Краткие сведения из теории

Сущность метода Роквелла состоит в следующем (рисунок 8): в испытуемый металл 1 вдавливается наконечник 2 под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной Р₀ и основной Р₁

 

Рисунок 8 - Схема измерения твердости по Роквеллу

Сумма их составляет общую нагрузку Р (Р = P₀ + Р₁). Глубина проникновения наконечника характеризует твердость испытуемого материала: чем больше глубина, тем мягче металл и наоборот. В качестве наконечника (индентора) применяют алмазный конус или стальной закаленный шарик.

Измерение твердости производится на специальном приборе Роквелла. Отсчет твердости делают по стрелке индикатора прибора, который имеет циферблат с тремя шкалами: черными А и С и красной В. При вдавливании алмазного конуса твердость отсчитывается по шкале А и С, а шарика - по шкале В.

Твердость, измеренная по Роквеллу, выражается числом твердости по Роквеллу, которое принято обозначать символом: HR с указанием шкалы, по которой был сделан отсчет. При отсчете по шкале А число твердости обозначается символом HRА, по шкале С - символом HRС, а по шкале В - символом НRВ. Например, запись HRС 50 означает: твердость 50 единиц по Роквеллу, измерена по шкале С; HRВ 85 - твердость 85 единиц по Роквеллу, измерена по шкале В; HRА 80 - твердость 80 единиц по Роквеллу, измерена по шкале А.

Числа твердости по Роквеллу HR измеряют в условных единицах и определяют по формулам:

 

НRС = 100 – е – при измерении по шкале С; (7)
НRB = 130 – е – при измерении по шкале В. (8)

НRА = 100 – е – при измерении по шкале А. (9)

 

Величина е подсчитывается по формуле:

 

е = (h –h₀) / 0,002, (10)

 

где h - глубина внедрения наконечника в испытуемый образец под действием общей нагрузки Р, измеренной после снятия основной нагрузки Р₁, при сохранении предварительной нагрузки P₀;

h₀ - глубина внедрения наконечника в испытуемый образец под действием предварительной нагрузки Р₀ = 10 кгс;

0,002 - цена деления циферблата индикатора (соответствует углублению шарика или конуса на 0,002 мм).

Конструкция твердомера учитывает зависимости, приведенные в формулах (7)-(9). Поэтому числа твёрдости по Роквеллу не вычисляются, а списываются со шкалы индикатора.

Достоинства метода Роквелла: высокая производительность, простота обслуживания, точность измерений, сохранение качественной поверхности после испытания.

Условия измерения твердости по Роквеллу регламентированы ИСО 6508-86. Ниже приводятся требования из стандарта, соблюдение которых необходимо при выполнении испытаний.

Требования к наконечникам. Алмазный конус должен иметь угол при вершине 120°±30¢ и закругленную вершину с радиусом сферы 0,200±0,005 мм. Поверхность конуса на протяжении 0,3 мм от вершины должна быть тщательно отполирована и свободна от трещин и других поверхностных дефектов, видимых при 30-кратном увеличении.

Шарики должны соответствовать следующим требованиям: материал - термически обработанная сталь с твердостью не менее HV 850; (HV - твердость по Виккерсу); диаметр шарика 1,588 ± 0,001 мм; шероховатость поверхности - не ниже 12-го класса по ГОСТ 2789-73.

Требования к испытуемому образцу. Поверхность испытуемого образца должна быть ровной, свободной от окалины и других посторонних веществ, без трещин и выбоин.

Не рекомендуется применять метод Роквелла для определения твердости неоднородных по структуре сплавов, например, серого и ковкого чугунов, для испытания криволинейных поверхностей с радиусом кривизны менее 15 мм, а также для испытания изделий, которые под действием нагрузки могут прогнуться и деформироваться.

Требования к установке образца на приборе. Испытуемый образец должен лежать на столе прибора устойчиво. Следует обеспечить перпендикулярность приложения действующего усилия к испытуемой поверхности образца.

Выбор наконечника и нагрузки производится по таблице 1, в которой указаны также пределы измерения для различных шкал.

Шкала В служит для испытания металлов средней твердости (менее HRС 24) и для испытаний изделий толщиной от 0,8 до 2,0 мм (когда испытание методом Бринелля не может быть выполнено по причине продавливания образца).

Шкала С применяется для испытания закаленных сталей твердостью до HRС 67 и при определении твердости тонких поверхностных слоев толщиной 0,5 мм и более.

Шкала А применяется для испытания сверхтвердых сплавов, имеющих твердость более HRC 67 (карбиды вольфрама, твердые сплавы), а также тонкого листового материала, тонких пластинок и очень тонких поверхностных слоев (когда применение больших нагрузок приводит к их продавливанию, что искажает результат испытания). На индикаторе прибора шкала А совпадает со шкалой С, т.е. практически отсчет производят по шкале С.

 

Таблица 3 - Выбор наконечника и нагрузки для испытания по Роквеллу

Примерная твердость по Виккерсу	Шкала	Форма наконечника	Нагрузка Р, кгс	Обозначение твердости	Допускаемые пределы шкалы
60-240	В	Шарик стальной		HRB	25-100
240-900	С	конус алмазный		НRС	20-67
390-900	А	конус алмазный		НRА	60-85

Условия проведения испытаний. Расстояние между центрами двух соседних отпечатков или от края образца до центра отпечатка должно быть не менее 3,0 мм.

Основная нагрузка прикладывается плавно: при холостом ходе под нагрузкой 100 кгс время перемещения грузового рычага должно составлять 3-6 с. Снимается основная нагрузка также плавно через 1-3 с после резкого замедления движения стрелки индикатора.

Отсчет результатов измерения твердости производится в целых делениях шкалы индикатора. На каждом образце должно быть произведено не менее трех измерений. После смены наконечника первые два измерения в расчет не принимаются.