Ogólna wiedza na temat badania twardości metodą Rockwella
W badaniu twardości Rockwella, metodzie różnic zagłębienia, zostaje zmierzona pozostała wielkość zagłębienia, wytworzonej przez wgłębnik. Natomiast metody optyczne Brinella, Vickersa i Knoopa mierzą wielkość odcisku pozostawionego przez wgłębnik.
Im głębiej zdefiniowany wgłębnik wnika w powierzchnię przedmiotu obrabianego (próbkę) pod określoną siłą badawczą, tym bardziej miękki jest badany materiał. Na podstawie powstałej wielkości zagłębienia, jak i kilku innych czynników (patrz poniżej) można określić twardość Rockwella (HR).
W badaniu twardości wg Rockwella siła łączna zostaje naniesiona w dwóch krokach. Ma to na celu wyeliminowanie wpływu chropowatości powierzchni próbki (np. rowków na próbce) oraz błędu pomiaru spowodowanego luzem w pomiarze głębokości zagłębienia.
Przebieg badania twardości Rockwella (HR) zgodnie z ISO 6508
- 1.Krok badawczy
Najpierw wgłębnik wciska się w badaną próbkę za pomocą wstępnej siły badawczej (zwanej także siłą wstępną lub obciążeniem wstępnym) do wielkości zagłębienia h0. h0 określa płaszczyznę odniesienia (bazę) dla późniejszego pomiaru powstałego zagłębienia (h). - 2.Krok badawczy
Następnie przykłada się dodatkową siłę badawczą na czas określony zgodnie z normą (kilka sekund), przy czym wgłębnik wnika w próbkę na maksymalną wielkość zagłębienia h1. Suma wstępnej siły badawczej i dodatkowej siły badawczej daje całkowitą siłę badawczą (zwaną także siłą główną lub obciążeniem głównym). - 3.Krok badawczy
Pod koniec czasu działania dodatkowej siły badawczej jest ponownie usuwana, wgłębnik powraca do pozycji wyjściowej o sprężystą proporcję wielkości zagłębienia do całkowitej siły badawczej i pozostaje na poziomie pozostałej wielkości zagłębienia h (wyrażonej w jednostkach 0,002 lub 0,001 mm). Nazywa się to również różnicą głębokości (różnicą wielkości zagłębienia przed i po przyłożeniu całkowitej siły badawczej). Wykorzystując wielkość zagłębienia h, można następnie obliczyć twardość Rockwella (HR) zgodnie ze wzorem określonym w normie ISO 6508 , stosując zastosowaną skalę Rockwella. - Przebieg badania Rockwella
W metodzie Rockwella odciski badawcze należy rozmieścić w taki sposób, aby zachować odpowiednią odległość od brzegu (krawędzi) próbki oraz pomiędzy poszczególnymi odciskami badawczymi. Minimalne wartości, których należy przestrzegać zgodnie z normą, znajdziesz na poniższej grafice.
Zalety i wady badania twardości metodą Rockwella
Badanie Rockwella ma następujące zalety:
- brak konieczności przygotowania próbki (oddzielanie, szlifowanie, zatapianie)
- bezpośredni odczyt wartości twardości, nie wymaga oceny optycznej (pomiar przekątnych jak metodami optycznymi)
- szybki (krótki cykl badawczy) i niedrogi proces (maszyny do badania twardości są stosunkowo niedrogie, ponieważ nie muszą być wyposażone w skomplikowaną optykę jak maszyny do procesów optycznych Brinella, Vickersa i Knoopa)
- badanie nieniszczące, część badaną można ponownie wykorzystać
Badanie Rockwella ma następujące wady:
- Nie zawsze jest to najdokładniejsza metoda badania twardości, gdyż nawet niewielki błąd pomiaru różnicy głębokości powoduje duży błąd wyznaczanej wartości twardości.
- Aby wynik badania był miarodajny, miejsce badania musi być wolne od wszelkich zanieczyszczeń (np. zendry, ciał obcych lub oleju).
- Wgłębnik ma nieznany wpływ na wynik badania, m.in. jeśli wgłębnik jest zużyty i stożek nie spełnia już wymagań normy (wymaganie normy: Aby zminimalizować wpływy, należy używać wyłącznie certyfikowanych i skalibrowanych wgłębników!).
- Wraz ze wzrostem twardości materiały stają się trudne do rozróżnienia.
Przykłady metod i zastosowań badania twardości metodą Rockwella
Aby uzyskać jak najszerszy zakres zastosowań metody Rockwella , opracowano kilka metod Rockwella zarówno dla procesu Rockwella, jak i Super Rockwella.
Poszczególne metody Rockwella różnią się:
- rodzajem wgłębnika (materiał, kształt i geometria lub średnica kulki);
- wielkością całkowitej siły badawczej (także siły głównej lub głównego obciążenia);
- podziałem skali (podstawa h0 dla mierzonej wielkości zagłębienia h wynosi przy 100 lub 130 jednostek (w zależności od skali: 1 jednostka E = 0,002mm ewent. 0,001mm)).
Powstałe metody Rockwella wykorzystują pięć różnych wgłębników (stożki diamentowe o krzywiźnie 120° lub kulka z twardego metalu wykonana z węglika wolframu o średnicach: 1/16",1/8",1/4",1/2") i sześć różnych łącznych sił badawczych (15, 30, 45, 60, 100, 150 kgf).
Z tego wynika 30 różnych - wg ISO 6508 i ASTM E18 normowych – skali Rockwella (np.: A, B, C, 30N, 15T) ewent. metod badawczych Rockwella (np.: HRA, HRBW, HRC, HR30N, HR15TW), z których każda obejmuje różne zakresy twardości, a tym samym szeroką gamę materiałów i obszarów zastosowań (patrz tabele poniżej).
Rockwell jest często używany jako „szybki test” na produkcji lub w laboratorium, ale także w innych procesach, takich jak badaniu hartowania od czoła / badanie Jominy.
Najpopularniejszą w praktyce metodą Rockwella jest HRC. Zasadniczo wgłębniki kulkowe służą do badania twardości bardziej miękkich materiałów, a wgłębniki diamentowe służą do badania twardszych materiałów. Diament zniszczyłby lub penetrował bardziej miękkie materiały.
Tabela pokazuje zgodnie z ISO 6508 normowe metody Rockwella i ich zastosowania. Obciążenie wstępne dla wszystkich metod wynosi 10 kgf.
| Metoda | Wgłębnik | Obciążenie główne (kgf) | Zastosowania |
|---|---|---|---|
| HRA | Stożek diamentowy 120° | 60 | stale i stopy nawęglane, metale twarde |
| HRBW | Kulka 1/16" | 100 | Stopy miedzi (Cu), stale niehartowane (w USA również dla stali do ok. 686N/mm² |
| HRC | Stożek diamentowy 120° | 150 | stale i stopy nawęglane, metale twarde |
| HRD | Stożek diamentowy 120° | 100 | stale i stopy nawęglane, metale twarde |
| HREW | Kulka 1/8" | 100 | Stopy aluminium (Al), stopy miedzi (Cu) |
| HRFW | Kulka 1/16" | 60 | cienkie, miękkie blachy stalowe |
| HRGW | Kulka 1/16" | 150 | Brąz, miedź (Cu), żeliwo |
| HRHW | Kulka 1/8" | 60 | Aluminium (Al), Cynk (Zn), Ołów (Pb) |
| HRKW | Kulka 1/8" | 150 | Metale łożyskowe i inne bardzo miękkie lub cienkie materiały, w tym tworzywa sztuczne (patrz ASTM D785) |
| HRLW | Kulka 1/4" | 60 | |
| HRMW | Kulka 1/4" | 100 | |
| HRPW | Kulka 1/4" | 150 | |
| HRRW | Kulka 1/2" | 60 | |
| HRSW | Kulka 1/2" | 100 | |
| HRVW | Kulka 1/2" | 150 |
Poniższy przegląd pokazuje wszystkie zgodnie z ASTM E18 normowane metody Super Rockwella i ich zastosowania. Siła wstępna dla wszystkich metod wynosi 3 kg.
| Metoda | Wgłębnik | Obciążenie główne (kgf) | Zastosowania |
|---|---|---|---|
| HR15N | Stożek diamentowy 120° | 15 | Przedmioty obrabiane z cienkim utwardzaniem powierzchniowym |
| HR30N | 30 | ||
| HR45N | 45 | ||
| HR15TW | Kulka 1/16" | 15 | Cienkie blachy |
| HR30TW | 30 | ||
| HR45TW | 45 | ||
| HR15WW | Kulka 1/8" | 15 | Aluminium (Al), cynk (Zn), ołów (Pb), blacha ocynowana |
| HR30WW | 30 | ||
| HR45WW | 45 | ||
| HR15XW | Kulka 1/4" | 15 | Aluminium (Al), cynk (Zn), ołów (Pb), blacha ocynowana |
| HR30XW | 30 | ||
| HR45XW | 45 | ||
| HR15YW | Kulka 1/2" | 15 | Aluminium (Al), cynk (Zn), ołów (Pb), blacha ocynowana |
| HR30YW | 30 | ||
| HR45YW | 45 |
