Испытание на твердость по Роквеллу

Прибор Роквелла для определения твердости имеет широкое применение, так как дает возможность испытывать мягкие, твердые, а также тонкие материалы. Испытание с помощью этого прибора легко выполняется, не требует никаких измерений, а число твердости читается прямо на шкале. Значения твердости по Роквеллу безразмерны.

Определение твердости по Роквеллу основано на вдавливании в испытуемый материал алмазного конуса с углом при вершине 120° или стального шарика диаметром 1,588 мм. Шарик или алмаз вдавливаются в образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной Р₀ = 100 Н и общей Р, равной сумме предварительной и основной: Р = Р₀ + Р₁ (основная нагрузка Р₁ составляет 0,6; 1 или 1,5 кН).

Конструкции приборов Роквелла и Бринелля аналогичны: в приборе Роквелла также используется рычажная система нагружения. Плавность подачи нагрузки достигается с помощью масленого тормоза.

Глубину вдавливания шарика или конуса измеряют по шкале ин­дикатора, установленного на приборе. Индикатор снабжен тремя шкалами А, В и С, соответствующими различным условиям испыта­ний (шкалы А и С служат при испытании алмазным конусом с ос­новной нагрузкой P₁ соответственно 0,6 и 1,5 кН, а шкала В — при испытании стальным шариком с нагрузкой 1 кН). Глубину вдавли­вания по индикатору определяют с погрешностью не более 0,01 мм.

При определении твердости по Роквеллу (рис. 2.8, б) сначала ис­пытуемый образец подвергают действию предварительной нагрузки р₀, замеряя глубину погружения наконеч­ника h₀, затем плавно (в течение 3…6 с) подают основную нагрузку P₁ и замеряют глубину погружения наконечника h при полной нагрузке: Р = Р₀ + Р₁. Испытания проводят не менее чем в трех точках образ­ца.

Значение твердости рассчитано по формулам HR = (100 – e) – для шкал А и С; HR = (130 – e) – для шкалы В. Значение параметра e вычислено по формуле e = (h – h₀)/0,002.

Число твердости по Роквеллу отвлеченное; перед числом ставят знак HR с добавлением обозначения шкалы (А, В или С), по которой производилось испытание (например, HRB 110).

Результаты заносят в протокол (форма табл. 2.19).

Форма таблицы 2.19

Протокол испытаний на твердость по Роквеллу

Чем больше глубина вдавливания, тем меньше число твердости HR. Значения твердости по Роквеллу могут быть переведены в значения твердости по Бринеллю (прил. 4).

Для определения твердости по Роквеллу тонких образцов или слоев используют специальный прибор – Супер-Роквелл. Он отличается от обычных твердомеров меньшей величиной прилагаемой нагрузки и более точным индикатором.

С увеличением содержания углерода в железисто-углеродистом сплаве возрастают твердость и прочность при растяжении (до 1 % углерода), уменьшаются пластичность, электро- и теплопроводность.

Твердость стали повышается при волочении. Этот способ обработки стальных слитков заключается в их протягивании через отверстия (фильеры), размеры которых меньше сечения заготовки, вследствие чего заготовка обжимается и вытягивается. При волочении в стали появляется так называемый наклеп, который повышает ее твердость.

Ударная вязкость

Испытание на ударную вязкость производится изломом образца маятником, падающим с определенной высоты.

Работа удара А_к (кгс×м), затраченная на излом образца, определяется из разности энергии маятника в положении его до и после удара (рис. 2.10) по формуле

А_к = Р (Н – h) = PL (cos b – cosa),

где Р – масса маятника, кг; Н – высота подъема центра тяжести маятника до удара, м; h – высота взлета маятника после удара, м;
L – длина маятника, т. е. расстояние от его оси до центра тяжести, м; b, a – углы подъема маятника соответственно до и после излома образца.

Ударная вязкость а_к (кгс×м/см²) – это работа, израсходованная на ударный излом образца, отнесенная к поперечному сечению образца в месте надреза. Ударную вязкость определяют по формуле:

, (2.2)

где F – площадь поперечного сечения образца в месте надреза, см².

Рис. 2.10. Испытание на ударную вязкость

Подготовка и проведение испытания заключаются в следующем.

Замер образца производят с точностью до 0,1 мм. По данным замера вычисляют площадь поперечного сечения образца и записывают в протокол.

Поднимают немного маятник и помещают образец на опоры копра надрезом в сторону, противоположную удару ножа. При помощи шаблона устанавливают надрез образца симметрично относительно опор и ножа маятника. Поднимают маятник в верхнее положение и закрепляют защелкой, при этом стрелка отклоняется и указывает угол подъема маятника. Запрещается устанавливать образец, когда маятник поднят на полную высоту и закрыт на защелку. В этом положении маятник представляет большую опасность для работающих, так как при случайном освобождении защелки может причинить тяжелые увечья. Отпускают защелку и производят удар по образцу. Останавливают качание маятника с помощью тормоза. Если образец не сломался, что может быть в случае недостаточного запаса энергии копра или в случае очень вязкого материала, то в протоколе испытания отмечают «не сломался». Для излома повторного образца увеличивают запас энергии маятника поднятием его на большую высоту. Записывают величину работы А_кв протокол. По формуле (2.2) определяют ударную вязкость образца. Осматривают излом, дают ему характеристику (хрупкий, вязкий) и записывают в протокол.