Để sử dụng hiệu quả các kim loại trong các thiết kế khác nhau, điều quan trọng là phải biết độ bền của chúng. Độ cứng là đặc tính chất lượng được tính toán phổ biến nhất của kim loại và hợp kim. Có một số phương pháp để xác định nó: Brinell, Rockell, Super-Rockwell, Vickers, Ludwik, Shor (Monotron), Martens. Bài báo xem xét phương pháp của anh em nhà Rockwell.
Phương pháp là gì
Phương pháp Rockwell là một phương pháp kiểm tra độ cứng của vật liệu. Đối với phần tử đang nghiên cứu, độ sâu xuyên qua của đầu cứng của chỉ thị được tính toán. Trong trường hợp này, tải trọng vẫn giữ nguyên đối với mỗi thang độ cứng. Thường là 60, 100 hoặc 150 kgf.
Chỉ báo trong nghiên cứu là những quả bóng bằng vật liệu bền hoặc hình nón kim cương. Chúng phải có đầu nhọn tròn và góc đỉnh 120 độ.
Phương pháp này được chứng minh là đơn giản và có thể tái tạo nhanh chóng. Điều này mang lại lợi thế hơn so với các phương pháp khác.
Lịch sử
Giáo sư nghiên cứu tại Vienna, Ludwig, lần đầu tiên đề xuất việc sử dụng thụt đầu dòng để nghiên cứuđộ cứng bằng cách xuyên qua vật liệu và tính toán độ sâu tương đối. Phương pháp của ông được mô tả trong tác phẩm Die Kegelprobe năm 1908.
Phương pháp này có nhược điểm. Hai anh em Hugh và Stanley Rockwell đã đề xuất một công nghệ mới giúp loại bỏ các sai số về sự không hoàn hảo cơ học của hệ thống đo lường (đèn nền và khuyết tật bề mặt, sự nhiễm bẩn của vật liệu và bộ phận). Các giáo sư đã phát minh ra máy đo độ cứng - một thiết bị xác định độ sâu xuyên thấu tương đối. Nó được sử dụng để kiểm tra ổ bi thép.
Xác định độ cứng của kim loại bằng phương pháp của Brinell và Rockwell đáng được quan tâm trong cộng đồng khoa học. Nhưng phương pháp Brinell kém hơn - nó chậm và không được sử dụng cho thép cứng. Do đó, nó không thể được coi là một phương pháp kiểm tra không phá hủy.
Vào tháng 2 năm 1919, máy đo độ cứng đã được cấp bằng sáng chế số 1294171. Vào thời điểm này, Rockwells làm việc cho một công ty ổ bi.
Vào tháng 9 năm 1919, Stanley Rockwell rời công ty và chuyển đến Bang New York. Ở đó, anh ta đã gửi đơn đăng ký cải tiến thiết bị và đã được chấp nhận. Thiết bị mới được cấp bằng sáng chế và cải tiến vào năm 1921.
Cuối năm 1922, Rockwell thành lập một nhà máy xử lý nhiệt vẫn hoạt động ở Connecticut. Một phần của Instron Corporation từ năm 1993.
Ưu nhược điểm của phương pháp
Mỗi phương pháp tính độ cứng là duy nhất và có thể áp dụng trong một số lĩnh vực. Phương pháp độ cứng Brinell và Rockwelllà cơ bản.
Có một số ưu điểm của phương pháp:
- khả năng xảy ra thí nghiệm độ cứng cao;
- hư hỏng bề mặt nhỏ trong quá trình thử nghiệm;
- phương pháp đơn giản không yêu cầu đo đường kính vết lõm;
- quá trình thử nghiệm đủ nhanh.
Flaws:
- so với máy đo độ cứng của Brinell và Vickers, phương pháp Rockwell không đủ chính xác;
- phải chuẩn bị kỹ lưỡng bề mặt mẫu.
Cấu trúc của thang đo Rockwell
Để kiểm tra độ cứng của kim loại bằng phương pháp Rockwell, chỉ có 11 thang đo được lấy ra. Sự khác biệt của chúng nằm ở tỷ lệ giữa đầu và tải trọng. Đầu có thể không chỉ là hình nón kim cương mà còn là một quả bóng bằng hợp kim cacbua và vonfram hoặc thép cứng ở dạng hình cầu. Mẹo được cố định trong cài đặt được gọi là số nhận dạng.
Cân thường được ký hiệu bằng các chữ cái trong bảng chữ cái Latinh: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.
Kiểm tra độ bền được thực hiện với các thang đo chính - A, B, C:
- Cân A: thử nghiệm với hình nón kim cương có tải trọng 60 kgf. Chỉ định - HRA. Các thử nghiệm như vậy được thực hiện đối với các vật liệu cứng mỏng (0,3-0,5 mm);
- Cân B: Kiểm tra bi thép 100 kgf. Chỉ định - HRB. Các thử nghiệm được thực hiện trên thép nhẹ được ủ và hợp kim màu;
- Cân C: Thử nghiệm côn 150 kgf. Chỉ định - HRC. Thử nghiệm được thực hiện đối với kim loại cứng trung bình, thép cứng và tôi luyện hoặc các lớp có độ dày không quá 0,5 mm.
Độ cứng theo phương phápRockwell thường được ký hiệu là HR với chữ cái thứ ba của thang đo (ví dụ: HRA, HRC).
Công thức tính
Độ cứng của vật liệu ảnh hưởng đến độ sâu thâm nhập của đầu mút. Đối tượng thử nghiệm càng cứng thì khả năng thâm nhập càng ít.
Để xác định số lượng độ cứng của vật liệu, cần có một công thức. Hệ số của nó phụ thuộc vào thang đo. Để giảm sai số đo, người ta nên chấp nhận sự khác biệt tương đối về độ sâu xuyên thấu của vết lõm tại thời điểm áp dụng tải chính và tải sơ bộ (10 kgf).
Phương pháp đo độ cứng Rockwell liên quan đến việc sử dụng công thức: HR=N- (H-h) / s, trong đó sự khác biệt H-h biểu thị độ sâu xuyên thấu tương đối của vết lõm dưới tải (sơ bộ và chính), giá trị là tính bằng mm. N, s là các hằng số, chúng phụ thuộc vào tỷ lệ cụ thể.
Máy đo độ cứng Rockwell
Máy đo độ cứng là thiết bị để xác định độ cứng của kim loại và hợp kim bằng phương pháp Rockwell. Nó là một thiết bị có hình nón kim cương (hoặc quả bóng) và vật liệu mà hình nón phải nhập vào. Một quả cân cũng được gắn để điều chỉnh lực tác động.
Hiển thị chỉ báo thời gian. Quá trình này diễn ra trong hai giai đoạn: đầu tiên, ấn được thực hiện với một lực 10 kgf, sau đó mạnh hơn. Để nhấn nhiều hơn, một hình nón được sử dụng, cho ít hơn, một quả bóng.
Vật liệu thử nghiệm được đặt nằm ngang. Viên kim cương được hạ xuống nó bằng một đòn bẩy. Để giảm tốc trơn tru, thiết bị sử dụng tay cầm với bộ giảm chấn dầu.
Thời gian tải chính thường làlà 3 đến 6 giây, tùy thuộc vào vật liệu. Tải trước phải được duy trì cho đến khi có kết quả kiểm tra.
Mũi tên lớn của chỉ báo di chuyển theo chiều kim đồng hồ và phản ánh kết quả của thử nghiệm.
Phổ biến nhất trong thực tế là các mẫu máy đo độ cứng rockwell như vậy:
- Thiết bị văn phòng phẩm kiểu "Metrotest" "ITR", ví dụ: "ITR-60/150-M".
- Qness GmbH mẫu Q150R.
- Thiết bị tự động văn phòng phẩm TIME Group Inc model TH300.
Phương pháp Kiểm tra
Nghiên cứu cần có sự chuẩn bị kỹ lưỡng. Khi xác định độ cứng của kim loại bằng phương pháp Rockwell, bề mặt mẫu phải sạch, không có vết nứt và vảy. Điều quan trọng là phải liên tục kiểm tra xem tải có được đặt vuông góc lên bề mặt của vật liệu hay không và liệu nó có ổn định trên bàn hay không.
Dấu ấn khi đẩy hình nón phải ít nhất 1,5 mm và khi đẩy quả bóng - hơn 4 mm. Để tính toán hiệu quả, mẫu phải dày hơn 10 lần so với độ sâu xuyên của vết lõm sau khi loại bỏ tải trọng chính. Ngoài ra, nên thực hiện ít nhất 3 phép thử của một mẫu, sau đó kết quả sẽ được tính trung bình.
Các bước kiểm tra
Để thử nghiệm có kết quả khả quan và có sai sót nhỏ, bạn nên tuân theo trình tự tiến hành của nó.
Các giai đoạn của thí nghiệm phương pháp xác định độ cứng bằngRockwell:
- Xác định lựa chọn thang đo.
- Cài đặt thụt lề cần thiết và tải.
- Thực hiện hai bản in thử nghiệm (không bao gồm trong kết quả) để chỉnh sửa cài đặt của thiết bị và mẫu.
- Đặt khối tham chiếu trên bàn thiết bị.
- Kiểm tra tải trước (10 kgf) và đặt lại cân.
- Áp dụng chính tải, chờ kết quả tối đa.
- Bỏ tải và đọc giá trị nhận được trên mặt số.
Quy định cho phép thử một mẫu khi thử sản phẩm đại trà.
Điều đó sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác
Khi tiến hành bất kỳ thử nghiệm nào, điều quan trọng là phải xem xét nhiều yếu tố. Tính năng phát hiện độ cứng của Rockwell cũng có những đặc điểm riêng.
Yếu tố cần chú ý:
- Độ dày của mẫu thử. Các quy tắc của thí nghiệm cấm sử dụng mẫu nhỏ hơn mười lần độ sâu xuyên của đầu nhọn. Tức là, nếu độ sâu xuyên thấu là 0,2 mm, thì vật liệu phải dày ít nhất 2 cm.
- Phải có khoảng cách giữa các hình in trên mẫu. Nó là ba đường kính giữa các tâm của các bản in gần.
- Người ta nên tính đến sự thay đổi có thể xảy ra trong kết quả thử nghiệm trên mặt số, tùy thuộc vào vị trí của nhà nghiên cứu. Đó là, việc đọc kết quả nên được thực hiện từ một quan điểm.
Tính chất cơ học trong các thử nghiệmsức mạnh
Liên hệ và khám phá các đặc tính độ bền của vật liệu và kết quả kiểm tra độ cứng bằng phương pháp độ cứng Rockwell được thu được bởi các nhà khoa học vật liệu như Davidenkov N. N., Markovets M. P. và những người khác.
Theo kết quả của thử nghiệm độ cứng vết lõm, các phương pháp tính toán độ bền chảy được áp dụng. Mối quan hệ này được tính toán cho thép không gỉ crom cao đã trải qua nhiều lần xử lý nhiệt. Giá trị độ lệch trung bình, khi sử dụng thụt lề hình thoi, chỉ là +0,9%.
Nghiên cứu cũng đang được tiến hành để xác định các tính chất cơ học khác của vật liệu liên quan đến độ cứng. Ví dụ, độ bền kéo (hoặc độ bền kéo), khả năng chống đứt gãy thực sự và độ co tương đối.
Phương pháp thay thế để xác định độ cứng
Có thể đo độ cứng không chỉ bằng phương pháp Rockwell. Hãy xem xét những điểm chính của mỗi phương pháp và sự khác biệt của chúng. Kiểm tra tải tĩnh:
- Học mẫu. Phương pháp Rockell và Vickers có thể kiểm tra các vật liệu tương đối mềm và có độ bền cao. Phương pháp Brinell được thiết kế để nghiên cứu các kim loại mềm hơn có độ cứng lên đến 650 HBW. Phương pháp Super-Rockwell cho phép kiểm tra độ cứng ở mức tải thấp.
- ĐIST. Phương pháp Rockwell tuân theo GOST 9013-59, phương pháp Brinell - 9012-59, phương pháp Vickers - 2999-75, Phương pháp rút gọn - GOST 263-75, 24622-91, 24621-91, ASTM D2240, ISO 868-85.
- Durometers. Thiết bị của các nhà nghiên cứu Rockwell và Shore rất đơn giảnsử dụng và kích thước nhỏ. Thiết bị Vickers cho phép thử nghiệm trên các mẫu vật rất mỏng và nhỏ.
Các thí nghiệm dưới áp suất động được thực hiện theo phương pháp của Martel, Poldi, sử dụng máy thử va đập thẳng đứng Nikolaev, thiết bị lò xo Schopper và Bauman và các loại khác.
Độ cứng cũng có thể được đo bằng cách cào. Các thử nghiệm như vậy được thực hiện bằng cách sử dụng tệp Barb, Monters, Hankins, bộ đo vi đo lường Birbaum và các loại khác.
Bất chấp những thiếu sót của nó, phương pháp Rockwell được sử dụng rộng rãi để kiểm tra độ cứng trong công nghiệp. Nó dễ thực hiện, chủ yếu là do không cần đo bản in dưới kính hiển vi và đánh bóng bề mặt. Nhưng đồng thời, phương pháp này không chính xác như các nghiên cứu đề xuất của Brinell và Vickers. Độ cứng, được đo bằng các cách khác nhau, có sự phụ thuộc. Có nghĩa là, các đơn vị hiệu dụng của Rockwell có thể được chuyển đổi thành đơn vị Brinell. Ở cấp độ lập pháp, có các quy định như ASTM E-140 để so sánh các giá trị độ cứng.
