Тврдина според Роквел HRC, HRB и HRA – Метод на мерење, скали и примени

Тврдоста на Роквел е еден од најчесто користените методи за мерење на тврдоста на металите во контролата на квалитетот, сериското производство и тестирањето на материјалите. За разлика од методите на Бринел и Викерс, кои ги мерат димензиите на вдлабнатината оставена од вдлабнувачот, методот Роквел користи мерење на трајната длабочина на пенетрација на вдлабнувачотОва овозможува резултатот да се прочита директно од тестерот за тврдост, без да се изврши оптичко мерење на вдлабнување.
Најчестите скали вклучуваат HRC, HRB и HRA, но системот Роквел вклучува и други скали за различни материјали, опсези на тврдост и дебелини на компонентите. Изборот на вистинската скала е клучен за добивање точни и споредливи резултати.

Што значи тврдоста на Роквел?

Методот на Роквел ја одредува тврдоста врз основа на разликата во длабочината на пенетрација на вовлекувачот под дејство на две нивоа на сила: претходно оптоварување и вкупно оптоварување.
Во зависност од употребената скала, се користат следниве:

• дијамантски конус,
• карбидна топка волфрам.

Ознаката за резултатот содржи нумеричка вредност и симбол за скала, на пример:

• 62 HRC,
• 45 HRC,
• 85 HRBW,
• 75 HRA.

Не наведувајте само нумеричка вредност без ознака на скалата. На пример, вредностите 60 HRC и 60 HRA претставуваат резултати добиени под различни услови на мерење и не се директно еквивалентни.

Што е методот на Роквел?

Тестот започнува со контакт на вдлабнувачот со површината на примерокот. Потоа се применува почетна сила, F₀, која ја воспоставува референтната положба и ги ограничува ефектите од помали површински неправилности и игра во системот за мерење.
Откако положбата на вовлекувачот ќе се стабилизира, се применува дополнителна сила, што предизвикува понатамошно продирање на материјалот. Збирот од почетните и дополнителните сили ја сочинува вкупната сила на тестирање F.
По одредено време, дополнителната сила се отстранува, но почетната сила останува применета. Се случува делумно еластично обновување на деформацијата на материјалот.
Тестерот за тврдост ја мери трајната разлика во длабочината на пенетрација и ја користи за да ја одреди вредноста на тврдоста на Роквел.
Дизајнот на студијата може да се претстави како што следува:
контакт со вдлабнатина → претходно оптоварување → воспоставување на референтна точка → вкупно оптоварување → пенетрација на материјал → отстранување на дополнително оптоварување → мерење на трајна длабочина → отчитување на тврдоста

Зошто Роквел ја мери длабочината, а не дијаметарот на отпечатокот?

Ова е една од најважните разлики помеѓу методот на Роквел и методите на Бринел и Викерс.
Методот Бринел го мери дијаметарот на отпечатокот од топката. Методот Викерс ги мери дијагоналите на отпечатокот од дијамантска пирамида. Методот Роквел ја мери длабочината директно во рамките на мерниот систем на тестерот за тврдост.
Ова овозможува значително намалување на времето за испитување и го ограничува влијанието на операторот поврзано со оптичкото одредување на границите на отпечатокот.
Поради оваа причина, методот Роквел е особено корисен во контролата на сериското производство.

HRC скала – Rockwell C

скала HRC е најчесто поврзаната Роквелова скала и еден од основните методи за проценка на тврдоста на стврднатите челици.
Се користи HRC скалата дијамантски конусПочетната сила е приближно 98,07 N, додека вкупната истражувачка моќ е приближно 1471 N, историски еквивалентно на 150 кгф.
Скалата HRC се користи, меѓу другото, за испитување на:

• стврднати челици,
• алатни челици,
• мартензитни челици,
• елементи по термичко подобрување,
• лежишта,
• шахти и машински елементи со висока тврдост,
• алатки,
• некои мартензитни не'рѓосувачки челици i врнежите се стврднаа.

Според ISO 6508-1:2023, типичниот опсег на примена на скалата C е 20–70 HRC.

Како работи дијамантскиот вовлекувач на HRC скалата?

Вдлабнувачот што се користи во скалите HRC, HRA и HRD има форма на дијамантски конус со соодветно обликуван врв.
Дијамантот се користи поради неговата многу висока цврстина и отпорност на трајна деформација.
Ова е особено важно при тестирање на стврднати челици, чија тврдост би била превисока за соодветна употреба на сферичен вовлекувач на многу Роквелови скали.
Состојбата на вдлабнувачот директно влијае на точноста на мерењето. Оштетувањето, абењето или неточната геометрија на врвот може да предизвикаат систематски грешки во резултатите.

HRB скала и модерна ознака HRBW

Скалата Б е наменета првенствено за материјали со помала тврдост од типичните стврднати челици.
Оваа скала користи топка со дијаметар од 1,5875 mm, или 1/16 инч. Современиот ISO стандард за топка од волфрам карбид ја користи ознаката HRBW.
Почетната сила е приближно 98,07 N, а вкупната истражувачка сила е приближно 980,7 N, т.е. историски 100 кгф.
Скалата Б може да се користи, меѓу другото, за:

• меки челици,
• челик во жарена состојба,
• легури бакар,
• месинг,
• кафеави,
• некои легури алуминиум,
• други материјали со тврдост пониска од типичниот опсег на HRC.

Во техничката пракса, кратенката HRB е сè уште многу честа појава , особено во постарите документи, табели и картички со материјали.

HRA скала – Роквел А

скала ХРА користи дијамантски конус сличен на HRC, но вкупната сила за тестирање што се користи е помала и е приближно 588,4 N, што историски одговара на 60 kgf.
HRA може да се користи, меѓу другото, за:

• многу тврди материјали,
• цементирани карбиди,
• некои тенки елементи,
• материјали за кои поголема сила применета во HRC би била неповолна.

Според ISO 6508-1:2023, опсегот на примена на скалата А е 20–95 HRA.

Споредба на HRA, HRBW и HRC

Други Роквелови скали

HRA, HRBW и HRC не се единствените ваги на Роквел. Стандардот ISO 6508-1 вклучува и ваги. Д, Е, Ф, Г, Х и К.
Тие се разликуваат по типот на вовлекувач, дијаметарот на топката и вредноста на вкупната сила на тестирање.

Како се пресметува тврдоста на Роквел?

Роквеловиот резултат е поврзан со одржливата длабочина на пенетрација на вовлекувачот откако ќе се отстрани дополнителната сила за тестирање.
За класичните Роквелови скали, единицата за промена на длабочината одговара на 0,002 mm.
Во зависност од видот на скалата, се користи соодветна константа на скалата.
За ваги што користат дијамантски конус, како што се HRA, HRC и HRD, односот е:
HR = 100 − h / 0,002
и за класични ваги со употреба на топка:
HR = 130 − h / 0,002
каде h значи трајна длабочина на пенетрација изразена во милиметри.
Ова значи дека како што се зголемува длабочината на трајниот отпечаток, вредноста на тврдоста на Роквел се намалува.

Зошто се користи претходно полнење?

Претходното оптоварување е карактеристична карактеристика на методот Роквел.
Неговата главна задача е:

• воспоставување референтна точка за мерење на длабочина,
• обезбедување соодветен контакт помеѓу вдлабнувачот и примерокот,
• ограничување на влијанието на мали површински неправилности,
• ограничување на влијанието на механичката игра во мерниот систем.

Само откако ќе се примени почетната сила, се применува дополнителна сила што предизвикува значително пенетрација на материјалот.

Опсег на скала на HRC

Според ISO 6508-1:2023, основниот опсег на примена на скалата HRC е 20–70 HRC.
Ако материјалот е премногу мек за правилно тестирање на HRC, треба да се користи различна Роквелова скала или метод за мерење на тврдост.
Скалата HRC не треба да се третира како универзална само затоа што е најпрепознатлива.
На пример, благиот конструкциски челик или аустенитскиот челик во состојба на стврднување во раствор може да бараат различна скала или методот на Бринел или Викерс.

Што значи 60 HRC?

Вредност 60 HRC значи резултат од 60 на скалата Роквел C добиен со користење на наведениот вовлекувач, влезна сила и вкупна тест сила.
Во пракса, 60 HRC означува материјал со висока тврдост. Вакви вредности можат да се појават, на пример, кај правилно стврднати челици за алати или лежишта.
Сепак, вредноста од 60 HRC сама по себе не го одредува квалитетот на челикот или сите негови механички својства.
Два челици со идентична тврдост на HRC може да се разликуваат:

• сила на удар,
• отпорност на пукање,
• сила на замор,
• отпорност на абење,
• отпорност на корозија,
• стабилност на покачени температури.

HRC и термичка обработка на челик

Мерењето на HRC е особено корисно за следење на термичката обработка на челикот.
Стврднувањето може да доведе до формирање на тврда мартензитна структура, додека последователното калење ја менува тврдоста и другите механички својства.
Мерењето на HRC ви овозможува брзо да проверите дали компонентата го достигнала потребниот опсег на тврдост.
Се користи, меѓу другото, за контрола на:

• алатки,
• насипи,
• запчаници,
• лежишта,
• матрици,
• марки,
• елементи изработени од челик за алати,
• мартензитни не'рѓосувачки челици.

Роквелова тврдост на не'рѓосувачки челици

За не'рѓосувачки челици, изборот на скала зависи од материјалната група и нејзината состојба.
Аустенитни не'рѓосувачки челици како што се 1.4301 / AISI 304, 1.4307 / 304L, 1.4401 / 316 oraz 316L, не се класично термички стврднати. Сепак, нивната тврдост може значително да се зголеми со ладна обработка.
Мартензитни челици како што се 1.4021, 1.4034 или 1.4112, сепак, тие можат да постигнат висока тврдост по стврднувањето и калењето, поради што HRC скалата е од големо значење за нив.
Посебна група се челиците со врнежи-стврднување, како што се 1.4542 / 17-4PH, чија тврдост зависи од состојбата на термичка обработка, на пр. H900, H1025, H1075, H1100 или H1150.

Дебелина на примерокот и мерење на Роквел

Еден од најважните услови за правилно мерење е соодветната дебелина на тестираниот елемент.
Ако примерокот е премногу тенок, зоната на деформација под вовлекувачот може да реагира со спротивната површина или потпора.
Ова може да доведе до лажен резултат.
Не треба да има видливи знаци на деформација предизвикана од мерењето на спротивната страна од примерокот.
За тенки елементи, размислете за користење на површински скали на Роквел или друг метод, на пр. Викерс, со соодветно избрана сила.

Роквелови површински скали

За потенки елементи и поплитки слоеви, Роквелови површински лушпи.
Тие вклучуваат, меѓу другото:

• HR15N,
• HR30N,
• HR45N,
• HR15T,
• HR30T,
• HR45T.

На површинските скали се користат помали сили отколку на класичните Роквелови скали.
Ваги со буква N користете дијамантска вовлекувачка машина, додека лушпите со буквата T тие користат сферичен вовлекувач.
Тие се корисни, меѓу другото, за тестирање на тенки елементи, мали делови и специфични површински слоеви каде што класичното Роквелово оптоварување би резултирало со предлабока пенетрација.

Подготовка на површината за тестирање на Роквел

Површината на примерокот треба да биде чиста, стабилна и правилно подготвена.
Следното треба да се отстрани:

• скала,
• лабави производи корозија,
• загадување,
• дебели слоеви на оксиди,
• други слоеви што можат да влијаат на пенетрацијата на вдлабнувачот.

Површината треба да биде доволно мазна за неправилностите да не влијаат значително на мерењето на длабочината.
Во исто време, подготовката на површината не смее да предизвика прегревање, стврднување при работа или други промени на површинскиот слој.

Важноста на соодветната поддршка за примерокот

Тестираниот елемент мора да биде стабилно потпрен.
Секое движење на примерокот за време на примената на сила може да се протолкува од мерниот систем како дополнително пенетрација на вовлекувачот.
Посебно внимание треба да се посвети на:

• цилиндрични елементи,
• ролери,
• цевки,
• елементи со неправилна форма,
• тенки примероци.

За цилиндрични елементи се користат соодветни потпори, вклучувајќи призми од V-тип.

Роквелово мерење на цилиндрични површини

Закривеноста на површината влијае на геометријата на контактот на вовлекувачот со материјалот и може да предизвика разлика помеѓу отчитаната и вистинската тврдост.
Стандардите предвидуваат корекции на резултатите за конвексни површини со познат радиус во одредени случаи.
Колку е помал дијаметарот на вратилото или цилиндричниот елемент што се тестира, толку е поголем ефектот на закривеноста врз резултатот.
Затоа, при тестирање на ролери, необработеното HRC или HRB отчитување не треба некритички да се толкува како еквивалентно на мерење направено на рамна површина.

Растојание од работ и помеѓу отпечатоците

Секое мерење предизвикува локална пластична деформација на материјалот.
Следниот впечаток не треба да се прави премногу блиску до претходниот, бидејќи зоните на деформација можат да влијаат едни на други.
Исто така, треба да одржувате соодветно растојание од работ на примерокот.
Точните минимални растојанија треба да се изберат во согласност со барањата на релевантниот стандард и скалата што се користат.

Најчестите грешки при мерење на Роквел

Вообичаени извори на грешки вклучуваат:

• употреба на неправилна вага,
• премногу тенок примерок,
• нестабилна поддршка на елементот,
• валкана или премногу груба површина,
• оставајќи впечаток премногу блиску до работ,
• правејќи последователни впечатоци премногу блиску еден до друг,
• истрошен или оштетен вдлабнувач,
• неправилна верификација на тестот за тврдост,
• вибрации за време на тестирањето,
• неправилно позиционирање на примерокот во однос на оската на вдлабнувањето,
• неземање предвид на закривеноста на тестираниот елемент.

Предности на методот Роквел

Најважните предности вклучуваат:

• многу брзо мерење,
• директно читање на резултатот,
• нема потреба од оптичко мерење на отпечатокот,
• голема корисност во контролата на серии,
• широк избор на ваги,
• способност за тестирање на материјали со многу различна тврдост,
• релативно мала вдлабнатина во споредба со методот на Бринел,
• многу широка индустриска примена.

Ограничувања на методот Роквел

Методот на Роквел, исто така, има ограничувања.
Резултатот може да биде особено чувствителен на:

• неправилен избор на скала,
• мала дебелина на елементот,
• грубост на површината,
• нестабилна поддршка,
• закривеност на примерокот,
• локална нехомогеност на микроструктурата.

Вдлабнувањето е помало отколку кај Бринеловиот метод, па затоа резултатот може да претставува повеќе локални својства на материјалот.
За високо хетерогени материјали, како што се некои леани железа или големи одливки, Бринел може да обезбеди порепрезентативен просек на микроструктурата.

Роквел и Бринел

Роквел и Викерс

Викерс користи дијамантска пирамида и оптичко мерење на дијагоналите на вдлабнување. Роквел, од друга страна, ја мери длабочината на пенетрација.
Викерсовиот метод е многу разновиден и може да се користи и за мерење на мали површини и микротврдост. Роквел, од друга страна, е побрз и особено погоден за инспекција на производството.

Конверзија од HRC во HBW и HV

Во пракса, често е потребно да се споредат вредностите на HRC со резултатите од Бринел или Викерс.
Ваквите конверзии се приближен и зависат од видот на материјалот што се тестира.
HRC, HBW и HV не треба да се третираат како скали поврзани со еден универзален математички однос.
За технички конверзии, користете ги соодветните табели за конверзија за одредена група материјали.
Потребна е посебна претпазливост:

• аустенитни челици,
• дуплекс и супердуплекс константи,
• челици со врнежи-стврднување,
• леано железо,
• легури на никел,
• запрен алуминиум.

Стандарди за мерење на тврдоста на Роквел

Основната меѓународна серија на стандарди за тестирање на тврдост по Роквел е ISO 6508.

Во техничката документација, треба да се обрне внимание на точното издание на стандардот наведен од клиентот, спецификацијата на материјалот или условите за прифаќање.

ISO 6508-1 и ASTM E18

ISO 6508-1 и ASTM E18 го опишуваат тестирањето на тврдоста по Роквел, но за тестирање на прифатливост тие не треба да се сметаат за автоматски заменливи документи во секој детаљ.
Доколку нарачката, стандардот на производот или спецификацијата на клиентот бараат тестирање според ASTM E18, резултатот треба да се добие во согласност со ASTM E18. Слично, доколку е потребен ISO 6508-1, треба да се применат барањата на тој стандард.
Ова е особено важно кога:

• тестови за прифаќање,
• контрола на материјалните залихи,
• подготовка на лабораториски извештаи,
• сертификација,
• споредување на резултатите добиени од различни лаборатории.

Каде се користи мерењето на Роквел?

Методот Роквел најчесто се користи во:

• металургија,
• индустријата за алати,
• производство на лежишта,
• производство на запчаници и вратила,
• контрола на термичка обработка,
• автомобилската индустрија,
• производство на машински делови,
• лаборатории за материјали,
• сериска контрола на квалитет.

Брзината на тестирањето значи дека еден тестер за тврдост може да се користи за проверка на голем број производствени компоненти.

Дали HRC ја одредува цврстината на челикот?

Тврдината може да биде во корелација со некои механички својства, но HRC не е директно мерење на затегнувачката цврстина.
Не сите својства на материјалот треба да се утврдат само врз основа на HRC.
Челикот со висока тврдост може да покаже и помала еластичност или отпорност на удар. Од друга страна, калењето може да ја намали тврдоста, но да ја подобри отпорноста на кршење на материјалот.
Затоа, мерењето на Роквел треба да се толкува заедно со информации во врска со:

• тип на материјал,
• микроструктури,
• калај термичка обработка,
• затегнувачка цврстина Rm,
• граница на истегнување Rp0,2,
• продолжување А,
• јачина на удар KV.

Методот Роквел е еден од најважните индустриски методи за мерење на тврдоста на металите. Неговата главна предност е што ја одредува тврдоста врз основа на длабочина на пенетрација на вдлабнувачот, така што резултатот може да се добие брзо и без оптичко мерење на отпечатокот.
Најпознатата скала е HRC, се користи првенствено за стврднати челици и други материјали со висока тврдост. Скала HRBW користи топка и се користи за материјали со помала тврдост, додека ХРА користи дијамантски вовлекувач со помала вкупна сила од HRC.
Правилното мерење бара правилен избор на скалата, соодветна дебелина и подготовка на примерокот, стабилна потпора на елементот и ефикасен и правилно проверен тестер на тврдост.
Основниот меѓународен стандард за методот е ISO 6508-1: 2023, додека во системот ASTM се користи ASTM E18.

Примена – Конвертор на тврдост Brinell HB, Rockwell HRC, Vickers HV, Knoop, Mohs

Тврдост на метали и челици – методи на мерење, скали на тврдост и конверзија
Тврдина според Роквел HRC, HRB и HRA – Метод на мерење, скали и примени
Тврдост на Бринел HBW – Метод на мерење, скала, формула и примена
Викерсова тврдост HV – метод на мерење, формула и примена
Тврдина Кнуп Хонг Конг – Метод на мерење, микротврдост и примена
Мосова скала - табела на тврдост на минерали и материјали
Конверзија на тврдост HBW, HRC, HRB и HV – табели за конверзија