Прибор для испытания твердости по Роквеллу

Твердость измеряют на приборе (рис. 7), в нижней части неподвижной станины кото­рого установлен столик 6. В верхней части станины укреплены индикатор 4, масляный регулятор 2 и шток 5, в котором устана­вливается наконечник с алмазным конусом, имеющим угол в вершине 120°, или со стальным шариком диаметром 1,588 мм. Инди­катор 4 представляет собой циферблат, на котором нанесены две шкалы (черная и красная) и имеются две стрелки – большая (указатель твердости), вращающаяся по шкале, и маленькая для контроля величины предварительного нагружения, сообщаемого вращением маховика 7.

Рис. 7. Схема прибора для измерения твердости вдавливанием алмазного ко­нуса или стального шарика (измерение по Роквеллу).

Образец для измерений должен иметь тщательно зашлифованную плоскую поверхность, в которую вдавливается конус или шарик, а противоположная парал­лельная поверхность также должна быть ровной, зачищенной. 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 3 и она плавно перемещается до упора. Такое перемещение рукоятки сообщает испытуемому образцу через рычаг основную на­грузку, определяемую грузом 1, привешенным к рычагу. Один груз на рычаге сооб­щает образцу дополнительную нагрузку 50 кг, следовательно, общая нагрузка со­ставит 60 кг. Два груза сообщают дополнительную нагрузку 90 кг, что отвечает общей нагрузке 100 кг и, наконец, три груза сообщают нагрузку 1,4 кН, что соот­ветствует общей нагрузке 150 кг. На приборе указана общая нагрузка. При этом нагружении большая стрелка перемещается по циферблату влево, 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, 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 глубину отпечатка алмазного конуса (стального шарика) или, точнее, 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 2 мкм. Однако стрелка индикатора отмечает не указанную величину глубины вдавливания h, а величину 100 – h по черной шкале при изме­рении алмазом и величину 130 – h по красной шкале при измерении шариком. Поэтому, чем тверже измеряемый материал и, следовательно, меньше h, тем больше должно быть число твердости. Наоборот, чем мягче измеряемый материал и больше величина h, тем меньше число твердости, т. е. числа твердости по Роквеллу воз­растают с увеличением твердости материала, что позволяет сравнить числа Роквелла с числами Бринеля. Вместе с тем, числа твердости по Роквеллу не имеют той раз­мерности и того физического смысла, который имеют числа твердости по Бринеллю. Однако числа твердости по Роквеллу можно пересчитать на числа твердости по Бринеллю с помощью таблицы.

Твердость на приборе Роквелла можно измерять:

- алмазным конусом с общей нагрузкой 150 кг в этом случае значения твердости характеризуются цифрой, указываемой стрелкой на черной шка­ле С циферблата, и обозначаются HRC. Например, 65 HRC означает, что твердость материала составляет 65 единиц по Роквеллу по шкале С с нагрузкой 150 кг;

- алмазным конусом с общей нагрузкой 60 кг. В этом случае значения твер­дости также характеризуются цифрой, указываемой стрелкой на черной шкале С Циферблата, но обозначаются HRA. Числа HRA можно перевести на числа HRC по следующей формуле HRC = 2HRA – 104;

- стальным шариком с общей нагрузкой 100 кг в этом случае значения твер­дости характеризуются цифрой, указываемой стрелкой по красной шкале В ци­ферблата, и обозначаются HRB.

Выбор нагрузки и наконечника. Нагрузку и наконечник выбирают в зависимости от твердости испытываемого металла (табл.3).

Таблица 3

Выбор нагрузки и наконечника для испытаний

Материал образца записать в графу 2, а обозначе­ние шкалы – в графу 3 протокола испытания.

Подготовка образца для испытания. Поверхности образца, как испытываемая, так и опорная, должны быть плоскими, параллельными друг другу и не долж­ны иметь таких дефектов, как окалина, забоины, грязь, различные покрытия. Все дефекты поверхности образца должны быть удалены мелкозернистым наждачным кругом, напильником или наждачной бумагой. При обработке поверхности образец не должен нагреваться выше 100 - 150°С.

Контроль прибора. Перед испытанием на твердость по Роквеллу необходимо произвести контроль прибора с целью определения точности его показаний.

Контроль прибора производят при помощи контроль­ных брусков, твердость которых заранее известна. При проверке показания прибора должны находиться в пределах чисел твердости, обозначенных на контроль­ных брусках. Если твердость по прибору не соответ­ствует твердости контрольных брусков, то к показаниям прибора при испытании образцов вводится соответ­ствующая поправка. Порядок проведения контроля аналогичен порядку проведения испытания (см. далее).