Opšte znanje o Rockwell ispitivanju tvrdoće
U Rockwell ispitivanju tvrdoće, meri se metodom diferencijalne dubine, preostala dubina udubljenja napravljenog indenterom. Nasuprot tome, veličina udubljenja se meri u Brinell, Vickers i Knoop optičkim metodama ispitivanja.
Što dublje definisani indentor prodire u površinu uzorka sa određenim ispitnim opterećenjem, to je mekši materijal koji se ispituje. Tvrdoća po Rockwellu (HR) se zatim određuje na osnovu preostale dubine udubljenja, zajedno sa nekoliko drugih faktora (vidi dole).
U ispitivanju tvrdoće prema Rockwellu, ukupna sila ispitivanja se primenjuje u dva koraka. Ovo je namenjeno da se eliminišu efekti hrapavosti površine uzorka (npr. žlebovi na uzorku), kao i greške merenja uzrokovane igrom merenja dubine udubljenja.
Redosled Rockwell ispitivanja tvrdoće (HR) prema ISO 6508
- 1.Korak ispitivanja
Prvo, utiskivač se utiskuje u uzorak koji se ispituje sa prednaprezanjem za ispitivanje, do dubine utiskivanja h0. h0 definiše referentnu ravan (bazu) za naknadno merenje trajne dubine udubljenja. - 2.Korak ispitivanja
Dodatna ispitna sila se zatim primenjuje za vreme zadržavanja (nekoliko sekundi) definisano u skladu sa standardom, pri čemu indentor prodire u uzorak do maksimalne dubine prodiranja h1. Zbir ispitnog predopterećenja i dodatne ispitne sile je ukupna ispitna sila (koja se takođe naziva ukupna sila ili glavno opterećenje). - 3.Korak ispitivanja
Na kraju vremena zadržavanja, dodatna sila za ispitivanje se uklanja. Indentor se vraća u početni položaj za iznos elastičnog dela dubine udubljenja u okviru ukupne sile ispitivanja, a zatim ostaje na nivou trajne dubine udubljenja h (izraženo u jedinicama od 0,002 ili 0,001 mm). Ovo se takođe naziva diferencijalna dubina (razlika između dubine udubljenja pre i posle primene ukupne sile ispitivanja). Uz pomoć trajne dubine udubljenja h, Rockwell tvrdoća (HR) se zatim može izračunati prema formuli definisanoj u standardu ISO 6508 u odnosu na primenjenu Rockwell skalu. - Procedura Rockwell ispitivanja
Udubljenja za ispitivanje moraju biti postavljena na takav način da postoji dovoljno rastojanje do ivice uzorka i između pojedinačnih ispitnih udubljenja. Minimalne vrednosti koje se moraju poštovati mogu se naći na dijagramu ispod.
Prednosti i mane ispitivanja tvrdoće po Rockwell metodi
Rockwell metoda nudi sledeće prednosti:
- Nije potrebna priprema uzorka (sečenje, brušenje, ugrađivanje)
- Direktno očitavanje vrednosti tvrdoće; nije potrebna optička evaluacija (merenje dijagonala kao kod optičkih metoda)
- Brza (kratak ciklus ispitivanja) i ekonomična metoda (tvrdomeri su relativno isplativi, jer ne moraju da budu opremljeni složenim optičkim sistemima kao što su mašine za optičke metode Brinell, Vickers i Knoop)
- Ispitivanje bez razaranja; uzorak se može ponovo koristiti
Rockwellova metoda ima sledeće nedostatke:
- To nije uvek najpreciznija metoda ispitivanja tvrdoće, jer čak i mala greška merenja diferencijalne dubine može dovesti do značajne greške u izračunatoj vrednosti tvrdoće.
- Mesto ispitivanja mora biti bez prljavštine ili ostataka (npr. kamenac i pepeo, strana tela ili ulje) da bi se postigao značajan rezultat ispitivanja.
- Indenter ima nepoznate efekte na rezultat ispitivanja, npr. kada se utiskivač istroši i konusni vrh više ne ispunjava standardne zahteve (standardni zahtev: koristite samo sertifikovane i kalibrisane utiskivače da biste smanjili neželjene efekte!).
- Sa povećanjem tvrdoće, materijali se teže razlikuju.
Primeri Rockwell metoda i primena
Da bi se postigao što širi opseg primene za Rockwell ispitivanje, razvijeno je nekoliko metoda za Rockwell i Super Rockwell procese.
Pojedinačne Rockwell metode se razlikuju po:
- Tip indentera (materijal, oblik i veličina ili prečnik kugle);
- Veličina ukupne ispitne sile (ukupna sila ili glavno opterećenje);
- Podela skale (osnova h0 za preostalu dubinu udubljenja h koja se meri je 100 ili 130 jedinica (u zavisnosti od skale, važi sledeće: 1 jedinica E = 0,002 mm ili 0,001 mm)).
Dobijene Rockwell metode koriste pet različitih indentera (dijamantski konus sa krivinom od 120 stepeni ili čvrsta metalna kugla od volfram karbida sa prečnikom: 1/16", 1/8", 1/4", 1/2") i šest različitih ukupnih ispitnih sila (15, 30, 45, 60, 100, 150 kgf).
Ovo rezultira 30 različitih Rockwell skala standardizovanih prema ISO 6508 i ASTM E18 (npr. A, B, C, 30N, 15T) ili Rockwell metodama ispitivanja (npr.: HRA, HRBW, HRC, HR30N, HR15TW), svaki pokriva različite opsege tvrdoće i shodno tome najširi izbor materijala i primena (pogledajte tabelu ispod).
Rockwell se često koristi kao brzo ispitivanje u proizvodnji ili u laboratoriji, kao i za druge procese, kao što je Jominy end quench ispitivanje/ Jominy ispitivanje.
Najčešći Rockwell metod u praksi je HRC. U principu, kuglični indenteri se koriste za ispitivanje tvrdoće na mekšim materijalima i dijamantski utiskivači za ispitivanje tvrđih materijala. Dijamant bi uništio mekše materijale ili probio kroz njih.
U tabeli su prikazane Rockwell metode standardizovane prema ISO 6508 i njihove primene. Predopterećenje za sve metode je 10 kgf.
| Metoda | Utiskivači | Glavno opterećenje (kgf) | Aplikacije |
|---|---|---|---|
| HRA | Dijamant 120° | 60 | Kaljeni čelici i legure, tvrdi metali |
| HRBW | 1/16" kugla | 100 | Legure bakra (Cu), neočvrsli čelici (u SAD, takođe za čelik do približno 686 N/mm²) |
| HRC | Dijamant 120° | 150 | Kaljeni čelici i legure, tvrdi metali |
| HRD | Dijamant 120° | 100 | Kaljeni čelici i legure, tvrdi metali |
| HREW | 1/8" kugla | 100 | Legure aluminijuma (Al), legure bakra (Cu). |
| HRFW | 1/16" kugla | 60 | Tanak, meki čelični lim |
| HRGW | 1/16" kugla | 150 | Bronza, bakar (Cu), liveno gvožđe |
| HRHW | 1/8" kugla | 60 | Aluminijum (Al), cink (Zn), olovo (Pb) |
| HRKW | 1/8" kugla | 150 | Nosivi metali i drugi veoma mekani ili tanki materijali, uključujući plastiku (videti ASTM D785) |
| HRLW | 1/4" kugla | 60 | |
| HRMW | 1/4" kugla | 100 | |
| HRPW | 1/4" kugla | 150 | |
| HRRW | 1/2" kugla | 60 | |
| HRSW | 1/2" kugla | 100 | |
| HRVW | 1/2" kugla | 150 |
Sledeći pregled prikazuje sve Super Rockwell metode standardizovane prema ASTM E18 i njihove primene. Ispitno predopterećenje za sve metode je 3 kg.
| Metoda | Utiskivači | Glavno opterećenje (kgf) | Aplikacije |
|---|---|---|---|
| HR15N | Dijamant 120° | 15 | Radni predmeti sa kaljenjem |
| HR30N | 30 | ||
| HR45N | 45 | ||
| HR15TW | 1/16" kugla | 15 | Tanak lim |
| HR30TW | 30 | ||
| HR45TW | 45 | ||
| HR15WW | 1/8" kugla | 15 | Aluminijum (Al), cink (Zn), olovo (Pb), limene ploče |
| HR30WW | 30 | ||
| HR45WW | 45 | ||
| HR15XW | 1/4" kugla | 15 | Aluminijum (Al), cink (Zn), olovo (Pb), limene ploče |
| HR30XW | 30 | ||
| HR45XW | 45 | ||
| HR15YW | 1/2" kugla | 15 | Aluminijum (Al), cink (Zn), olovo (Pb), limene ploče |
| HR30YW | 30 | ||
| HR45YW | 45 |
