Splošno znanje o merjenju trdote po Rockwellu
Pri merjenju trdote po Rockwellu se meri metoda diferencialne globine, preostala globina vdolbine, ki jo naredi vtiskovalo. V nasprotju s tem se velikost vdolbine meri z optičnimi merilnimi metodami Brinell, Vickers in Knoop.
Čim globlje določeno vtiskovalo prodre v površino vzorca z določeno preskusno obremenitvijo, mehkejši je material, ki se preskuša. Rockwellova trdota (HR) se nato določi iz preostale globine vdolbine, skupaj z nekaj drugimi dejavniki (glejte spodaj).
Pri merjenju trdote po Rockwellu se skupna preskusna sila uporabi v dveh korakih. To je namenjeno odpravi učinkov zaradi hrapavosti površine vzorca (npr. žlebov na vzorcu) ter merilnih napak, ki jih povzroča igra pri merjenju globine vdolbine.
Zaporedje merjenja trdote po Rockwellu (HR) po ISO 6508
- 1. merilni korak
Najprej se vtiskovalo vtisne v vzorec s preskusno prednapetostjo do globine vdolbine h0. h0 določa referenčno ravnino (bazo) za naknadno merjenje globine trajne vdolbine. - 2. merilni korak
Dodatna preskusna sila se nato uporabi za čas zadrževanja (nekaj sekund), ki je opredeljen v skladu s standardom, pri čemer vtiskovalo prodre v vzorec do največje globine prodiranja h1. Vsota preskusne prednapetosti in dodatne preskusne sile je skupna preskusna sila (imenovana tudi skupna sila ali glavna obremenitev). - 3. merilni korak
Ob koncu časa zadrževanja se dodatna preskusna sila odstrani. Vtiskovalo se premakne nazaj v začetni položaj za količino elastičnega dela globine vdolbine znotraj skupne preskusne sile, nato pa ostane na ravni trajne globine vdolbine h (izraženo v enotah 0,002 ali 0,001 mm). To se imenuje tudi diferencialna globina (razlika med globino vdolbine pred in po uporabi skupne preskusne sile). S pomočjo trajne globine vdolbine h je nato mogoče izračunati trdoto po Rockwellu (HR) po formuli, opredeljeni v standardu ISO 6508, glede na uporabljeno lestvico po Rockwellu. - Rockwellov merilni postopek
Preskusne vdolbine morajo biti nastavljene tako, da je dovolj razdalje do roba vzorca in med posameznimi preskusnimi vdolbinami. Minimalne vrednosti, ki jih je treba upoštevati, najdete na spodnjem diagramu.
Prednosti in slabosti merjenja trdote po Rockwellovi metodi
Rockwellova metoda ponuja naslednje prednosti:
- Ni potrebna priprava vzorca (rezanje, brušenje, vstavljanje)
- Neposredno odčitavanje vrednosti trdote; optična ocena ni potrebna (merjenje diagonal kot pri optičnih metodah)
- Hitra (kratek preskusni cikel) in ekonomična metoda (merilniki trdote so sorazmerno stroškovno učinkoviti, saj jim ni treba opremiti z izdelanimi optičnimi sistemi, kot so stroji za optične Brinellove, Vickersove in Knoopove metode)
- Neporušitveni preskus; vzorec je mogoče ponovno uporabiti
Rockwellova metoda ima naslednje pomanjkljivosti:
- To ni vedno najnatančnejša metoda merjenja trdote, saj lahko že majhna napaka pri merjenju diferencialne globine povzroči znatno napako v izračunani vrednosti trdote.
- Na mestu preskušanja ne sme biti nobene umazanije ali ostankov (npr. vodnega kamna in pepela, tujkov ali olja), da se doseže smiseln rezultat preskusa.
- Vtiskovalo ima neznane učinke na rezultat preskusa, npr. ko je vtiskovalo obrabljeno in stožčasta konica ne ustreza več standardnim zahtevam (standardna zahteva: uporabljajte samo certificirana in umerjena vtiskovala, da zmanjšate neželene učinke!).
- Z večanjem trdote je materiale težje razlikovati.
Primeri Rockwellovih metod in aplikacij
Da bi dosegli čim širši obseg uporabe za Rockwellov preskus, je bilo razvitih več metod za Rockwellov in Super Rockwellov proces.
Posamezne Rockwellove metode se razlikujejo po:
- Vrsti vtiskoval (material, oblika in velikost ali premer kroglice);
- Velikosti skupne preskusne sile (skupna sila ali glavna obremenitev);
- Razdelitvi lestvice (osnova h0 za preostalo globino vdolbine h, ki jo je treba izmeriti, je 100 ali 130 enot (odvisno od merila velja: 1 enota E = 0,002 mm ali 0,001 mm)).
Nastale Rockwellove metode uporabljajo pet različnih vtiskoval (diamantni stožec z ukrivljenostjo 120 stopinj ali trda kovinska krogla iz volframovega karbida s premeri: 1/16", 1/8", 1/4", 1/2") in šest različnih skupnih preskusnih sil (15, 30, 45, 60, 100, 150 kgf).
Posledica tega je 30 različnih Rockwellovih lestvic, standardiziranih v skladu z ISO 6508 in ASTM E18 (npr., A, B, C, 30N, 15T) ali Rockwellove metode merjenja (npr.: HRA, HRBW, HRC, HR30N, HR15TW), vsak pokriva različna območja trdote in posledično najrazličnejše materiale in aplikacije (glej spodnjo tabelo).
Rockwell se pogosto uporablja kot hitri preskus v proizvodnji ali laboratoriju, pa tudi za druge procese, kot je Jominy end quench test / Jominy preskus.
Najpogostejša Rockwellova metoda v praksi je HRC. Načeloma se za merjenje trdote mehkejših materialov uporabljajo kroglična vtiskovala, za trše materiale pa diamantna. Diamant bi uničil mehkejše materiale ali jih prebil.
Tabela prikazuje Rockwellove metode, standardizirane v skladu z ISO 6508, in njihove aplikacije. Predobremenitev za vse metode je 10 kgf.
| Metoda | Vtiskovala | Glavna obremenitev (kgf) | Aplikacije |
|---|---|---|---|
| HRA | Diamant 120° | 60 | Kaljena jekla in zlitine, trde kovine |
| HRBW | 1/16” kroglica | 100 | Bakrove (Cu) zlitine, nekaljena jekla (v ZDA tudi za jeklo do pribl. 686 N/mm²) |
| HRC | Diamant 120° | 150 | Kaljena jekla in zlitine, trde kovine |
| HRD | Diamant 120° | 100 | Kaljena jekla in zlitine, trde kovine |
| HREW | 1/8” kroglica | 100 | Aluminijeve (Al) zlitine, bakrove (Cu) zlitine |
| HRFW | 1/16” kroglica | 60 | Tanka, mehka jeklena pločevina |
| HRGW | 1/16” kroglica | 150 | Bron, baker (Cu), lito železo |
| HRHW | 1/8” kroglica | 60 | Aluminij (Al), cink (Zn), svinec (Pb) |
| HRKW | 1/8” kroglica | 150 | Nosilne kovine in drugi zelo mehki ali tanki materiali, vključno s plastiko (glejte ASTM D785) |
| HRLW | 1/4” kroglica | 60 | |
| HRMW | 1/4” kroglica | 100 | |
| HRPW | 1/4” kroglica | 150 | |
| HRRW | 1/2” kroglica | 60 | |
| HRSW | 1/2” kroglica | 100 | |
| HRVW | 1/2” kroglica | 150 |
Naslednji pregled prikazuje vse metode Super Rockwell, standardizirane v skladu z ASTM E18, in njihove aplikacije. Preskusna predobremenitev za vse metode je 3 kg.
| Metoda | Vtiskovala | Glavna obremenitev (kgf) | Aplikacije |
|---|---|---|---|
| HR15N | Diamant 120° | 15 | Obdelovanci s trdim utrjevanjem |
| HR30N | 30 | ||
| HR45N | 45 | ||
| HR15TW | 1/16” kroglica | 15 | Tanka pločevina |
| HR30TW | 30 | ||
| HR45TW | 45 | ||
| HR15WW | 1/8” kroglica | 15 | Aluminij (Al), cink (Zn), svinec (Pb), bela pločevina |
| HR30WW | 30 | ||
| HR45WW | 45 | ||
| HR15XW | 1/4” kroglica | 15 | Aluminij (Al), cink (Zn), svinec (Pb), bela pločevina |
| HR30XW | 30 | ||
| HR45XW | 45 | ||
| HR15YW | 1/2” kroglica | 15 | Aluminij (Al), cink (Zn), svinec (Pb), bela pločevina |
| HR30YW | 30 | ||
| HR45YW | 45 |
