Вимірювання твердості за методом Роквелла

За методом Роквелла критерієм твердості є глибина відтиска індентора, яка під час випробування визначається автоматично на твердомірах типу ТР (подібної будови, що і твердоміри ТБ). Значення твердості відчитується зі шкали такого твердоміра.

При вимірюваннях використовуються стандартні наконечники двох типів:

– алмазний конус з кутом при вершині 120°;

– відполірована кулька діаметром 1,5875 мм (1/16") із загартованої сталі.

Загальне навантаження Р на індентор прикладають у такій послідовності (рис. 3):

– наконечник втискується в матеріал під дією початкового навантаження Р₀ на глибину h_о, з якої буде здійснюватися відлік твердості, щоб усунути вплив шорсткості поверхні, неоднорідності хімічного складу та структурного стану поверхневого шару й вібрацій твердоміра;

– опісля плавно протягом 2 – 8 с прикладається основне навантаження до свого номінального значення Р₁;

– наконечник певний час втискується в матеріал під дією загального навантаження (Р=Р₀+Р₁) на глибину h_o+h₁. Тривалість витримки під загальним навантаженням залежить від повзучості матеріалу і складає 2 с для матеріалів з незалежною та 5 – 8 с для матеріалів з залежною від часу пластичною деформацією;

– після витримки знімається основне навантаження й наконечник, продовжуючи перебувати під дією початкового навантаження Р₀, витісняється матеріалом у положення, що характеризується величиною заглиблення h_o+ h₁– h₂.

Різниця h₁ – h₂, що характеризує твердість, визначається за допомогою індикатора годинникового типу. На циферблаті індикатора є три шкали, що мають 100 спільних поділок: суміщені ідентичні шкали А і С, позначені чорними цифрами, та зміщена відносно цих шкал на 30 поділок шкала В, позначена червоними цифрами. Ціна поділки c шкали відповідає заглибленню індентора на 0,002 мм, а повний оберт стрілки — на 0,2 мм.

Значення твердості за методом Роквелла визначається різницею параметрів K i e, виражених через кількість поділок шкали:

НR = K – е, (3)

де K = 0,2мм/0,002мм = 100 поділок шкали при визначенні твердості алмазним наконечником за шкалами А і С і K = 0,26мм/0,002мм = 130 поділок при визначенні твердості сталевою кулькою за шкалою В, e = (h₁ – h₂)/0,002 (рис. 3).

Отже, твердість за Роквеллом подається в умовних одиницях (міра одиниці — 0,002 мм) за відповідною шкалою індикатора твердоміра, наприклад, 58 НRC.

Умови застосування методу та режими вимірювання твердості наведені в табл. 3. При визначенні твердості HRB м'яких та середньої твердості матеріалів (<450 НВ) застосовується сталева кулька. Враховуючи можливість проникнення наконечника в м'який матеріал під дією загального навантаження на глибину більшу, ніж 0,2 мм, шкалу В зміщують відносно шкал А і С на 30 поділок, розширюючи межі відліку в ній до 130 поділок (рис. 3, б). Верхня межа вимірювання складає 100 HRB, бо при більшій твердості матеріалу внаслідок можливої деформації кульки та незначної глибини проникнення її в матеріал (0,06 мм) втрачається точність вимірювань. Нижня межа вимірювання — 25 HRB, оскільки в матеріалах з меншою твердістю значно збільшується час пластичної деформації та площа поверхні дотику кульки з матеріалом, що вносить похибку у вимірювання.

Таблиця 3 — Умови проведення випробувань за методом Роквелла

Позначення твердості	HRA	HRC	HRB
Матеріал і форма iндентора	Алмазний конус	Алмазний конус	Сталева кулька
Навантаження, Н (кгс)	Початкове	98 (10)	98 (10)	98 (10)
Основне	490 (50)	1373 (140)	833 (90)
Загальне	588 (60)	1471 (150)	981 (100)
Інтервал вимірювань	(70 – 85) HRA	(22 – 68)HRC	(25 – 100)HRB
Діапазон застосування	Надтверді матеріали, тонкі вироби	Тверді матеріали	М’які матеріали ( < 450HB)

Для вимірювання твердості HRC твердих матеріалів використовується алмазний наконечник, який втискають в матеріал під загальним навантаженням 1471 Н. Верхня межа вимірювання не повинна перевищувати 68 HRC, щоби не чинився занадто великий питомий тиск на алмазний конус, при якому він би міг зруйнуватися. При твердості матеріалу меншій, ніж 20 HRC, внаслідок занадто глибокого втискання конуса (більше, ніж 0,16 мм) вимірювання втрачають точність.

Твердість HRA надтвердих або тонких матеріалів, щоб відповідно не пошкодити алмазний наконечник або зменшити глибину втискування, вимірюють при менших значеннях загального навантаження — 588 Н.

Після випробувань на протилежному до місця втискування боці зразка не повинно бути помітних слідів деформації. Тому товщина зразка або глибина поверхневого шару, твердість яких визначають, повинні бути не менше, ніж у 8 разів більшими за величину е. Відстань між центрами сусідніх відтисків або від центру відтиску до краю зразка має бути не меншою, ніж 3 мм. Величину твердості матеріалу визначають як середнє арифметичне значення результатів не менше, ніж трьох замірів.