Zapoznanie się z budową i obsługą twardościomierza Rockwella, przyswojenie podstawowych wiadomości o próbie Rockwella.
Zasady próby twardości sposobem Rockwella.
Rys.1 Budowa twardościomierza Rockwella
Przy próby stosuje się jako wgłębniki:
- stożek diamentowy o kącie wierzchołkowym 120° i promieniu zaokrąglenia wierzchołka równym 0,2 mm
- kulkę stalową twardą o średnicy 1/16" i twardości nie mniejszej niż 850 HV.
Wgłębnik wciska się w badany metal w sposób następujący:
- wgłębnik obciąża się statycznie obciążeniem wstępnym P0, na skutek czego wgłębnik się zagłębia w próbkę (rys.2a)
- obciążenie zwiększa się statycznie o wielkość P1, zwaną obciążeniem głównym; pod jego działaniem wgłębnik zagłębia się dalej o wielkość h1 [mm] (rys.2b); zagłębienie h1 składa się z odkształcenia sprężystego i trwałego h2 i h;
- wgłębnik obciąża się do obciążenia wstępnego P0; wskutek sprężystości próbki i samego twardościomierza wgłębnik podniesie się o wartość h1 [mm] (rys.2c); różnica głębokości
h = h1 - h2 jest zagłębieniem trwałym spowodowanym przez obciążenie P1.
Rys.2 Sposób wciskania wgłębnika w badany materiał
Wielkość h zwana trwałym przyrostem głębokości odcisku wyrażona jest w jednostkach 0,002 mm. Stąd głębokość odcisku e = h / 0,002mm
Gdyby głębokość była miarą twardości, to dla materiałów twardych, dla których zagłębienie "
e" jest małe, twardość byłaby mała i odwrotnie - dla materiałów miękkich byłaby duża, a więc byłoby przeciwnie, niż jest w innych metodach. Aby tego uniknąć, przyjmuje się dla twardości Rockwella HR wyrażenie:
gdzie: K oznacza wartość w mm, zależną od rodzaju wgłębnika;
Dla stożka diamentowego K = 0,2 mm, czyli wzór przybierze postać
Ze wzoru tego wynika, że twardość HR dla materiału bardzo twardego, dla którego
h jest równe zeru, wynosi 100 jednostek. Dla materiału bardzo miękkiego, dla którego
h byłoby równe 0,2mm, twardość HR wynosiłaby zero jednostek.
Dla kulki stalowej, niezależnie od średnicy K = 0,26 mm, wzór na twardość przybierze postać:
Twardość wyrażoną powyższymi wzorami wskazuje bezpośrednio czujnik zainstalowany w twardościomierzu dzięki dobraniu następujących warunków: przesuw trzpienia mierniczego czujnika o l mm powoduje pełny obrót dużej wskazówki czujnika i zmianę wskazania o 100 działek na podziałce jego tarczy. Jedna działka odpowiada więc przesuwowi trzpienia o 0,01 mm. Między trzpieniem mierniczym twardościomierza i wgłębnikiem a trzpieniem mierniczym czujnika zastosowana jest przekładnia dźwigowa o przełożeniu 1 : 5. A więc drodze wgłębnika równej 0,002 mm odpowiada droga trzpienia mierniczego czujnika równa 0,01 mm i zmiana wskazania czujnika o l działkę. Przy próbie twardości za pomocą stożka diamentowego duża wskazówka czujnika znajduje się na kresie 100, gdy na próbkę działa obciążenie wstępne P
0. Kresa 100 odpowiada 100 jednostkom we wzorze drugim.
Jeśli po nałożeniu i zdjęciu obciążenia głównego P
1 wskazówka czujnika jest względem kresy 100 przesunięta o np.40 działek w kierunku malejących wskazań, czyli wskazuje kresę 60, to wartość 40 działek jest głębokością odcisku w jednostkach, wskazania 60 = 100 - 40 jest miarą twardości i próbki. Przy próbie za pomocą stożka, twardość odczytuje się na czujniku wg oznaczeń liczbowych wykonanych kolorem czarnym.
Analogicznie przy próbie za pomocą kulki wskazówka znajduje się na kresie 130 (tj. na kresie 30), gdy na próbkę działa obciążenie wstępne P
0. Kresa ta odpowiada 130 jednostkom we wzorze trzecim. Przy próbie za pomocą kulki twardość odczytuje się wg oznaczeń liczbowych wykonanych zwykle kolorem czerwonym.
Zależnie od rodzaju zastosowanego wgłębnika (stożek lub kulka) i zależnie od wielkości zastosowanego obciążenia rozróżnia się między innymi próby w skalach A, B, C, i F.
Tablica podaje warunki tych prób.
| Symbol skali | Wgłębnik | Całkowite obciążenie | Podziałka |
| A | stożek | 60 | czarna |
| C | stożek | 150 | czarna |
| B | kulka 1/16" | 100 | czerwona |
| F | kulka 1/16" | 60 | czerwona |
Zakres stosowania twardościomierza
Rys.3 Podziałka czujnika twardościomierza Rockwella
Za pomocą twardościomierza można mierzyć twardość metalowych przedmiotów w jednostkach skali A, B, C i F - Rockwella, ponieważ ślady (odciski), jakie próba twardości pozostawia na badanych przedmiotach, są bardzo małe, można zatem badać nie tylko próbki, lecz także gotowe wyroby bez obawy uszkodzenia.
Polskie normy zalecają, jako normalne, skalę C i B, a jedynie w wyjątkowych przypadkach - skale dodatkowe A i F.
Skalę C stosuje się do mierzenia twardości stali twardych zahartowanych, stali stopowych i innych stopów o twardości HRB > 100 w granicach HRC od 20 do 70 jednostek. Przy próbie wg skali C grubość g przedmiotu w badanym miejscu powinna być większa niż dziesięciokrotna głębokość odcisku h, czyli g > 10 h. Ponieważ skali C używa się w granicach od 20 do 70 jednostek, to głębokości odcisków obliczone z podanego wyżej drugiego wzoru, oraz minimalne grubości próbki wynoszą:
| dla HRC = 20 | h = 0,16 mm | g = 1,6 mm |
| dla HRC = 70 | h = 0,06 mm | g = 0,6 mm |
Skalę B stosuje się do mierzenia twardości miękkich stali węglowych, brązów, mosiądzów i innych stopów nieżelaznych o twardości HRB w granicach od 30 do 100 jednostek.
Również przy próbie wg skali B grubość g przedmiotu w badanym miejscu powinna być większa niż dziesięciokrotna głębokość odcisku h, czyli g > 10 h. Ponieważ skali B używa się w granicach od 30 do 100 jednostek, to głębokości odcisków, obliczone z podanego wyżej trzeciego wzoru, oraz minimalne grubości próbki wynoszą:
| dla HRB = 30 | h = 0,2 mm | g = 2,0 mm |
| dla HRB = 100 | h = 0,06 mm | g = 0,6 mm |
Skalę A stosuje się do:
- materiałów bardzo twardych o twardości HRC > 67, gdyż stosowanie w tym przypadku dużego obciążenia, przewidzianego dla skali C, może spowodować wykruszenie diamentu,
- materiałów cienkich (taśma, blacha itp.); których grubość jest mniejsza niż grubość minimalna, usiaiona dla prób wg skali C; stosowanie bowiem w tym przypadku dużego obciążenia przewidzianego dla skali C powoduje ślad na spodzie próbki pod miejscem odcisku i błędny wynik pomiaru.
Skalę F stosuje się do metali miękkich o twardości HRB > 30 i do metali cienkich, których grubość jest mniejsza niż grubość minimalna przewidziana dla skali B.
Maksymalna wysokość przedmiotu badanego wynika z wymiarów korpusu twardościomierza i nie może być większa niż 100 lub 130 mm.
Dzięki urządzeniu dociskowemu można dociskając do stolika mocować:
- przedmioty długie jednym końcem,
- przedmioty cienkie, które na skutek małego ciężaru własnego nie przylegają dobrze do stolika.
Podczas podnoszenia przedmiotu na stoliku najpierw z przedmiotem zetknie się urządzenie dociskowe. Gdy sprężyna tego urządzenia zostanie ściśnięta siłą 30 do 40 kG, to dopiero wtedy wgłębnik dotknie przedmiotu.
A więc wgłębnik nie jest narażony na nacisk przy mocowaniu przedmiotu. Dzięki dociskowi przedmiot zostaje przytrzymany, co wpływa korzystnie na dokładność pomiaru. Jeśli nie zamierza się używać urządzenia dociskowego, to odkręca się śrubki moletowane, zdejmuje się dociskacz
/23/ i wykręca się kolumienki moletowane. Sprężyna śrubowa pozostaje na twardościomierzu.
Dzięki zastosowaniu stolika z wycięciem kątowym można unieruchomić i badać przedmioty walcowe.
Rys.4 Rodzaje wgłębników:
a) ze stożkiem diamentowym, b) z kulką stalową
