Метод испытания твёрдости по Роквеллу. (ГОСТ 9013-59)

Принципиальное отличие данного способа от рассмотренного выше измерения по Бринеллю состоит в том, что твёрдость определяют не по площади, а по глубине отпечатка. Твёрдость металлов по этому методу измеряют вдавливанием в испытуемый образец алмазного конуса или стального шарика под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной, равной 10 кгс, и общей, равной сумме предварительной и основной нагрузок.

Разность глубин, на которые проникает алмазный конус или стальной шарик под действием этих двух нагрузок, характеризует твёрдость испытуемого металла.

На рисунке 3 показана схема измерения твёрдости. Предварительная нагрузка P₀ равна 10 кгс, основная P₁ зависит от применяемой шкалы. Предусмотрено три шкалы A, B, C и, соответственно три различных разновидности этого метода. Измерения по шкале А (обозначается HRA) производятся при вдавливании алмазного конуса (угол при вершине 120°) и основной нагрузке 50 кгс, и предназначены для испытания очень твёрдых и более тонких материалов. Измерения по шкале В (HRB) производятся при вдавливании стального шарика (диаметр 1,588 мм или 1/16¢¢) и основной нагрузке 90 кгс, и предназначены для испытания незакалённых образцов и деталей из мягких металлов. Наиболее всего распространены измерения по шкале С (HRC), производимые при вдавливании алмазного конуса (угол при вершине 120°) и основной нагрузке 140 кгс – для закалённой или низкоотпущенной стали, для материалов средней твёрдости, а также для определения твёрдости тонких поверхностных слоёв, но толщиной более 0,5 мм. Допускаемые пределы измерения твёрдости составляют: для шкалы А – 70...85, В – 25...100, С – 20...67.

Рисунок 3 – Схема измерения твёрдости по методу Роквелла

Твёрдость измеряется в условных единицах. Единице твёрдости соответствует осевое перемещение индентора на 0,002 мм. Числа твёрдости по Роквеллу (HR) выражают следующими формулами:

HR=100-e – при измерении по шкалам А и С;

HR=130-e – при измерении по шкале B.

Величину e определяют по формуле (см. рисунок 3):

,

где h – глубина внедрения наконечника в испытуемый материал под действием общей нагрузки P, измеренная после снятия основной нагрузки P₁ с оставлением предварительной нагрузки P₀; h₀ – глубина внедрения наконечника в испытуемый материал под действием нагрузки P₀.

Твёрдость следует измерять не менее, чем в трёх точках. Для расчёта принимают среднее значение результатов второго и третьего измерений.

Измерение твёрдости по Роквеллу требует меньше времени, чем по Бринеллю, причём результат измерения виден на шкале (он указан стрелкой). Кроме того, измерение твёрдости по Роквеллу оставляет меньший отпечаток на поверхности детали, в связи с чем этот метод получил большее распространение.

Твёрдость по Роквеллу (рисунок 4) вне зависимости от особенностей конструкции прибора определяют следующим образом:

1. Испытуемый образец помещают на предметный стол прибора. При этом основная и предварительная нагрузки не должны воздействовать на индентор, а стрелка индикатора должна находиться на произвольном делении (рисунок 4,а).

2. Подъёмом предмет­ного стола внедряют индентор в испытуемый образец под действием только предварительной нагрузки, равной 10 кгс. При этом стрелка индикатора устана­вливается на нуль (рисунок 4,б).

3. Когда под действием предварительной и основной нагрузок индентор вдавлен в образец, индикатор указывает перемещение наконечника под действием основной нагрузки в результате пластической и упругой деформаций образца (рисунок 4,в).

4. Снимают основную нагрузку, воздействую пи этом на индентор предварительной нагрузкой. Индикатор в это время фиксирует твёрдость (рисунок 4,г).

После снятия предварительной нагрузки прибор готов к новому испытанию.

Рисунок 5 – Схема определения твёрдости по Виккерсу