Измерение твердости по Роквеллу (ГОСТ 9013-59, ISO 6508-86)

Метод Роквелла в настоящее время является одним из наиболее рас­пространенных методов технологического контроля металлических деталей в производственных условиях.

По сравнению с методом Бринелля измерение твердости по Роквеллу имеет следующие преимущества:

1. возможность проводить испытания материалов высокой твердости;

2. простота определения числа твердости путем отсчета по шкале индикатора;

3. незначительная повреждаемость поверхности материала:

4. высокая производительность измерений.

В то же время метод Роквелла имеет ряд недостатков:

1. выражение твердости условными единицами, не отражающими величину напряжений, возникающих в материале;

2. отсутствие единой шкалы и произвольный выбор шкал;

3. большой разброс чисел твердости при испытании материалов с гетерогенной структурой из-за малых размеров отпечатка;

4. изменение характера вдавливания разных участков алмазного наконечника в форме конуса с закругленной вершиной (например, вдавливание только сферической части у твердых образцов, или вдавливание закруг­ления и конуса у мягких).

Метод Роквелла применяют для измерения твердости черных и цвет­ных металлов и сплавов при температуре (20_-15⁺¹⁵)⁰С. В процессе испытания наконечник стандартного типа (алмазный конус или стальной шарик) вдавливается в поверхность материала под действием двух последовательно прикладываемых нагрузок - предварительной Р₀ и общей P=P₀+P₁ где Р₁- основная нагрузка (рис. 3).

Твердость по Роквеллу измеряют в условных единицах. За единицу твердости принята величина осевого перемещения наконечника на 0.002 мм.

Число твердости по Роквеллу HR определяют как условную линейную функцию разности окончательной и первоначальной глубин вдавливания наконечника (рис. 3)

,

где N - размер шкалы в единицах твердости, выбираемой в зависимости от условий испытаний;

h₀ - глубина вдавливания наконечника, мм, под действием предвари­тельной нагрузки P₀;

h - глубина вдавливания наконечника, мм, под действием общей нагрузки Р, измеренная после снятия основной нагрузки P₁ при сохранении действия предварительной нагрузки Р₀;

0,002 - цена деления шкалы измерительного устройства в мм, соответ­ствующая условной единице твердости.

Стандарт предусматривает проведение испытаний по девяти шкалам твердости, отличающимся друг от друга различным сочетанием видов наконечников и нагрузок, а также размером шкалы N. На практике наибо­лее широко применяют

Рис.3. измерение твердости по шкалам А, В и С. Для шкал А и С размер N принимают равным 100, что соответствует перемещению на 200 мкм (рис. 3), а для шкалы В - равным 130, что соответствует перемеще­нию на 260 мкм.

Таким образом, число твердости по Роквеллу, измеренное по шкалам А и С,

HRA илиНRС = 100-(h-h₀)/0,002,

а измеренное по шкале В,

HRB=130-(h-h₀)/0,002.

В качестве инденторов для шкал А и С используют алмазный конус с образующим углом 120° и радиусом закругления вершины 0,2 мм, а для шкалы В - стальной закаленный шарик диаметром 1,588 мм (1/16").

Условия испытаний по основным шкалам метода Роквелла и пределы измерений твердости материалов приведены в табл. 2.

По шкале С измеряют твердость закаленных и отпущенных сталей и сплавов. Шкалой А пользуются при испытании весьма твердых материалов (например, твердых сплавов), а также тонких пластин или поверхностных слоев (например, после химико-термической обработай). Шкала В исполь­зуется для испытаний материалов средней твердости, таких, как отожженные или нормализированные стали, бронзы, латуни и др.

Таблица 2