять от 10 до 15 с.

При наличии указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию указанное время выдержки может быть увеличено до 60 с.

4.6. Расстояние между центрами двух соседних отпечатков должно быть не менее четырех диаметров отпечатка (но не менее 2 мм).

Расстояние от центра отпечатка до края образца должно быть не менее 2,5 диаметра отпечатка (но не менее 1 мм).

4.7. На опорной поверхности образца (или изделия) не должно наблюдаться следов деформации от отпечатка.

4.8. Число твердости по Роквеллу определяется по шкале индикатора или показателя цифрового отчетного устройства с округлением до 0,5 единицы твердости.

4.9. При измерении твердости на выпуклых цилиндрических и сферических поверхностях по шкалам А, В, С, D, F, G в результаты измерения твердости должны быть введены поправки, величины которых приведены в приложении 3. Поправки прибавляются к полученным значениям твердости.

Поправки при измерении твердости на вогнутых поверхностях устанавливаются в нормативно-технической документации на металлопродукцию.

4.10. После смены наконечника, рабочего столика или подставки первые три измерения не учитываются.

4.11. Количество отпечатков при измерении твердости, способ обработки и результаты измерений указываются в нормативно-технической документации на металлопродукцию.

5. ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЯ

5.1. В протоколе измерения твердости следует указать:

значения и шкалу твердости;

продолжительность выдержки индикатора под общей нагрузкой в случае отличия от стандартных условий;

Разделы 3-5. (Измененная редакция, Изм. № 3).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Обязательное

ОБОЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ, ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И СХЕМЫ ПРИЛОЖЕНИЯ НАГРУЗКИ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ТВЕРДОСТИ

Источник

Твердость по Роквеллу

Твердость материалов является интегрирующим показателем их механических свойств. Существует эмпирическое соответствие между значением твердости и рядом механических характеристик (например, предел прочности на сжатие, растяжение или изгиб).

С развитием машиностроения возникла необходимость иметь общие методики измерения твердости. В начале XX века профессором Людвигом была разработана теоретическая часть методики определения твердости алмазным конусом. В 1919 году Хью и Стэнли Роквеллы запатентовали гидромеханическую установку, которая получила имя — твердомер Роквелла.

Актуальность этого устройства вызвана необходимостью применения неразрушающих методов контроля твердости в подшипниковой промышленности. Существующий метод Бринелля (HB) основан на измерении площади отпечатка шарика диаметром 10 мм. Отпечаток формируется с помощью шарика из закаленной стали или карбида вольфрама, который вдавливается в образец с определенным усилием. Метод Бринелля применяется для определения твердости цветных металлов или низколегированных сталей и неприменим для образцов из закаленной стали. Это связано с тем, что рабочая нагрузка составляет 3000 кгс. Шарик деформируется, поэтому метод Бринелля не может считаться неразрушающим методом контроля.

Метод измерения твердости по Роквеллу

Твердость — характеристика материала, противоположная пластичности, способности материала «вытекать» из-под нагрузки. Методика измерения твердости по Роквеллу предназначена для неразрушающего контроля твердости наименее пластичных материалов — сталей и их сплавов. Универсальность метода заключается в наличии трех шкал твердости, которые проградуированы для измерения под одной из трех нагрузок (60, 100 и 150 кгс) для работы с одной из измерительных головок. В качестве рабочего органа измерительной головки применяют алмазный конус с углом 120° и радиусом при вершине 0,2 мм или закаленный шарик диаметром 1/16“ (1,588 мм).

Читайте также:  Металл на сормовской 21

Метод основан на фиксации прямого измерения глубины проникновения твердого тела измерительной головки (индентора) в материал образца. Глубина отпечатка характеризует способность материала сопротивляться внешнему воздействию без образования валика из вытесненного металла вокруг индентора.

Единица твердость по Роквеллу — безразмерная величина, которая выражается в условных единицах до 100. За единицу твердости приняли перемещение индентора на 0,002.

Твердость металла по Роквеллу: таблица

Таблица создана для наглядного сравнения методов Роквелла и Бриннеля.

Источник

Определение твердости металлов и сплавов

Метод Бринелля

Данный метод заключается во вдавливании шарика, который изготавливается из стали или твёрдого сплава, в испытуемый объект с некоторой силой направленной перпендикулярно, и последующего измерения полученного диаметра отпечатка.

Твердость по Бринеллю имеет своё символьное обозначение:

НВ – наносится в случае использования стального шарика;

HBW – в данном случае применяется шарик из твёрдого сплава.

Перед буквенным обозначением указывается цифровое значение твёрдости, а после него диаметр шарика, значение силы воздействия и время выдержки, если она отлична от 10 до 15 секунд.

250 НВ 5/750 – твердость по Бринеллю 250 , использовался пяти миллиметровый стальной шарик, сила воздействия составляла 750 кгс ( 7355 Н ). Продолжительность выдержки не указана, это означает, что она находится в пределах от 10 до 15 секунд;

575 HBW 2,5/187,5/30 – твердость по Бринеллю 575 , используется твердосплавный шарик с диаметром 2,5 мм , приложенная сила равна 187,5 кгс ( 1839 Н ) а выдержка составляет 30 секунд.

При силе 3000 кгс ( 29420 Н ) приложенной твердосплавным или стальным десятимиллиметровым шариком к поверхности образца или изделия с выдержкой от десяти до пятнадцати секунд указывают только твёрдость и символы.

Пример: 190 НВ , 600 HBW .

Метод Виккерса

Данным методом твёрдость измеряется по средствам вдавливания алмазного наконечника с геометрической формой правильной четырехгранной пирамиды в испытуемый объект и последующим замером диагоналей получившегося отпечатка после его выведения.

Твердость по Виккерсу обозначают цифрами в зависимости от величины твердости и буквами HV .

450 HV – твердость по Виккерсу соответствует значению 450 , приложенная сила 30 кгс и время затраченное на выдержку 10 – 15 секунд.

220 HV 10 / 40 – твердость по Виккерсу ровна значению 220 , сила ровна 98,07 Н ( 10 кгс ), выдержка 40 секунд.

Общего точного перевода чисел твердости, измеренных алмазной пирамидой (по Виккерсу), 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 имеются основания для перевода.

Метод Роквелла

Данный метод основан на внедрение в поверхность тела алмазного конусного или стального сферического наконечника под действием двух последовательных сил с последующим определением глубины проникновения наконечника. Причём замер производится после отключения основной силы.

Обозначение твёрдости по Роквеллу наносится символами, HR перед которыми указывается цифровое значение твердости, а после символ принадлежности к определённой шкале.

Пример: 24,8 HRC – твердость по Роквеллу 24,8 единиц по шкале С .

Для унификации измерений был введён специальный эталон для шкал твердости Роквелла и Супер-Роквелла ( ГОСТ 8.064 – 94 ), которые приведены в таблице ниже.

Диапазоны шкал твердости Шкалы Диапазоны измерений Роквелла А 70 – 93 HRA В 25 – 100 HRB С 20 – 67 HRC Супер-Роквелла N 15 70 – 94 HRN 15 N 30 40 – 86 HRN 30 N 45 20 – 78 HRN 45 Т 15 62 – 93 HRT 15 Т 30 15 – 82 HRT 30 Т45 10 – 72 HRT 45

В последующих таблицах приводятся приближенные соотношения между значениями твердости, выявленные различными методами.

Источник

Что это — метод Роквелла? Метод определения твердости

Стационарный твердомер МЕТОЛАБ 202 — автоматический прибор с расширенным функционалом для измерения твердости контролируемых объектов по Роквеллу и Супер-Роквеллу.

По Роквеллушкалы A, B, C (пред. нагрузка 10 кгс) выполняется контроль изделий из литой и легированной стали, алюминиевых сплавов, немагнитных металлов, пластмасс и других материалов.

По Супер-Роквеллушкалы HR15N, HR30N, HR45N, HR30T (пред. нагрузка 3 кгс) — контроль твердости мелких и тонких деталей из металлов и сплавов; деталей с упрочненными поверхностными слоями; закаленных и незакаленных сталей; меди; цинкованных, хромированных и луженых покрытий поверхностей, подшипниковых сталей, алюминиевых сплавов, листового металла, наплавленных слоев.

Прибор внесен в Гос. Реестр средств измерений РФ, поставляется со Свидетельством о первичной поверке.

Преимущества твердомера МЕТОЛАБ 202

  • Полностью автоматизированный процесс измерений.
  • Возможность задания нижней/верхней границ измерений, звуковая сигнализация при выходе значений за установленные границы.
  • Статистическая обработка результатов – вывод минимального/среднего/максимального значений.
  • Перевод результатов измерений по шкалам Виккерса, Бринелля.
  • Поправка на кривизну цилиндрических и шарообразных деталей.
  • Интуитивное управление, русскоязычное меню.
  • Большие удобные кнопки для ввода параметров измерения; яркий ЖК экран для считывания показаний
  • Широкий диапазон измеряемых значений.
  • Передача данных на ПК в виде электронных таблиц формата Excel для удобства обработки результатов.
  • Встроенный мини-принтер для распечатки результатов измерений.

Метод Роквелла

Метод Роквелла является методом проверки твёрдости материалов. Из-за своей простоты этот метод является наиболее распространённым и основан на проникновении твёрдого наконечника в материал и измерении глубины проникновения.

Шкалы твёрдости по Роквеллу

Существует 11 шкал определения твердости по методу Роквелла (A; B; C; D; E; F; G; H; K; N; T), основанных на комбинации «индентор (наконечник) — нагрузка». Наиболее широко используются два типа индентеров: шарик из карбида вольфрама диаметром 1/16 дюйма (1,5875 мм) или такой же шарик из закаленной стали и конический алмазный наконечник с углом при вершине 120°. Возможные нагрузки — 60, 100 и 150 кгс. Величина твёрдости определяется как относительная разница в глубине проникновения индентора при приложении основной и предварительной (10 кгс) нагрузки.

Для обозначения твёрдости, определённой по методу Роквелла, используется символ HR, к которому добавляется буква, указывающая на шкалу по которой проводились испытания (HRA, HRB, HRC).

Наиболее широко используемые шкалы твердости по Роквеллу

Шкала Индентор Нагрузка, кгс
А Алмазный конус с углом 120° при вершине 20 кгс
В Шарик диам. 1/16 дюйма из карбида вольфрама (или закаленной стали) 100 кгс
С Алмазный конус с углом 120° при вершине 150 кгс

Формулы для определения твёрдости

Чем твёрже материал, тем меньше будет глубина проникновения наконечника в него. Чтобы при большей твёрдости материала не получалось большее число твёрдости по Роквеллу, вводят условную шкалу глубин, принимая за одно её деление глубину, равную 0.002 мм. При испытании алмазным конусом предельная глубина внедрения составляет 0.2 мм, или 0.2 / 0.002 = 100 делений, при испытании шариком — 0.26 мм, или 0.26 / 0.002 = 130 делений. Таким образом формулы для вычисления значения твёрдости будут выглядеть следующим образом:

  • при измерении по шкале А (HRA) и С (HRC): Разность представляет разность глубин погружения индентора (в миллиметрах) после снятия основной нагрузки и до её приложения (при предварительном нагружении).
  • при измерении по шкале B (HRB):

Проведение испытания

  • Выбрать подходящую для проверяемого материала шкалу (А, В или С).
  • Установить соответствующий индентор и нагрузку.
  • Перед тем, как начать проверку, надо сделать два неучитываемых отпечатка, чтобы проверить правильность посадки наконечника и стола.
  • Установить эталонный блок на столик прибора.
  • Приложить предварительную нагрузку в 10 кгс, обнулить шкалу.
  • Приложить основную нагрузку и дождаться до приложения 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.
Читайте также:  Консервация металла после пескоструйки

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).
  • Недопущение параллакса при считывании результатов с циферблата.

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, методы Бринелля и Виккерса включают замер отпечатка с помощью микроскопа и требуют полировку поверхности). К недостатку метода Роквелла относится меньшая точность по сравнению с методами Бринелля и Виккерса. Существует корреляция между значениями твёрдости, измеренной разными методами (см. рисунок — перевод единиц твёрдости HRB в твёрдость по методу Бринелля для алюминиевых сплавов). Зависимость носит нелинейный характер. Имеются нормативные документы, где приведено сравнение значений твёрдости, измеренной разными методами (например, ASTM E-140).

Оценка механических свойств по испытаниям на твёрдость

Связь между результатами проверки на твёрдость и прочностными характеристиками материалов исследовались такими учёными-материаловедами, как Н. Н. Давиденков, М. П. Марковец и др. Используются методы определения предела текучести по результатам проверки на твёрдость вдавливанием. Такая связь была найдена, например, для высокохромистых нержавеющих сталей после различных режимов термообработки. Среднее отклонение для конического алмазного индентора составляло всего +0,9%. Были проведены исследования по нахождению связи между значениями твёрдости и другими характеристиками, определяемыми при растяжении, такими как предел прочности (временное сопротивление), относительное сужение и истинное сопротивление разрушению.

Принцип измерения твердости по Роквеллу

В зависимости от поставленной задачи, применяется та или иная шкала, нагрузка и тип индентора: твердосплавный шарик диаметром 1,588 мм или алмазный конус (угол=120 градусов).

На выбор шкалы измерений и индентора влияют: минимально допустимая толщина объекта, твердость материала, толщина отвержденного слоя. Алмазный индентор подойдет для закаленной стали и твердого металла. Для мягкого материала – шариковый индентор. При измерении тонких объектов нагрузка не должна деформировать образец.

Тип шкалы Тип индентора Усилие, кгс Обозначение твердости Область применения
P0 P0+P1
A Алмазный конус с углом при вершине 120° 10 60 HRA Особо твердые материалы. Изделия из карбида вольфрама; изделия и поверхности после химико-термической обработки.
B Стальной закаленный шарик диаметром 1,588 мм 10 100 HRB Алюминиевые сплавы, бронза, мягкие стали. Пластичные и тонкие покрытия (напр. фольга).
C Алмазный конус с углом при вершине 120° 10 150 HRC Твёрдые стали с HRB>100. Материалы после термической обработки.

Принцип действия прибора основывается на вдавливании индентора с алмазным конусом или стальным шариком в контролируемый материал с последующим измерением полученного отпечатка.

Чем твёрже материал, тем меньше глубина проникновения индентора, тем больше будет число твердости.

При испытаниях по методу Супер-Роквелла применяются такие же инденторы, но требования к точности радиуса и угла более высокие, поскольку при малых нагрузках даже незначительное отклонение может привести к ошибкам.

Для определения твердости по методу Роквелла и Супер-Роквелла вычисляется разность между глубиной отпечатка индентора при нагрузке после снятия максимального усилия (h)
и глубиной отпечатка при предварительной нагрузке (
h0)
.

  • Р0
    – предварительная нагрузка
  • P1
    – основная нагрузка
  • P — максимальная нагрузка — сумма предварительной и основной (P0+P1)
  • h0
    – глубина вдавливания индентора при предварительной нагрузке
    Р0
  • h
    – глубина вдавливания индентора при предварительной нагрузке
    Р0
    после снятия основной нагрузки
    P1

Методика измерения

Метод определения твердости металла по Роквеллу применяется в случае, когда нужно протестировать заготовку небольшой толщины. Кроме этого, подобным образом проверяется твердость поверхностного слоя изделия, к примеру, прошедшего закалку или процесс цементирования.

Проводится определение твердости металлов методом Роквелла следующим образом:

  1. Метод основан на вдавливании более твердого объекта в испытуемый. Для этого используется специальный алмазный наконечник, который имеет форму правильной пирамиды.
  2. Нагрузка прикладывается к наконечнику на протяжении определенного времени. При этом время выдержки и величина нагрузки могут существенно различаться. Согласно установленным стандартам в ГОСТ 9013-59, нагрузка может быть от 1 до 100 кгс. При этом уточняются конкретные значения из этого промежутка.
  3. Полученные отпечатки алмазного конуса измеряются. Наиболее важными показателями в этом случае можно назвать размер диагоналей оставшегося отпечатка.

Принцип измерения твердости по Роквеллу

Полученные данные сверяются с табличными значениями, в которых учитывается величина приложенной силы и время выдержки. Рассматриваемая методика позволяет получить показатель твердости в своих условных единицах.

Процесс измерения можно разделить на несколько этапов:

  1. Определяется тип шкалы.
  2. Устанавливается подходящий индикатор. Важно выбрать индикатор, который будет соответствовать типу установленной шкалы.
  3. Проводится два пробных теста, которые необходимы для корректирования работы применяемого оборудования.
  4. Прикладывается предварительная нагрузка, равная 10 кгс.
  5. Прикладывается основная нагрузка и выдерживается определенный период, который позволяет получить максимальное значение.
  6. Убирается нагрузка и считывается полученный результат.

Современное оборудование позволяет существенно упростить процесс и повысить точность получаемых результатов в ходе проводимых измерений.

Метрологические характеристики испытательных нагрузок

Шкалы твердости Нагрузка, Н Пределы допускаемой относительной погрешности, %
основная предварительная предварительной нагрузки основных нагрузок
Шкала Роквелла для МЕТОЛАБ 100 / 101 / 102 / 103 / 202
HRA 588,4 98,07 (10 кгс) ±2,0 ±0,5
HRB 980,7
HRC 1471
Шкала Супер-Роквелла для МЕТОЛАБ 202 / 301
HR15N 147,1 29,42 (3 кгс) ±2,0 ±0,66
HR30N, HR30T 294,2
HR45N 441,3

Формула для расчёта

Твердость материала влияет на глубину проникновения наконечника. Чем испытуемый объект тверже, тем меньшим будет проникновение.

Чтобы численно определить твердость материала, необходима формула. Ее коэффициенты зависят от шкалы. Для снижения погрешности измерений следует принять относительную разницу глубины проникновения индентора в момент приложения основной и предварительной (10 кгс) нагрузки.

Метод измерения твердости по Роквеллу предполагает применение формулы: HR=N-(H-h)/s, где разностью H-h обозначают относительную глубину проникновения индентора под нагрузками (предварительной и основной), величина исчисляется в мм. N, s – это константы, они зависят от конкретной шкалы.

Параметры твердомеров МЕТОЛАБ по Роквеллу

Шкалы твердости Диапазон измерений твёрдости Пределы допускаемой абсолютной погрешности твердомеров
Шкала Роквелла для твердомеров МЕТОЛАБ 100 / 101 / 102 / 103 / 202
HRA от 70 HRA до 93 HRA ±1,2 HRA
HRB от 25 HRB до 80 HRB

от 80 HRB до 100 HRB

HRC от 20 HRC до 35 HRC

от 35 HRC до 55 HRC

от 55 HRC до 70 HRC

Методика проведения испытаний

Проведение исследования требует тщательной подготовки. При определении твердости металлов методом Роквелла поверхность образца должна быть чистой, без трещин и окалин. Важно постоянно контролировать перпендикулярно ли прилагается нагрузка на поверхность материала, а также устойчиво ли он располагается на столике.

Отпечаток при вдавливании конуса должен быть не меньше 1,5 мм, а при вдавливании шарика – более 4 мм. Для эффективных расчётов образец должен быть в 10 раз толще, чем глубина внедрения индентора после снятия основной нагрузки. Также следует проводить не меньше 3 испытаний одного образца, после чего усреднить результаты.

Параметры твердомеров МЕТОЛАБ по Супер-Роквеллу

Шкалы твердости Диапазон измерений твёрдости Пределы допускаемой абсолютной погрешности твердомеров
Шкала Супер-Роквелла для твердомеров МЕТОЛАБ 202 / 301
HR15N от 70 HR15N до 94 HR15N ±1,0 HR15N
HR30N от 40 HR30N до 76 HR30N ±2,0 HR30N
от 76 HR30N до 86 HR30N ±1,0 HR30N
HR45N от 40 HR45N до 78 HR45N ±2,0 HR45N
HR30T от 45 HR30T до 70 HR30T ±3,0 HR30T
от 70 HR30T до 82 HR30T ±2,0 HR30T

Что повлияет на точность

При проведении любого испытания важно учитывать множество факторов. Выявление твердости по методу Роквелла тоже имеет свои особенности.

Факторы, на которые нужно обратить внимание:

  • Толщина испытуемого образца. Правилами проведения опыта запрещается использовать образец, который по толщине меньше, чем десятикратная глубина проникновения наконечника. То есть, если глубина внедрения — 0,2 мм, то материал должен быть минимум 2 см в толщину.
  • Между отпечатками на образце должно быть соблюдено расстояние. Оно составляет три диаметра между центрами ближних отпечатков.
  • Следует учитывать возможное изменение результатов опыта на циферблате в зависимости от положения исследователя. То есть считывание результата должно проводиться с одной точки обзора.

Способ измерения твердости методом царапания

Способами царапания и резания твердость определяется соответственно как сопротивление материала царапанию или резанию. Способ царапания разработал Моос в начале XIX в.; им были предложена шкала твердости минералов по способности одного наносить царапины на поверхности другого. Эта десятибалльная шкала (от талька № 1 до алмаза № 10) используется в минералогии, а также для оценки твердости технической керамики и монокристаллов.

При определении твердости всеми методами (кроме микротвердости) измеряют интегральное значение твердости материала (усредненное для всех структурных составляющих).

Значения твердости нельзя однозначно переводить в значения других механических свойств материала. Однако определение твердости является эффективным способом сравнения друг с другом однотипных материалов и контроля их качества.

Измерение микротвердости

Метод измерения микротвердости регламентирован ГОСТ 9450. Определение микротвердости (твердости в микроскопически малых объемах) проводят при исследовании отдельных структурных составляющих сплавов, тонких покрытий, а также при из­мерении твердости мелких деталей. Прибор для определения микротвердости состоит из механизма для вдавливания алмазной пи­рамиды под небольшой нагрузкой и металлографического микроскопа. В испытываемую поверхность вдавливают алмазную пира­миду под нагрузкой 0,05…5 Н.

Микротвердость измеряют путем вдавливания в образец (изделие) алмазного индентора под действием статической нагрузки Р в течении определенного времени выдержки т. Число твердости определяют (как и по Виккерсу) делением приложенной нагрузки в Н или кгс на условную площадь боковой поверхности полученного отпечатка в мм2.

Основным вариантом испытания является так называемый метод восстановленного отпечатка, когда размеры отпечатков определяются после снятия нагрузки. Для случая, когда требуется определение дополнительных характеристик материала (упругое восстановление, релаксация, ползучесть при комнатной температуре и др.) допускается проводить испытание по методу невосстановленного отпечатка. При этом размеры отпечатка определяют на глубине вдавливания индентора в процессе приложения нагрузки.

Практически микротвердость определяют по стандартным таблицам дня конкретной формы индентора, нагрузки Р и полученных в испытании размеров диагоналей отпечатка.

В качестве инденторов используют алмазные наконечники разных форм и размеров в зависимости от назначения испытании микротвердости. Основным и наиболее распространенным нконечником является четырехгранная алмазная пирамида с квадратым основанием (по форме подобна индентору, применяющемуся при определении твердости по Виккерсу).

Число микротвердости обозначают цифрами, характеризующими величину твердости со стоящим перед ними символом H с указанием индекса формы наконечника, например, Н□ =3000. Допускается указывать после индекса формы наконечника величину прилагаемой нагрузки, например: Н□ 0,196 =3000 — число микротвердости 3000 Н/мм2, полученное при испытании с четырех гранной пирамидой при нагрузке 0,196 Н. Размерность микротвердости (Н/мм2 или кгс/мм2) обычно не указывают. Если микротвердость определяли по методу невосстановленного отпечанка, то к индексу формы наконечника добавляют букву h (Н□h).

Соотношение значений твердости

При сопоставлении значений твердости, полученных разными методами, между собой и с механическими свойствами материалов необходимо помнить, что приводимые в литературных источниках таблицы или зависимости для такого сопоставительного перевода являются чисто эмпирическими. Физического смысла такой перевод лишен, так как при вдавливании paзличных по форме и размерам инденторов и с разной нагрузкой твердость определяется при совершенно различных напряженных состояниях материала. Даже при одном и том же способе измерения твердости значение сильно зависит от нагрузки: при меньших нагрузках значения твердости получаются более высокими.

Выше были рассмотрены основные методы контроля твердости. Существуют и другие методики контроля, которые основаны на косвенных измерениях значений механических свойств. Например электрические, магнитные, акустические и т.д. Все эти методы основаны на составлении экспериментальных корреляционных таблиц «измеряемый параметр — параметр механических свойств», где все параметры постоянны (химический состав металла, номер плавки, количество загрязнений), а меняются лишь табличные параметры. Такие методы на производстве практически не работают, т.к. например химический состав металлов по ГОСТам требуется в селекте, т.е. может быть в заданном пределе и меняться от плавки к плавке. Составление градуировочных таблиц на каждую партию металла — очень трудоёмкая работа.

Оценка механических свойств по испытаниям на твёрдость

Связь между результатами проверки на твёрдость по Роквеллу и прочностными характеристиками материалов исследовались такими учёными-материаловедами, как Н. Н. Давиденков, М. П. Марковец и др.

Используются методы определения предела текучести по результатам проверки на твёрдость вдавливанием. Такая связь была найдена, например, для высокохромистых нержавеющих сталей после различных режимов термообработки. Среднее отклонение результатов методов для конического алмазного индентора составляло всего +0,9 %.

Были также проведены исследования по нахождению связи между значениями твёрдости и другими прочностными характеристиками, определяемыми при растяжении, такими, как предел прочности (временное сопротивление), относительное сужение и истинное сопротивление разрушению.

Твердость по Роквеллу — твердость, определяемая разностью между условной максимальной глубиной проникновения индентора и остаточной глубиной его внедрения под действием основной нагрузки, после снятия этой нагрузки, но при сохранении предварительной нагрузки. При этом методе индентором является алмазный конус или стальной закаленный шарик. В отличие от измерений по методу Бринелля твердость определяют по глубине отпечатка, а не по его площади. Глубина отпечатка измеряется в самом процессе вдавливания, что значительно упрощает испытания. Нагрузка прилагается последовательно в две стадии (ГОСТ 9013-59): сначала предварительная, обычно равная 10 кгс (для устранения влияния упругой деформации и различной степени шероховатости), а затем основная. После приложения предварительной нагрузки индикатор, измеряющий глубину отпечатка, устанавливается на нуль. Когда отпечаток получен приложением окончательной нагрузки, основную нагрузку снимают и измеряют остаточную глубину проникновения наконечника. 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, а величину 100 – h по черной шкале при измерении конусом и величину 130 – h по красной шкале при измерении шариком. 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 специальных таблиц.

Твердость по методу Роквелла можно измерять:
— алмазным конусом с общей нагрузкой 150 кгс. Твердость измеряется по шкале С и обозначается HRC (например, 65 HRC). Таким образом определяют твердость закаленной и отпущенной сталей, материалов средней твердости, поверхностных слоев толщиной более 0,5 мм;
— алмазным конусом с общей нагрузкой 60 кгс. Твердость измеряется по шкале А, совпадающей со шкалой С, и обозначается HRA. Применяется для оценки твердости очень твердых материалов, тонких поверхностных слоев (0,3 … 0,5 мм) и тонколистового материала;
— стальным шариком с общей нагрузкой 100 кгс. Твердость обозначается HRB. Так определяют твердость мягкой (отожженной) стали и цветных сплавов.

При измерении твердости методом 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. Расстояние отпечатка должно быть не менее 1,5 мм при вдавливании конуса и не менее 4 мм при вдавливании шарика. Толщина образца должна не менее чем в 10 раз превышать глубину внедрения наконечника после снятия основной нагрузки. Твердость следует измерять не менее 3 раз на одном образце, усредняя полученные результаты.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector