Метод измерения твердости по Роквеллу

Сущность метода: заключается во вдавливании наконечника с алмазным конусом или со стальным шариком в испытуемый образец (изделие) под действием последовательно прилагаемых предварительной и основной нагрузок, и в измерении остаточной глубины проникновения этого наконечника после снятия основной нагрузки (рис. 2.5).

а)

б)

Рис. 2.5. Схемы измерения твердости по Роквеллу:

при использовании алмазного (а) и шарикового (б) наконечников

При измерении твёрдости по Роквеллу применяют два типа стандартных наконечников:

а) для материалов с высокой твёрдостью (с твёрдостью по Бринеллю ) – алмазный наконечник, представляющий собой конус с углом ⁰ и радиусом закругления при вершине мм (рис. 2.5, б);

б) для материалов небольшой (средней) твёрдости – стальной шарик диаметром 1,588 мм (1/16 дюйма) (рис. 2.5, а).

При испытании по Роквеллу (рис. 2.5) сначала прикладывается малая (предварительная нагрузка) Н (10 кг) для надёжного прижатия наконечника к образцу. Затем дополнительно прикладывается ещё нагрузка , которая в сумме с предварительной нагрузкой составляют общую нагрузку , прикладываемую к испытуемому образцу ( ). При отсчёте числа твердости нагрузка снова уменьшается до .

Таким образом, твёрдость по Роквеллу характеризуется разницей между максимальной глубиной проникновения в материал наконечника (выраженной в делениях шкалы прибора) и остаточной глубиной его проникновения после снятия основной нагрузки (рис. 2.5).

При испытании по Бринеллю более твёрдому материалу соответствует и большее число твёрдости. Чтобы это условие выполнялось и при определении твёрдости по Роквеллу, вводят условную шкалу глубин, принимая за одно её деление глубину, равную 0,002 мм. При испытании алмазным конусом предельная глубина внедрения составляет 0,2 мм, или 0,2/0,002=100 делений (рис. 2.5, а), при испытании шариком – 0,26 мм, или 0,26/0,002=130 делений (рис. 2.5, б).

Замеры глубины проникновения осуществляют по шкале циферблата индикатора прибора. На циферблате нанесены числа твердости в условных единицах. Единица твёрдости по Роквеллу соответствует осевому перемещению наконечника на 0,002 мм (размерность при обозначении числа твёрдости опускается).

Прибор для измерения твёрдости по Роквеллу имеет шкалы , и . Отсчёт по шкалам и (на циферблате индикатора прибора эти шкалы имеют черный цвет) производится при вдавливании в испытуемый образец алмазного наконечника. Отсчёт по шкале (на циферблате индикатора эта шкала красного цвета) производится при вдавливании в образец стального шарика под действием соответствующих нагрузок, указанных в табл. 2.3.

Таблица 2.3. Значения нагрузок вдавливаемого шарика

Нагрузка	Испытание по Роквеллу
Шкала	Шкала	Шкала
Н	кг	Н	кг	Н	кг
Предварительная нагрузка ( )
Основная нагрузка ( )
Общая нагрузка ( )

Чем твёрже материал, тем меньше будет глубина проникновения наконечника в него. Чтобы при большей твёрдости материала получалось большее число твёрдости по Роквеллу, принято выражать его формулами:

а) при измерении по шкале и :

, (2.6) (рис. 2.5, а)

где – остаточная глубина проникновения наконечника;

б) при измерении по шкале :

. (2.7) (рис. 2.5, б)

Символ сопровождается буквой, указывающий на шкалу, по которой проводились испытания, например: , или .

Шкалу применяют для испытания твёрдых сплавов, тонкого листового материала и для определения твердости тонкого верхнего слоя поверхности.

Шкалу применяют для испытаний металлов средней твёрдости.

Шкала служит для определения твёрдости термически обработанной стали.

Предельные числа твёрдости для соответствующих шкал приведены в табл. 2.4. При твёрдости менее алмаз слишком глубоко проникает в образец, а при твердости более – в алмазном конусе создаётся слишком большое давление. Аналогично объясняются и пределы применимости шкал и .

Таблица 2.4. Предельные числа твёрдости

Обозначение	Нагрузка (кг), общая = (предварительная + основная)	Вид наконечника	Предел измерения твёрдости по Роквеллу	Примерная твёрдость по Бринеллю
шкалы	числа твёрдости
		100=(10+90)	шарик	25…100	60…230
		150=(10+140)	алмазный конус	20…67	230…700
		60=(10+50)	алмазный конус	78…85	свыше 700

Число твёрдости по Роквеллу можно перевести в число твёрдости по Бринеллю пользуясь табличными данными или эмпирическими формулами Петренко:

а) для чёрной шкалы

; (2.8)

а) для красной шкалы

. (2.9)

Но следует иметь в виду, что перевод чисел Роквелла в числа Бринелля не совсем точны.