Вимірювання твердості за Роквеллом

Мета роботи:

1. Засвоїти техніку вимірювання приладом Роквелла.

2. Навчитися проводити порівняння твердості, визначені різними методами.

Загальні відомості:

Метод Роквелла заснований на вдавленні в поверхню металу індентора – алмазного конуса з кутом при вершині 120⁰ або сталевої кульки діаметром 1,5875 мм (1/16 дюйма). Використання двох типів інденторів дозволяє випробувати метали будь-якої твердості. Навантаження на індентор здійснюється залежно від виду індентора (конус чи кулька) і твердості металу: м’які метали випробують кулькою (шкала В), тверді – конусом (шкали А і С). Однак спочатку надається попереднє навантаження Р₀ = 100 Н для усунення впливу зазорів між деталями механізму приладу і тонкого поверхневого шару метала. Попереднє навантаження залишається до кінця випробувань і в розрахунки не входить.

Коли вимірювання йде за допомогою конуса, використовують дві шкали: А і С. Шкала А застосовується тоді, коли метал дуже твердий; в цьому разі навантаження дорівнює Р = 600 Н (діапазон твердості 70 – 85). Шкала С призначена для металів з твердістю 20 – 67 (навантаження 1500 Н). Шкала В використовується при випробуваннях кулькою (навантаження Р = 1000 Н).

Числа твердості записують таким чином: спочатку пишуть літеру R (Rockwell), потім одну з літер (А, В, С) – залежно від індентора та навантаження, після чого записують число твердості: HRC 63, HRA 90, HRB 80.

Одиниця твердості за Роквеллом – безрозмірна величина, яка відповідає переміщенню індентора в осьовому напрямку на 0,002 мм. Чим більша глибина занурення індентора, тим менше твердість металу, але відлік твердості здійснюється за шкалою, нуль якої розташовано на глибині 0,02 мм, а найбільша твердість ближче до поверхні зразка, тому більшої твердості відповідає більше число. Наприклад, метал з HRC 65 твердіше за метал з HRС 52.

Схему приладу показано на рис. 15. На станині 14 з одного боку розташовано два стояки 16, які підтримують поперечину 1. З другого боку в напрямній втулці 13 зі шпонкою 12 розташовано піднімальний гвинт 17, на якому встановлюють залежно від форми зразка опорні столики 10, 21 – 23. Гвинт зі столиком і зразком піднімають обертанням маховика 11. Попереднє навантаження до зразка прикладають циліндричною пружиною 19, яка безпосередньо діє на шпиндель 20. Вантажний важіль 4, розташований на поперечці 1, має опори на призмі 8. До довгого плеча важеля підвішують вантажі 15. У неробочому стані приладу важіль спирається на підвіску 2 і навантаження на шпиндель не діє.

Для прикладення основного навантаження звільняють рукоятку 5. При цьому підвіска 2 разом з важелем 4 плавно опускається і останній діє на шпиндель. Важіль опускається плавно завдяки масляному амортизатору 18, який дозволяє регулювати швидкість прикладення основного навантаження обертанням штока 3. Співвідношення плечей важеля основного навантаження 1:20, тому дійсна вага змінних вантажів в 20 разів менше їхньої умовної ваги.

Рух від шпинделя до стрілок індикатора 9 передається важелем 7 із співвідношенням пліч 1:5. Призма шпинделя упирається у гвинт 6 на важільці. Гвинтом 6 регулюється натяг пружини 19, яка здійснює попереднє навантаження.

Індикатор приладу, за яким робиться відлік твердості, має дві стрілки: велику й малу. Мала стрілка передбачена для показу попереднього навантаження: коли вона знаходиться у вертикальному стані, навантаження зроблено. Велика стрілка показує безпосередньо число твердості. Шкала чорного кольору показує число твердості, яка визначена за допомогою алмазного конуса, червоного – сталевою кулькою.

Для визначення твердості тонких зразків або шарів методом Роквелла використають спеціальний прилад Супер-Роквелла.

Числа твердості незалежно від методу можна визначати на одному приладі (наприклад, на твердомірі УПТ-1), де перехід від одного методу до другого здійснюється тільки зміною інденторів і вантажів.

Порядок виконання роботи

Відповідно до опису ознайомитися на реальному приладі Роквелла з його будовою та призначенням основних частин. Перевірити наявність масла у демпфері. Закріпити в шпинделі індентор згідно з передбаченою твердістю металу. Оглянути зразок металу, твердість якого буде вимірюватися, щодо відсутності подряпин, окалини (в тому числі на зворотному боці), забруднень. Встановити зразок металу на столик і переконатися, що він не має коливань, для чого використати спеціальні столикі (10, 21, 22, 23).

За допомогою маховика 11 підняти гвинт 17 разом з робочим столиком й зразком металу, поки поверхня зразка не буде дотичною до індентора. Продовжуючи плавно підіймати гвинт і ретельно стежити за тим, щоб обидві стрілки були спрямовані вертикально. Проробити цю операцію кілька разів, домагаючись точності установки стрілок. Допускається відхилення великої стрілки від вертикального положення на 3 – 5 розподілок. На цьому закінчується операція надання попереднього навантаження. Обертаючи обойму індикатора, встановити нуль чорної шкали проти великої стрілки, після чого звільнити рукоятку 5. Витримавши приблизно 7 – 8 сек., повернути рукоятку 5 у вихідне положення. Зняти відлік за індикатором відповідно до показань великої стрілки. Це й буде числом твердості.

Маховиком 11 опустити гвинт униз, змінити положення зразка таким чином, щоб наступний відбиток був розташований на відстані від попереднього не ближче, ніж 3 мм. Зробить ще два виміри і на підставі трьох вимірів знайти середнє арифметичне значення твердості.

Користаючись таблицями співвідношень твердості, визначеної різними методами, перевести отримане в роботі число твердості в одиниці Брінелля та Віккерса.

У висновках по роботі слід вказати марки металів, з яких були зроблені зразки, й зазначити їхню твердість. Розташувати метали в порядку зростання твердості.

Запитання для самоконтролю

1. Що таке твердість?

2. Які існують методи визначення твердості?

3. Що таке індентор, яким він може бути?

4. Назвіть основні вузли твердоміру Роквелла.

5. Як позначається твердість, визначена методом Роквелла?

6. Як встановлюється попереднє та основне навантаження?

Лабораторна робота №8