Измерение твердости вдавливанием алмазного конуса или стального шарика (метод Роквелла)

По методу Роквелла твердость металлов определяют вдавливанием в испытуемый образец (изделие) стального шарика диаметром 1,588 мм при нагрузке 100 кг или алмазного конуса с углом при вершине 120⁰ при нагрузке 60 или 150 кг. Схема определения твердости по Роквеллу приведена на рисунке 3.3.

При испытании сначала прикладывают предварительную нагрузку Р₀, равную 10 кг, а затем нормальную Р, равную 60, 100 или 150 кг (ГОСТ 9013-59). Разность глубин проникновения шарика или алмаза под нагрузками Р₀ и Р (h-h₀) характеризует твердость. Чем меньше эта разность, тем тверже испытуемый материал, и, наоборот, чем больше эта разность, тем мягче материал.

Числа твердости по Роквеллу обозначают HR и вычисляют по формуле.

(3.3)

где h₀ - глубина внедрения в мм наконечника под действием предварительной нагрузки Р₀; h – глубина внедрения наконечника под действием общей нагрузки; К – постоянная величина; для шарика К=0,26 и для конуса К=0,2; С - цена деления циферблата индикатора прибора, соответствующая углублению наконечника на 0,002 мм.

Рисунок 3.3. - Схема определения твердости по Роквеллу: 1 – углубление конуса под предварительной нагрузкой Р0; 2 – углубление конуса под общей нагрузкой Р, которая равна Р0+Р1; 3 – глубина внедрения конуса под действием нагрузки Р0	Рисунок 3.4. - Циферблат индикаторного прибора

Таким образом, твердость по Роквеллу выражается в условных единицах.

На практике числа твердости по Роквеллу обычно не вычисляют по приведенной выше формуле, а отсчитывают по шкале индикатора прибора типа ТК непосредственно в процессе испытания (рисунок 3.4).

Нулевое деление черной шкалы совпадает с начальным положением стрелки. Красная шкала смещена относительно нулевого деления черной шкалы на 30 делений в направлении, противоположном движению стрелки индикатора при внедрении наконечником. Следовательно, начальное деление красной шкалы совпадает с делением 30 на циферблате индикатора. Это смещение сделано по той причине, что глубина вдавливания шарика часто превышает 0,2 мм, и тогда стрелка при вдавливании делала бы поворот более чем на 100 делений, т.е. значение твердости могли бы получаться отрицательными. Большая стрелка служит для указания твердости, а малая – для контроля величины предварительного нагружения.

Твердость на приборе ТК можно измерить:

- Алмазным конусом с общей нагрузкой 150 кг (предварительная – 10 кг и основная 140 кг). Значение твердости определяют по черной шкале С и обозначают НRC. Эта шкала применяется для испытания закаленных сталей, обладающих твердостью до 67HRC, и для определения твердости тонких поверхностных слоев толщиной более 0,5 мм;

- Алмазным конусом с общей нагрузкой 60 кг (предварительная – 10 кг и основная 50 кг). Значение твердости определяют по черной шкале С и обозначают HRA. Эта шкала применяется для испытания сверхтвердых сплавов (например, карбидов вольфрама), тонкого листового материала и для измерения твердости тонких поверхностных слоев (0,3-0,5 мм) или тонких пластинок;

- Стальным шариком 1/16 дюйма с общей нагрузкой 100 кг (предварительная – 10 кг и основная 90 кг). Значение твердости определяют по красной шкале В и обозначают HRB. Шкала В служит для испытаний металлов средней твердости и для испытаний изделий толщиной от 0,8 до 2 мм.

На основании опытных работ установлена связь между числами твердости по Роквеллу (при HRC>20) и по Бринеллю

НВ≈10·HRC (3.4)

К достоинствам метода Роквелла следует отнести высокую производительность, простоту обслуживания, точность измерения и сохранение качественной поверхности после испытаний. Не рекомендуется применять этот метод для определения твердости неоднородных по структуре сплавов (чугуна), для испытания криволинейных поверхностей с радиусом кривизны менее 5 мм и для испытания деталей которые под действием нагрузки могут деформироваться.