Твердость алмаза по шкале роквелла

«Испытание конусом». Это название книги, в которой впервые было предложено измерять твердость материалов путем проникновения в них алмазного конуса.

Его вдавливают в испытуемый образец с определенной силой. По глубине борозды определяют податливость материала. Он всегда уступает, вопрос лишь, насколько, ведь алмаз – самый прочный в мире камень .

Книга написана профессором Людвигом. Издана брошюра в 1908-ом году. С тех пор и существует шкала Роквелла. Почему Роквелла, а не Людвига? Об этом, и не только, далее.

Секрет названия шкалы Роквелла

Профессор Людвиг подготовил теоретическую базу, но не изобрел машину для измерения. Чтобы конус надавил на материал с определенной силой, нужен отлаженный механизм.

Его придумали двое изобретателей из Коннектикута. Одного американца звали Стенли, другого – Хью. Фамилия одна на двоих – Роквелл. Мужчины были дальними родственниками, работали на предприятии – New Dearture Manufacturing.

Роквеллы работали на благо своего предприятия. Нужно было определять эффект термообработки на подшипниках из закаленной стали . В 1900-ом взяли на вооружение метод Бринелля.

Он предлагал вдавливать в испытуемый материал шарик все из той же закаленной стали. Процесс был медленным, а отпечаток слишком внушительным, чтобы считаться неразрушающим.

Показатель твердости определялся по диаметру следа. Диапозон шкалы Роквелла был больше, метод быстрее, отпечатки на деталях после него – незначительными. Важной стала глубина следа, а не его диаметр.

Благодаря новой установке New Dearture Manufacturing уже к 1916-му году вошла в корпорацию General Motors. Как же выглядит аппарат Роквеллов?

На чем определяют твердость по шкале Роквелла

Установка отдаленно напоминает швейную машину. Есть импровизированная игла – алмазный конус (или шарик ) и материал, в который игла должна войти. Для этого подвешивают груз, регулирующий силу воздействия.

Время отображается на индикаторе. Делают 2 подхода. Первое нажатие равно 10 килограммам силы (кгс), второе – 100 или 150-ти. Меньшее давление оказывается шариком, большее – конусом.

Испытуемый материал лежит на так называемом столике. Алмаз на него опускается с помощью грузового рычага. Опуститься плавно ему помогает рукоять с масленым амортизатором.

Основную нагрузку выдерживают 3-6 секунд, в зависимости от размеров испытуемого образца. Сила воздействия на него, кстати, тоже зависит от величины.

Предварительную нагрузку сохраняют вплоть до получения результата. Его отображает большая стрелка индикатора, движущаяся по часовой. Какие цифры может указать прибор, и что они означают? Давайте выяснять.

Строение шкалы Роквелла

Существует 11 шкал Роквелла. Они отличаются по соотношению наконечника к нагрузке. Наконечник в установке именуется идентером. Алмазный конус уже давно не является его единственным вариантом.

Применяются, так же, шарики из сплава карбида с вольфрамом , а так же, сферы из закаленной стали. Шкалы обозначаются латинскими буквами: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T. Наиболее распространены A, B и С.

Шкала А соответствует алмазному конусу. Угол при его вершине обязательно составляет 120 градусов. Нагрузка при воздействии алмазом равна 60 кгс. 100 кгс – нагрузка уже карбидного шарика шкалы В. Для нее применима и сфера из стали. Важен диаметр шарика в 1/16 дюйма. Это чуть больше полутора миллиметров.

Шкала Роквелла, таблица которой обозначается буквой С, снова посвящена алмазному конусу с углом при вершине в 120 градусов. Разница в нагрузке. В отличие от А, она составляет не 60, а 150 кгс.

Буквенное обозначение шкалы Роквелла добавляется к результату, выраженному числом. Рядом располагается указатель HR – твердость по Роквеллу.

Теперь, остается разобраться, какая величина считается по шкале прибора Роквелла приемлемой для тех, или иных изделий. Показатель важен не только для подшипников и прочих элементов автомобилей, самолетов, ракет.

Цифры имеют значение, к примеру, при выборе ножей. Они, как правило, делаются из закаленной стали. Далее, расскажем, какие стоит брать, а какие нет.

Шкала Роквелла для ножей, и не только

Холодное оружие, обычно, делается из закаленной стали. Шкала Роквелла доходит до 100 баллов. Для марки закаленной стали Y9 показатель равен 58-ми. 35XM – марка сплава, характеризующаяся отметкой 45-53 HRC.

Если говорить о ножах , особенно ценится японская Аогами. Твердость этой стали по шкале Роквелла — около 67-ми баллов. Максимальный показатель для ножевого сплава – 70 единиц.

«Аогами» в переводе с японского означает «голубая бумага». Такова обертка, в которую заворачивают стальные заготовки. Однако, цифры на клинках могут ввести в заблуждение.

В мире есть около 10-ти шкал, применяемых для измерения твердости сплавов, металлов. Остается в ходу метод Бринелля. Существуют шкалы Виккерса, Шора, Аскера. Их показатели пишутся, как правило, по одной схеме. Отличаются лишь буквы. По Виккерсу, к примеру, записи дополняют буквы HV.

Разнятся и числа. Но, смысл их становится понятным, лишь в случае знания буквенных обозначений для всех шкал. Так, то, что по Роквеллу не больше 86-ти, по Шору – уже 102, а по Виккерсу – больше 1 000.

На комментарии продавцов ориентироваться приходится редко. В большинстве магазинов консультанты либо путаются в нюансах всех известных шкал и обозначений на продукции, либо не владеют информацией даже в общих чертах.

Если на ножах шкала Роквелла (HRC) отображается, то на машинных деталях отметка не ставится. Нет ее и в сопроводительных документах. Ориентироваться приходится лишь на марку сплава.

В начале главы указывалось, что для каждого состава есть установленные границы. Твердость подшипниковой стали по шкале Роквелла должна быть не меньше 56,5 единиц.

В противном случае, детали отбраковываются. Берется усредненный показатель обоймы, а не каждого подшипника в отдельности.

Что может повлиять на точность измерений методом Роквелла

Напоследок заметим, что отбраковка деталей может делаться не только после измерений, но и до их начала. В установку не помешаются материалы, толщина которых меньше десятикратной глубины проникновения алмазного конуса.

Предельная глубина его внедрения равна 0,2 миллиметра. То есть, для испытаний подходят детали толщиной от 2- сантиметров. Если штамп проставлен на более тонком элементе, замеры, наверняка, неверные.

Ограничиваться должно и расстояние между отпечатками. Минимальный показатель – 3 диаметра. Ровно столько места нужно оставлять между центрами 2-х соседних оттисков. Третий момент, влияющий на объективность измерений – параллакс.

Слово греческое, означает «смену», «чередование». Речь об изменении положения объекта относительно удаленного фона. Параллакс не должен присутствовать при считывании показаний с циферблата установки Роквелла.

Нюансов работы со шкалой Роквелла, как видно, масса. Зато, точное измерение твердости сплава дает примерные знания о других его характеристиках, к примеру, пределе прочности, сопротивлении разрушениям и относительном сужении.

Связь показателей описана в трудах Николая Давиденко и Михаила Марковца. Оба – советские ученые материаловеды.

Металлы обладают достаточно большим количеством физико-механических свойств, которые следует учитывать при их использовании для изготовления различных изделий. Твердость – способность одного материала препятствовать проникновению в него другого, более твердого. Для измерения этого показателя были разработаны самые различные методики тестирования. Часто проводится измерение твердости по Роквеллу (HRC). Этот метод имеет довольно большое количество особенностей, о которых далее поговорим подробнее.

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.

Шкалы твердости

Мера твердости по Роквеллу обозначается HRC. За время проведения тестирования различных металлов было разработано 11 шкал, которые отличаются по соотношению геометрических размеров наконечника и прилагаемой нагрузки. Стоит учитывать, что сегодня в качестве вдавливаемого тела сегодня используются не только алмазные наконечники. Распространение получили:

1. сферы, изготавливаемые из закаленной стали;
2. шарики из сплава карбида и вольфрама.

Обозначение проводится с использованием заглавных букв латинского алфавита.

Шкалы для определения твердости по Роквеллу

Прочему так важно учитывать тип применяемой шкалы? Причин довольно много:

1. От нее зависит вид вдавливаемого индикатора. При этом есть определенная связь между геометрической формой и размерами индикатора и получаемыми данными.
2. У каждого типа вдавливаемого объекта есть свое ограничение по показателю максимальной нагрузки.

Получаемые результаты важны при изготовлении подшипников и прочих ответственных элементов, используемых при создании автомобилей или авиатехники. Размерность твердости, определяемой по Роквеллу, учитывается и при выборе изделий из закаленной стали.

Оборудование для проведения измерения

На момент разработки рассматриваемой методики измерения твердости специального оборудования не было. После того, как в машиностроительной и других областях промышленности установили важность этой физико-механической характеристики, было разработано специальное оборудование, которое основано также на вдавливании шарика или конуса в тестируемый объект. Современное оборудование позволяет с высокой точностью контролировать величину прилагаемой силы и времени выдержки. Твердомером измеряется твердость, как правило, небольших объектов, являющимися образцами получаемой заготовки. Это связано с весьма компактными размерами большинства моделей рассматриваемых устройств.

К особенностям применяемого оборудования можно отнести нижеприведенные моменты:

1. Испытуемый образец, как правило, располагается на столике.
2. Алмазный наконечник опускается с помощью грузового рычага.
3. Важным моментом является то, что наконечник опускается плавно. Это достигается при применении рукоятки с масленым амортизатором.
4. Время выдержки применимой нагрузки зависит от размеров испытуемого образца. Как правило, показатель составляет 3-6 секунд. Сила воздействия определяется также величиной заготовки.
5. Важные параметры вводятся при помощи специального пульта программирования. За счет того, что контроль прилагаемой силы и время выдержки проводит оборудование, точность получаемых результатов довольно высока.

Рассматриваемое оборудование производится достаточно большим количеством различных компаний. При этом стоимость предложения может колебаться в достаточно большом диапазоне.

Преимущества и недостатки метода

Каждый метод вычисления твердости поверхности обладает своими определенными достоинствами и недостатками. Принято считать, что испытание на твердость по Роквеллу и Бринеллю являются основными, так как позволяют получить наиболее точный результат.

К достоинствам метода измерения твердости по Роквеллу HRC можно отнести нижеприведенные моменты:

1. Технология определяет возможность тестирования поверхностей с повышенной твердостью.
2. При тестировании поверхность повреждается несущественно, что позволяет исследовать уже готовые изделия.
3. Существенно упрощается процесс расчетов показателя твердости, так как нет необходимости в замере диаметра получаемого отпечатка после снятия прилагаемой нагрузки.
4. На проведение измерений по Роквеллу уходит всего несколько секунд.

Однако есть и несколько существенных недостатков, которые также нужно учитывать:

1. В сравнении с методом по Бринеллю, получаемый результат не так точен.
2. Для повышения точности проводимых измерений следует тщательно подготовить поверхность.

Несмотря на то, что получаемые результаты могут иметь достаточно высокую погрешность, этот метод получил широкое распространение в машиностроительной и других отраслях промышленности, так как на тестирование уходит мало времени.

Показатель твердости зависит от достаточно большого количества моментов, к примеру, химического состава. Кроме этого, металлы могут улучшаться закалкой и другими видами термической обработки. Сегодня можно встретить довольно много методической литературы с таблицами, в которых указывается твердость для распространенных материалов. Принимаются эти значения зачастую при выполнении расчетов или проектировании.

Твердость некоторых материалов, получаемая при проведении тестов по Роквеллу, сравнивается с соответствующим показателем алмаза. Этот материал считается одним из самых твердых. Поэтому твердость алмаза по Роквеллу составляет 100 HRC. Аналогичные показатели стекла и вольфрама будут существенно ниже.

На точность проводимых измерений может оказывать влияние:

1. Толщина испытуемого образца. Согласно принятым нормам при проникновении алмазного наконечника на 0,2 мм толщина испытуемого образца должна быть не меньше 2 см. В противном случае, полученные данные будут считаться искаженными.
2. Если один образец применяется для проведения нескольких тестов, то расстояние между отпечатками должно быть не менее трех их диаметров. Соблюдение этого правила также позволяет получить более точные результаты.
3. Результаты на циферблате могут отличаться в зависимости от положения исследователя. Повторные тестирования должны проводиться с одной точки обзора, иначе полученные результаты могут отличаться.

В заключение отметим, что сегодня подобные исследования проводятся все реже. Это связано с тем, что при изготовлении заготовок достигают высокой точности химического состава и физико-механических свойств. Поэтому каждой марке металла соответствует определенный показатель твердости по Роквеллу. Измерения зачастую проводятся после выполнения химико-термической обработки, когда от соблюдения применяемой технологии зависит конечный результат.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Измерение твердости материалов

Широко распространены следующие методы измерения твердости материалов:

1. Метод измерения твердости по Бринеллю (НВ). Метод измерения твердо­сти металлов по Бринеллю регламентирует ГОСТ 9012 — 59 (ИСО 6506 — 81, ИСО 410 -82). Этот метод применяется в основном для определения твердости стальных поковок и отливок. Метод основан на измерении отпечатка стального или из твердого сплава шарика, вдавливаемого с определенным усилием в измеряемую деталь. Обычно диаметр шарика 10 мм , усилие – 3000 кгс с выдержкой 10 с.

Твердость по Бринеллю обозначают симво­лом НВ или HBW:

НВ — при применении стального шарика (для металлов и сплавов твердостью менее 450 единиц);

HBW- при применении шарика из твер­дого сплава (для металлов и сплавов твердо­стью более 450 единиц).

Символу НВ (HBW) предшествует число­вое значение твердости из трех значащих цифр, а после символа указывают диаметр шарика, значение приложенной силы (в кгс), продолжительность выдержки, если она отли­чается от 10 до 15с.

250 НВ 5/750 — твердость по Бринеллю 250, определенная при применении стального шарика диаметром при силе 750 кгс (7355 Н) и продолжительности выдержки от 10 до 15с;

575 HBW2,5/187,5/30 — твердость по Бри­неллю 575. определенная при применении шарика из твердого сплава диаметром при силе 187.5 кгс (1839 Н) и продолжитель­ности выдержки 30с.

При определении твердости стальным ша­риком или шариком из твердого сплава диа­метром при силе 3000 кгс (29420 Н) и продолжительности выдержки от 10 до 15с твердость по Бринеллю обозначают только числовым значением твердости и символом НВ или HBW.

Пример обозначения: 185 НВ, 600 HBW.

2. Метод измерения твердости по Роквеллу . Метод измерения твердо­сти металлов и сплавов по Роквеллу регламен­тирует ГОСТ 9013 – 59*. Этот метод широко применяется в США. Сущность метода заключается во внедрении образца (или изделия) алмазного конусного (шкалы А , С, D) или сталь­ного сферического наконечника (шкалы В, Е, F, G, Н, К) под действием последовательно прилагаемых предварительной и основной сил и в определении глубины внедрения наконеч­ника после снятия основной силы.

Для изме­рений различных металлов имеется несколько шкал. Наиболее распространены шкалы « J 3» и «С»;

— Шкала «В» используется для измерения твердости менее твердых металлов (алюминий, латунь, мягкая сталь). В качестве интендера используется за­каленный стальной шарик, нагрузка 100 кгс.

— Шкала «С» используется для измерения твердости более твердых сталей. Для получения отпечатков используются интендеры в виде алмазного конуса, нагрузка 150 кгс.

Твердость по Роквеллу обозначают симво­лом HR С указанием шкалы твердости, кото­рому предшествует числовое значение твердо­сти из трех значащих цифр.

Пример обозначения: 61,5 HRC — твердость по Роквеллу 61,5 единиц по шкале С.

С целью обеспечения единства измерений введен государственный специальный эталон для воспроизведения шкал твердости Роквелла и Супер- Роквелла и передачи их при помощи образцовых средств измерений (рабочих эта­лонов) рабочим средствам измерений, приме­няемым в стране (ГОСТ 8.064 — 94).

Диапазоны шкал твердости по Роквеллу и Супер- Роквеллу , воспроизводимых эталоном, приведены в таблице 25.

25. Диапазоны шкал твердости по Роквеллу и Супер- Роквеллу , воспроизводимых эталоном по ГОСТ 8.064 – 94