כדי להשתמש ביעילות במתכות בעיצובים שונים, חשוב לדעת עד כמה הן חזקות. קשיות היא המאפיין האיכותי הנפוץ ביותר של מתכות וסגסוגות. ישנן מספר שיטות לקביעתו: ברינל, רוקל, סופר-רוקוול, ויקרס, לודוויק, שור (מונוטרון), מרטנס. המאמר מתייחס לשיטת האחים רוקוול.
מהי השיטה
שיטת רוקוול היא שיטה לבדיקת חומרים לקשיות. עבור האלמנט הנחקר, מחושב עומק החדירה של הקצה הקשיח של המחוון. במקרה זה, העומס נשאר זהה עבור כל סולם קשיות. בדרך כלל זה 60, 100 או 150 ק ג.
אינדיקטור במחקר הם כדורים מחומר עמיד או חרוטי יהלום. צריך להיות להם קצה מחודד מעוגל וזווית קודקוד של 120 מעלות.
שיטה זו נמצאה פשוטה וניתנת לשחזור במהירות. מה שנותן לו יתרון על פני שיטות אחרות.
היסטוריה
הפרופסור למחקר בווינה לודוויג הציע לראשונה שימוש במכנס למחקרקשיות על ידי חדירת החומר וחישוב העומק היחסי. השיטה שלו מתוארת ביצירה Die Kegelprobe משנת 1908.
לשיטה זו היו חסרונות. האחים יו וסטנלי רוקוול הציעו טכנולוגיה חדשה אשר ביטלה את השגיאות של חוסר השלמות המכאני של מערכת המדידה (השפעות אחוריות ופגמים משטחים, זיהום של חומרים וחלקים). פרופסורים המציאו בודק קשיות - מכשיר הקובע את עומק החדירה היחסי. הוא שימש לבדיקת מיסבי פלדה.
קביעת קשיותן של מתכות בשיטות של ברינל ורוקוול הייתה ראויה לתשומת לב בקהילה המדעית. אבל שיטת ברינל הייתה נחותה - היא הייתה איטית ולא שימשה לפלדות מוקשות. לפיכך, זה לא יכול להיחשב כשיטת בדיקה לא הרסנית.
בפברואר 1919, בודק הקשיות זכה לפטנט תחת המספר 1294171. בשלב זה, בני הזוג רוקוול עבדו בחברת מיסבים כדוריים.
בספטמבר 1919, סטנלי רוקוול עזב את החברה ועבר למדינת ניו יורק. שם הגיש בקשה לשיפור המכשיר, שנתקבלה. מכשיר חדש עם פטנט ושופר עד 1921.
בסוף 1922, רוקוול הקים מפעל לטיפול בחום שעדיין פועל בקונטיקט. חלק מתאגיד Instron מאז 1993.
יתרונות וחסרונות השיטה
כל שיטת חישוב קשיות היא ייחודית וישימה באזור מסוים. שיטות קשיות ברינל ורוקוולהם בסיסיים.
יש מספר יתרונות של השיטה:
- אפשרות לניסויים בקשיות גבוהה;
- נזק משטח קל במהלך הבדיקה;
- שיטה פשוטה שאינה דורשת מדידה של קוטר ההזחה;
- תהליך הבדיקה מהיר מספיק.
פגמים:
- בהשוואה לבודקי קשיות ברינל וויקרס, שיטת רוקוול אינה מדויקת מספיק;
- יש להכין בזהירות את משטח המדגם.
מבנה סולם רוקוול
כדי לבדוק את הקשיות של מתכות בשיטת רוקוול, נגזרו רק 11 סולמות. ההבדל ביניהם טמון ביחס בין החוד והעומס. הקצה יכול להיות לא רק חרוט יהלום, אלא גם כדור של סגסוגת של קרביד וטונגסטן או פלדה מוקשה בצורת כדור. הטיפ הקבוע בהתקנה נקרא מזהה.
סולמות מסומנים בדרך כלל באותיות של האלפבית הלטיני: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.
מבחני כוח מתבצעים עם הסולמות הראשיים - A, B, C:
- סולם A: בדיקה עם חרוט יהלום עם עומס של 60 ק"ג. ייעוד - HRA. בדיקות כאלה מבוצעות עבור חומרים דקים קשיחים (0.3-0.5 מ"מ);
- סולם B: בדיקת כדור פלדה 100 kgf. ייעוד - HRB. הבדיקות מתבצעות על פלדה עדינה וסגסוגות לא ברזליות מחושלות;
- סולם C: בדיקת חרוט 150 ק"ג. ייעוד - HRC. מבוצעות בדיקות למתכות בינוניות קשות, פלדה מוקשה ומחוסמת או שכבות בעובי של לא יותר מ-0.5 מ"מ.
קשיות לפי שיטהRockwell מסומן בדרך כלל HR עם האות השלישית של הסולם (לדוגמה, HRA, HRC).
נוסחה לחישוב
קשיות החומר משפיעה על עומק החדירה של הקצה. ככל שאובייקט הבדיקה קשה יותר, החדירה תהיה פחותה.
כדי לקבוע מספרית את הקשיות של חומר, יש צורך בנוסחה. המקדמים שלו תלויים בסולם. כדי לצמצם את שגיאת המדידה, יש לקבל את ההבדל היחסי בעומק החדירה של השקע ברגע היישום של העומס הראשי והראשוני (10 kgf).
שיטת מדידת הקשיות של רוקוול כוללת שימוש בנוסחה: HR=N-(H-h)/s, כאשר ההפרש H-h מציין את עומק החדירה היחסי של המכנס בעומסים (ראשוני ועיקרי), הערך הוא מחושב במ מ. N, s הם קבועים, הם תלויים בסולם הספציפי.
בודק קשיות רוקוול
בודק קשיות הוא מכשיר לקביעת הקשיות של מתכות וסגסוגות בשיטת Rockwell. מדובר במכשיר עם חרוט (או כדור) יהלום והחומר אליו חייב החרוט להיכנס. משקולת מחוברת גם כדי להתאים את כוח הפגיעה.
מחוון זמן מוצג. התהליך מתרחש בשני שלבים: ראשית, הלחיצה מתבצעת בכוח של 10 ק ג, ולאחר מכן חזקה יותר. עבור יותר לחיצה, נעשה שימוש בקונוס, עבור פחות, בכדור.
חומר הבדיקה ממוקם אופקית. היהלום מורידים עליו בעזרת מנוף. לירידה חלקה, המכשיר משתמש בידית עם בולם שמן.
זמן הטעינה העיקרי הוא בדרך כללהוא 3 עד 6 שניות, תלוי בחומר. יש לשמור על טעינה מראש עד שתוצאות הבדיקה יהיו זמינות.
החץ הגדול של המחוון נע בכיוון השעון ומשקף את תוצאת הניסוי.
הפופולריים ביותר בפועל הם דגמי בודקי קשיות Rockwell:
- מכשירים נייחים "Metrotest" דגם "ITR", למשל, "ITR-60/150-M".
- Qness GmbH דגם Q150R.
- מכשיר אוטומטי נייח של TIME Group Inc. דגם TH300.
מתודולוגיית בדיקה
המחקר דורש הכנה קפדנית. בעת קביעת קשיות המתכות בשיטת רוקוול, פני הדגימה חייבים להיות נקיים, ללא סדקים וקשקשים. חשוב לבדוק כל הזמן האם העומס מופעל בניצב על פני החומר, והאם הוא יציב על השולחן.
ההטבעה בעת דחיפת החרוט צריכה להיות לפחות 1.5 מ"מ, ובעת דחיפת הכדור - יותר מ-4 מ"מ. לחישובים יעילים, המדגם חייב להיות עבה פי 10 מעומק החדירה של המשטח לאחר הסרת העומס הראשי. כמו כן, יש לבצע לפחות 3 בדיקות של דגימה אחת, ולאחר מכן יש לבצע ממוצע של התוצאות.
צעדי בדיקה
כדי שהניסוי יקבל תוצאה חיובית ושגיאה קטנה, עליך לפעול לפי סדר ביצועו.
שלבי הניסוי על שיטת קביעת הקשיות לפירוקוול:
- קבע את בחירת הסולם.
- התקן את המפתח הנדרש וטען.
- בצע שתי הדפסות (לא כלולות בתוצאות) כדי לתקן את התקנת המכשיר והדוגמה.
- הצב את בלוק הייחוס על שולחן המכשיר.
- בדוק את הטעינה המוקדמת (10 kgf) ואפס את קנה המידה.
- החל את העומס הראשי, המתן לתוצאות מקסימליות.
- הסר את העומס וקרא את הערך שהתקבל על החוגה.
התקנות מאפשרות בדיקה של דגימה אחת בעת בדיקת מוצרים המוניים.
מה שישפיע על הדיוק
בעת ביצוע בדיקה כלשהי, חשוב לקחת בחשבון גורמים רבים. לזיהוי קשיות Rockwell יש גם מאפיינים משלו.
גורמים שיש לשים לב אליהם:
- עובי חתיכת הבדיקה. חל איסור על פי כללי הניסוי להשתמש בדגימה קטנה מפי עשרה מעומק החדירה של הקצה. כלומר, אם עומק החדירה הוא 0.2 מ"מ, אז החומר חייב להיות לפחות 2 ס"מ עובי.
- חייב להיות מרחק בין ההדפסים בדוגמה. זה שלושה קטרים בין מרכזים של הדפסים קרובים.
- יש לקחת בחשבון את השינוי האפשרי בתוצאות הניסוי על החוגה, בהתאם לעמדת החוקר. כלומר, קריאת התוצאה צריכה להתבצע מנקודת מבט אחת.
מאפיינים מכניים בבדיקותכוח
קשר וחקור את מאפייני החוזק של חומרים ואת התוצאות של בדיקת קשיות בשיטת רוקוול הושגו על ידי מדעני חומרים כמו Davidenkov N. N., Markovets M. P. ואחרים.
בהתאם לתוצאות בדיקת קשיות השקע, מיושמות שיטות לחישוב חוזק התנובה. קשר זה מחושב עבור פלדות אל חלד גבוהות בכרום שעברו טיפולי חום מרובים. ערך הסטייה הממוצע, בעת שימוש במכנס יהלום, היה רק +0.9%.
מתבצע גם מחקר לקביעת תכונות מכניות אחרות של חומרים הקשורים לקשיות. לדוגמה, חוזק מתיחה (או חוזק מתיחה), עמידות אמיתית לשברים והתכווצות יחסית.
שיטות חלופיות לקביעת קשיות
מדידת קשיות אפשרית לא רק בשיטת רוקוול. שקול את עיקרי כל שיטה ואת ההבדלים ביניהם. בדיקת עומס סטטי:
- דוגמאות מחקר. שיטות Rockell ו-Vickers מאפשרות לבדוק חומרים רכים יחסית ובעלי חוזק גבוה. שיטת ברינל נועדה לחקור מתכות רכות יותר עם קשיות של עד 650 HBW. שיטת Super-Rockwell מאפשרת בדיקת קשיות בעומסים נמוכים.
- GOSTs. שיטת רוקוול תואמת ל-GOST 9013-59, שיטת ברינל - 9012-59, שיטת ויקרס - 2999-75, שיטת שור - GOST 263-75, 24622-91, 24621-91, ASTM D2240, ISO 868-85.
- מדדי אורך. המכשירים של חוקרי רוקוול ושור הם פשוטיםשימוש וגודל קטן. ציוד Vickers מאפשר בדיקה על דגימות דקות וקטנות מאוד.
ניסויים בלחץ דינמי בוצעו לפי השיטה של מרטל, פולדי, באמצעות בוחן ההשפעה האנכי של Nikolaev, מכשיר קפיצי שופר ובאומן ואחרים.
ניתן למדוד קשיות גם באמצעות גירוד. בדיקות כאלה בוצעו באמצעות קובץ Barb, Monters, Hankins, Birbaum microcharacterizer ואחרים.
למרות החסרונות שלה, שיטת Rockwell נמצאת בשימוש נרחב לבדיקות קשיות בתעשייה. קל לביצוע, בעיקר בשל העובדה שאין צורך למדוד את ההדפסה במיקרוסקופ ולהבריק את פני השטח. אך יחד עם זאת, השיטה אינה מדויקת כמו המחקרים המוצעים של ברינל וויקרס. לקשיות, הנמדדת בדרכים שונות, יש תלות. כלומר, ניתן להמיר יחידות אפקטיביות של Rockwell ליחידות ברינל. ברמת החקיקה, ישנן תקנות כגון ASTM E-140 המשוות ערכי קשיות.
