Схема испытания и величина твердости по Роквеллу

Испытание на твердость по Роквеллу производят вдавливанием в испытуемый образец (деталь) алмазного конуса с углом 120° или стального закаленного шарика диаметром 1,588 мм. Шарик и конус вдавливают в испытываемый образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок — предварительной Р₀ и основной Р₁. Общая нагрузка P будет равна сумме предварительной Р₀ и основной Р₁ нагрузок (рис. 2.3): P=Р₀+Р₁.

Рисунок 2.3 - Схема определения твердости вдавливанием алмазного конуса (на приборе Роквелла)

Предварительная нагрузка Р₀ во всех случаях равна 100 Н, основная Р₁ и общая P нагрузки при вдавливании стального шарика (шкала В) составляют P₁ = 900 Н, Р= 100 + 900= 1000 Н, а при вдавливании алмазного конуса (шкала С) P₁ = 1400 Н, Р = 100+ 1400=1500 Н; при вдавливании алмазного конуса (шкала А) Р_{1 =} 500 Н, Р = 100 + 500 = 600 Н.

Число твердости по Роквеллу — число отвлеченное и выражается в условных единицах.

За единицу твердости принята величина, соответствующая осевому перемещению наконечника на 0,002 мм. Число твердости по Роквеллу НR определяется по формулам: при измерении по шкале B HR = 130 - е, при измерении по шкалам C и А НR = 100 – e.

Величина е определяется по следующей формуле:

где h — глубина внедрения наконечника в испытуемый материал под действием общей нагрузки Р, измеренная после снятия основной нагрузки Р, с оставлением предварительной нагрузки Р₀, h₀ — глубина внедрения наконечника в испытуемый материал под действием предварительной нагрузки Р₀ (см. рис. 2.3).

В зависимости от того, применяют ли шарик или алмазный конус, и от нагрузки, при которой проводят испытание (т. е. по какой шкале: В, С или A), число твердости обозначают HRB, НRС, НRА.

Определение твердости на приборе типа Роквелла имеет широкое применение, так как этот прибор дает возможность испытывать мягкие, твердые, а также тонкие материалы. Отпечатки от конуса или шарика очень малы, и поэтому можно испытывать готовые детали без их порчи; испытание легко выполнимо и занимает мало времени (несколько секунд); не требуется никаких измерений, и число твердости читается прямо на шкале. Значения твердости по Роквеллу могут быть переведены в значения твердости по Бринеллю.

Прибор типа Роквелла ТК-2

Общий вид и схема прибора ТК-2 показаны на рис. 2.4.

Рисунок 2.4 - Прибор ТК-2 (типа Роквелла):

а — общий вид; б — схема

Шпиндель 1 прибора (см. рис. 2.4,б) служит для закрепления на его конце с помощью винта 4 оправки 5 с шариком или алмазным (или из твердого сплава) конусом. Постоянный груз 17 создает нагрузку 500 Н; если на постоянный груз 17 установлен груз 18 (400 Н), то создается нагрузка 900 Н, а если установлен груз 18 и груз 19 (500 Н), то нагрузка 1400 Н.

Стол 7 служит для установки на нем испытываемого образца 6. При вращении по часовой стрелке маховика 8 приводится во вращение винт 11, который, перемещаясь вверх, поднимает стол 7, и образец 6 подводится к оправке 5 с шариком или алмазным конусом. При дальнейшем вращении маховика 8 сжимается пружина 2, шарик или алмазный конус начинает внедряться в испытываемый образец 6, а стрелки поворачиваются по шкале индикатора 23. При вращении маховика 8 до тех пор, пока образец не упрется в ограничительный чехол 3, малая стрелка 1 (рис. 2.5, а) индикатора дойдет до красной точки 2, а большая стрелка 3 установится (с погрешностью ±5 делений) приблизительно в вертикальном положении (рис. 2.5 ,б), создается предварительная нагрузка 100 Н. Точную установку шкалы индикатора на нуль производят при помощи барабана 9 (см. рис. 2.5 ,б) тросиком 22, закрепленным на ранте индикатора.

Циферблат индикатора имеет две шкалы — черную (С) и красную (В). Независимо от того, что вдавливается в испытываемый образец — алмазный конус или шарик, с большой стрелкой индикатора всегда совмещается нуль черной шкалы со значком «С». Большую стрелку с нулевым штрихом красной шкалы со значком «В» не совмещают ни в коем случае.

Приведение в действие основной нагрузки осуществляется с помощью привода 12 от электродвигателя, работающего непрерывно и отключаемого с помощью тумблера 13 только при длительных перерывах в работе прибора.

Нажатием клавиши 10 приводят в действие кулачковый блок 16 механизма привода 12, передача от которого к грузовому рычагу 21 осуществляется с помощью штока 14. При этом подвеска 20 с грузами 17—19 опускается, и этим обеспечивается действие основной нагрузки и создается общая нагрузка (предварительная + основная).

Под действием основной нагрузки шарик или алмазный конус все глубже проникает в испытуемый образец, при этом большая стрелка индикатора поворачивается против часовой стрелки (рис.2.5 ,г). После окончания вдавливания основная нагрузка, действовавшая на образец, автоматически снимается и остается предварительная нагрузка. При этом большая стрелка индикатора перемещается по часовой стрелке и указывает на шкале индикатора число твердости по Роквеллу (рис. 2.5, б). При испытании алмазным конусом под нагрузкой 1500 или 600 Н отсчет производят по черной шкале, а при испытании шариком под нагрузкой 1000 Н — по красной шкале.

По окончании цикла испытания кулачковый блок автоматически отключается и фиксируется в исходном положении. Нормальная продолжительность цикла испытания 4 с [ при положении рукоятки 15 (см. рис. 2.4 , б) указателя против буквы Н]. Ускоренный цикл испытания 2 (при положении рукоятки указателя против буквы У).

При вращении маховика 8 против часовой стрелки стол 7 опускается, и образец 6 освобождается от действия предварительной нагрузки.

Выбор нагрузки и наконечника. Нагрузку и наконечник выбирают в зависимости от твердости испытываемого металла (табл. 2.3).

Таблица 2.4 – Выбор нагрузки и наконечника для испытаний

Обозначение шкалы	Вид наконечника	Нагрузка, Н	Обозначение твердости по Роквеллу	Пределы измерения в единицах твердости по Роквеллу
В	Стальной шарик		НRВ	25—100
С	Алмазный конус		HRC	20-67
А	То же		НRА	70-85

Подготовка образца для испытания. Поверхности образца, как испытываемая, так и опорная, должны быть плоскими, параллельными друг другу и не должны иметь таких дефектов, как окалина, забоины, грязь, различные покрытия. Все дефекты поверхности образца должны быть удалены мелкозернистым наждачным кругом, напильником или наждачной бумагой. При обработке поверхности образец не должен нагреваться выше 100—150°С.

Контроль прибора. Перед испытанием на твердость по Роквеллу необходимо произвести контроль прибора с целью определения точности его показаний.

Контроль прибора производят при помощи контрольных брусков, твердость которых заранее известна. При проверке показания прибора должны находиться в пределах чисел твердости, обозначенных на контрольных брусках. Если твердость по прибору не соответствует твердости контрольных брусков, то к показаниям прибора при испытании образцов вводится соответствующая поправка.