Rockwell metod

Rockwellmetoden [1]  är en metod för oförstörande testning av materials hårdhet . Den är baserad på att mäta inträngningsdjupet för en hård spets, kallad indenter, in i materialet som studeras när man applicerar samma belastning för varje hårdhetsskala. Beroende på skala, vanligtvis 60, 100 och 150 kgf .

Som indragare i metoden används starka kulor och diamantkoner med en spetsvinkel på 120° med en rundad vass ände.

På grund av sin enkelhet, snabbhet jämfört med andra metoder och reproducerbarhet av resultat är det en av de vanligaste metoderna för att testa material för hårdhet.

Historik

Mätning av hårdhet genom det relativa penetreringsdjupet av indenteren föreslogs 1908 av den wienske professorn Ludwig ( Ludwig ) i boken " Die Kegelprobe " (bokstavligen "kontest") [2] .

Metoden för att bestämma det relativa penetrationsdjupet för en indenter, föreslagen av Hugh och Stanley Rockwell, eliminerade fel associerade med mekaniska defekter i mätsystemet, såsom glapp , ytdefekter och förorening av ytan på de testade materialen och delarna.

Rockwell hårdhetstestare, ett instrument för att bestämma relativt penetrationsdjup, uppfanns av Connecticut -infödingar Hugh M. Rockwell (1890-1957) och Stanley P. Rockwell (1886-1940). Behovet av denna enhet orsakades av behovet av att snabbt fastställa resultaten av värmebehandling av stålkullagerburar . Brinellmetoden , som uppfanns 1900 i Sverige, var långsam, otillämplig på härdade stål och lämnade ett avtryck som var för stort för att betraktas som en oförstörande provningsmetod .

De lämnade in en patentansökan för den nya enheten den 15 juli 1914; efter dess övervägande utfärdades patent nr 1294171 daterat den 11 februari 1919 [3] .

Vid tiden för uppfinningen var Hugh och Stanley Rockwell (ej direkt relaterade) anställda av New Departure Manufacturing ( Bristol , Connecticut). New Departure , tidigare en stor tillverkare av kullager, blev en del av United Motors 1916 och sedan av General Motors Corporation .

Efter att ha lämnat Connecticut-företaget flyttade Stanley Rockwell till Syracuse , New York , och den 11 september 1919 ansökte han om en förbättring av den ursprungliga uppfinningen, som godkändes den 18 november 1924. Den nya enheten patenterades också under nr 1516207 [4] [5] . 1921 flyttade Rockwell till West Hartford , Connecticut, där han föreslog ytterligare förbättringar [5] .

1920 samarbetade Stanley Rockwell med instrumenttillverkaren Charles H. Wilson från Wilson-Mauelen Company för att kommersialisera uppfinningen och utveckla standardiserade testmaskiner [6] .

Runt 1923 grundade Stanley Rockwell företaget Stanley P. Rockwell , ett värmebehandlingsföretag som fortfarande existerar idag i Hartford , Connecticut . Det bytte namn till Wilson Mechanical Instrument Company och bytte ägare några år senare. 1993 förvärvades företaget av Instron Corporation .

Rockwell hårdhetsskalor

Standarderna standardiserar 11 skalor för bestämning av hårdheten enligt Rockwell-metoden ( A; B; C; D; E; F; G; H; K; N; T ), dessa skalor skiljer sig åt i typ av indenter, testbelastning och konstanter i formeln för beräkning av hårdhet från resultatmätningarna [7] .

Två till tre indragare används oftast: en 1/16" (1,5875 mm) sfärisk kula av volframkarbid eller härdat verktygsstål , eller en kula med diametern 1/8" och en 120° konisk diamantspets . Standarderna ger, beroende på skala 3, fasta belastningar vid indragning av intryckaren - 60, 100 och 150 kgf.

Det numeriska värdet på hårdheten bestäms av formeln, vars koefficienter beror på skalan. För att minska mätfelet tas den relativa skillnaden i inträngningsdjupet för intryckaren från tillståndet på ytan som testas när huvud- och preliminärbelastningen (10 kgf) appliceras (se figur).

För Rockwell-hårdhet används förkortningen HR , där den 3:e bokstaven anger skalan på vilken testerna utfördes ( HRA , HRB , HRC , etc. upp till HRT ). Till exempel HRC 64.

Rockwells mest använda hårdhetsvågar
Skala indentor Belastning, kgf
MEN Diamantkon med 120° spetsvinkel 60
PÅ 1/16" volframkarbidkula (eller härdat stål) 100
FRÅN Diamantkon med 120° spetsvinkel 150

Formler för att bestämma hårdhet

Ju hårdare materialet är, desto mindre blir spetsens penetrationsdjup in i det. Så att med en högre hårdhet av materialet inte ett lägre Rockwell-hårdhetstal erhålls, bestäms hårdheten av formeln:

där skillnaden  är skillnaden mellan nedsänkningsdjupen efter avlägsnande av huvudlasten och innan dess applicering (under förspänning) i mm,  är konstanter beroende på den specifika Rockwell-skalan (se tabell).

Rockwell-hårdheten är alltså en dimensionslös storhet .

Den mest använda Rockwell-vågen [8]
Skala Förkortning Testbelastning Typ av indenter Applikationsområde N s
A HRA 60 kgf 120° diamant sfärisk * Wolfram-karbid 100 0,002 mm
B HRB 100 kgf Diameter 1⁄16 tum (1,588 mm)
stål, sfärisk		 Aluminiumlegeringar , brons ,
mjukt stål 		130 0,002 mm
C HRC 150 kgf 120° diamant sfärokonisk Hårda stål
med HRB > 100 		100 0,002 mm
D HRD 100 kgf 120° diamant sfärokonisk 100 0,002 mm
E HRE 100 kgf Diameter 1⁄8 tum (3,175 mm)
stål, sfärisk 		130 0,002 mm
F HRF 60 kgf Diameter 1⁄16 tum (1,588 mm)
stål, sfärisk 		130 0,002 mm
G HRG 150 kgf Diameter 1⁄16 tum (1,588 mm)
stål, sfärisk 		130 0,002 mm
* Radie av sfärisk avrundning av toppen av konen 0,2 mm

Metod för att testa industriell Rockwell hårdhetstestare

Faktorer som påverkar mätnoggrannheten

Jämförelse av hårdhetsskalor

Enkelheten i Rockwell-metoden (främst frånvaron av behovet av att mäta fördjupningsdiametern) har lett till att den används i stor utsträckning inom industrin för att testa hårdhet. Dessutom krävs inte hög renhet på den uppmätta ytan, till exempel är nackdelen med Brinell- och Vickers-metoderna behovet av att mäta storleken på avtrycket med hjälp av ett mikroskop och kräver ytpolering.

Nackdelen med Rockwell-metoden är dess lägre noggrannhet jämfört med Brinell- och Vickers- metoderna .

Det finns en korrelation mellan hårdhetsvärden uppmätt med olika metoder (se till exempel figur - omvandling av HRB-hårdhetsenheter till Brinell -hårdhet för aluminiumlegeringar ). Beroendet är icke-linjärt. Det finns regulatoriska dokument som jämför hårdhetsvärden uppmätta med olika metoder (till exempel ASTM E-140 ).

Utvärdering av mekaniska egenskaper genom hårdhetstester

Värdet på Rockwells hårdhet är förknippat med andra hållfasthetsegenskaper hos ämnen. Denna koppling studerades av sådana materialforskare som N. N. Davidenkov , M. P. Markovets och andra.

Till exempel, från resultaten av ett intryckningshårdhetstest, kan sträckgränsen för ett ämne bestämmas. För rostfria stål med hög krom efter olika värmebehandlingslägen var avvikelsen mellan de resultat som erhölls med denna metod från destruktiva metoder endast +0,9 % .

Sambandet mellan hårdhetsvärden och andra draghållfasthetsegenskaper såsom draghållfasthet ( draghållfasthet ), skjuvförhållande och verklig brotthållfasthet har också undersökts.

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Betoning i frasen "Rockwell-metoden" . Hämtad 28 september 2021. Arkiverad från originalet 28 september 2021.
  2. ↑ Kehl GL The Principles of Metallographic Laboratory Practice, 3:e upplagan, McGraw-Hill Book Co., 1949, sid. 229.
  3. ↑ HM Rockwell & SP Rockwell Hardness-Tester, US Patent 1294171, Feb 1919.
  4. ↑ SP Rockwell Testningen av metaller för hårdhet // Transaktioner av American Society for Steel Treating, Vol. II, nr 11, augusti 1922, sid. 1013-1033.
  5. ↑ 1 2 S. P. Rockwell Hardness-Testing Machine, US Patent 1516207, Nov 1924.
  6. ↑ Lysaght V.E. Indrag hårdhetstestning, Reinhold Publishing Corp., 1949, sid. 57-62.
  7. ↑ ISO 6508-1:2005. metalliska material. rockwell hårdhetstest. Del 1: Testmetod (skalor A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T)
  8. ↑ Smith, William F. & Hashemi, Javad (2001), Foundations of Material Science and Engineering (4:e upplagan), McGraw-Hill, sid. 229, ISBN 0-07-295358-6 

Litteratur

Normativa dokument