Измерение твердости по Роквеллу

Измерение твердости по Роквеллу (ГОСТ 9013-59) заключается во вдавливании в испытываемый образец индентора в виде алмазного (твердосплавного) конуса с углом при вершине =120° или стального шарика диаметром 1,588 мм под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок - предварительной Р₀ и основной Р₁, получении отпечатка глубиной h и определении значения твердости HR (Н - Hatre нем., твердость; R - Rockwell, нем., Роквелл) как К-е, где К - постоянная величина, е - величина, равная h-h₀/0,002 (h - глубина вдавливания индентора в испытываемый материал под действием общей нагрузки Р=Р₀+Р₁, измеренная после снятия основной нагрузки Р₁ под действием предварительной Р₀; h₀ - глубина вдавливания индентора под действием предварительной нагрузки Р₀; 0,002 - величина осевого перемещения индентора в мм, соответствующая условной единице твердости HR) (рис.5). Значение твердости по Роквеллу - отвлеченное число, выраженное вусловных единицах.

Рис.5.Схема измерения твердости по Роквеллу при вдавливании конусного индентора

Рис.6.Общий вид прибора для измерения твердости по Роквеллу марки ТК-2

Для измерения твердости по Роквеллу применяют специальные приборы - прессы также электромеханического и гидравлического действия. Например, пресс электромеханического действия марки ТК-2 (Т-твердомер, К- конусный индентор) (рис.6) состоит из нагружающего механизма и электродвигателя, расположенных в станине 1, сменных грузов 2, индентора 3 в виде алмазного конуса или стального шарика с ограничительным чехлом, столика 4, маховика 5, тумблера включения электродвигателя 6, и клавиши (педали) включения нагружения 7, индикатора 8, барабана 9 для поворота круговой шкалы индикатора. Предварительная нагрузка Р₀ при измерении твердости составляет 98 Н, основная Р₁ - 490, 883 и 1373 Н, а общая P=P₀+P₁ - 588, 981, 1471 Н. В зависимости от характера материала в качестве индентора используют алмазный (твердосплавный) конус, вдавливаемый в образец с общей нагрузкой 588 Н (шкала А индикатора) и 1471 Н (шкала С), и стальной закаленный шарик, вдавливаемый в образец с общей нагрузкой 981Н (шкала В). Значения твердости отсчитывают по круговой шкале (А, С или В) индикатора и обозначают соответственно как HRA, HRC или HRB. При этом значения твердости HRA и HRC рассчитывают как 100-е (K=100), a HRB - как 130-е (К=130). В связи с этим на циферблате индикатора с черной (шкала А, С) и красной (шкала В) шкалой последняя смещена по отношению к черной на 30 делений. Угловое перемещение стрелки индикатора на одно деление, соответствующее 0,01 окружности шкалы, отвечает 2 мкм осевого перемещения индентора. Деления циферблата пронумерованы в направлении, обратном движению стрелки. Поэтому число, показываемое стрелкой на циферблате, обратно пропорционально глубине вдавливания, т.е. прямо пропорционально твердости материала. Определение твердости по Роквеллу имеет широкое применение, так как этот метод дает возможность испытывать мягкие, твердые, а также Тонкие материалы; проводить измерения твердости деталей ввиду малого размера отпечатков без их порчи; экономить время в связи с быстротой проведения измерения и получением результата на шкале индикатора.

Измерение твердости по шкале С проводят для закаленной и низкоотпущенной стали твердостью НВ более 4500 МПа, т.е. в условиях, когда вдавливание стального шарика по методу Бринелля или Роквелла по шкале В в твердый материал может вызвать деформацию шарика и искажение результатов; для материалов средней твердости (НВ более 2300 МПа), как более быстрый способ измерения твердости, оставляющий к тому же меньший след на измеряемой поверхности, чем при измерении твердости по Бринеллю; для тонких поверхностных слоев с толщиной более 0,5 мм.

Измерение твердости по шкале В используют для материалов малой твердости (НВ менее 2300 МПа).

Измерение твердости по шкале А применяют для очень твердых материалов, например твердых сплавов, вдавливание алмазного конуса в которые с большой нагрузкой может вызвать выкрашивание алмаза, а также для твердых поверхностных слоев толщиной 0,3-0,5 мм или тонких образцов - пластинок.

Для измерения, твердости очень тонких слоев металла (толщиной менее 0,3 мм) используют приборы типа Суперроквелл, у которых предварительная нагрузка Р₀ составляет 29,4 Н и общая P=P₀+P₁ - 147,1; 294,3 и 441,4 Н, а одно деление шкалы индикатора составляет 1 мкм. Поэтому чувствительность этих приборов заметно выше,

Перед измерением твердости поверхности образца должны быть подготовлены так, как и при измерении твердости по, Бринеллю. Кроме чего, необходимо произвести контроль прибора с целью определения точности его показаний с помощью эталонных (контрольных) плиток с заранее известной твердостью. Если твердость эталонных плиток, измененная прибором, не соответствует твердости, указанной на них, то к показаниям прибора необходимо ввести соответствующую поправку. Методика контроля прибора аналогична методике измерения твердости.

При измерении твердости испытываемый образец помещают на столик 4 подготовленной поверхностью к индентору 3 и тумблером 6 включают электродвигатель (см.рис.5). Вращением маховика 5. по часовой стрелке осторожно поднимают столик 4 с образцом до тех пор, пока последний не упрется в ограничительный чехол индентора 3, малая стрелка индикатора не станет против красной точки, а большая с погрешностью ±5 делений (которую можно устранить поворотом барабана 9) -против нулевого положения шкалы С. При этом образец подвергается предварительному нагружению. Затем плавным нажатием на клавишу 7 включают нагружающий механизм, обеспечивающий основное нагружение образца, и после окончания цикла нагружения производят отсчет показаний по шкале индикатора. После этого вращением маховика 5 против часовой стрелки опускают столик 4, снимая при этом нагрузку, передвигают образец и повторяют измерение в другом месте образца. Расстояние центра отпечатка от края образца или от центра другого отпечатка должно быть не менее 3 мм. Дня достоверного определения твердости необходимо выполнить массив измерений на нескольких образцах. На каждом образце должно быть проведено не менее трех измерений.

В соответствии с ГОСТ 8.064-79 введен государственный специальный эталон, воспроизводящий шкалу С Роквелла, по которому твердость, несколько отличающаяся от значений HRC, обозначается HRC₃; Перевод значений твердости HRC в значения твердости HRC₃ может быть произведен по табл.2.

Таблица 2

Перевод значений твердости HRC₃ шкалы С метода Роквелла, воспроизводимой государственным специальным эталоном, в значения HRC шкалы С, ранее применявшейся в промышленности

Примечание. Промежуточные значения находят методом линейной интерполяции