1.Cel ćwiczenia

Pomiar twardości sposobem Rockwella ( 1922 r. ) polega na dwustopniowym wciskaniu w

badany przedmiot wgłębnika ( stożek diamentowy lub kulka stalowa ) przy określonych

warunkach i pomiarze trwałego przyrostu głębokości odcisku.

Twardość Rockwella wyznacza się na podstawie głębokości odcisku wykonanego w

materiale przy dwustopniowym wciskaniu wgłębnika. Dwustopniowość wciskania polega na

zastosowaniu dwu wartości obciążenia: wstępnego Fo i głównego F1. Przy obciążeniu Fo

wgłębnik zagłębia się na głębokość wstępną ho w materiał. W tym położeniu ustawia się czujni

na zerowe położenie; obciążenie wstępne ( patrz tab. 1 ) jest realizowane przez ciężar samej

dźwigni, bez obciążników. Następnie dodaje się obciążenie główne F1 ( w sumie działa więc

obciążenie całkowite ). Wgłębnik zagłębia się w materiał na głębokość h. Ponieważ w tym

położeniu w materiale występują odkształcenia zarówno trwałe jak i sprężyste, wobec tego

zdejmuje się obciążenie F, wgłębnik obciążony tylko obciążeniem F uniesie się nieco pod

wpływem odkształcenia materiału, powstały odcisk jest więc już wynikiem odkształceń

głównie plastycznych. Jako głębokość pomiarową do wyznaczania twardości Rockwella

przyjmuje się wartość e', będąca odległością powstałą po przyłożeniu obciążenia głównego.

Metoda Rockwella charakteryzuje się dużą ilością skal pomiarowych.

2. Wstęp teoretyczny

Pomiar twardości sposobem Rockwella ( 1922 r. ) polega na dwustopniowym wciskaniu w

badany przedmiot wgłębnika ( stożek diamentowy lub kulka stalowa ) przy określonych

warunkach i pomiarze trwałego przyrostu głębokości odcisku.

Twardość Rockwella wyznacza się na podstawie głębokości odcisku wykonanego w

materiale przy dwustopniowym wciskaniu wgłębnika. Dwustopniowość wciskania polega na

zastosowaniu dwu wartości obciążenia: wstępnego Fo i głównego F1. Przy obciążeniu Fo

wgłębnik zagłębia się na głębokość wstępną ho w materiał. W tym położeniu ustawia się czujni

na zerowe położenie; obciążenie wstępne ( patrz tab. 1 ) jest realizowane przez ciężar samej

dźwigni, bez obciążników. Następnie dodaje się obciążenie główne F1 ( w sumie działa więc

obciążenie całkowite ). Wgłębnik zagłębia się w materiał na głębokość h. Ponieważ w tym

położeniu w materiale występują odkształcenia zarówno trwałe jak i sprężyste, wobec tego

zdejmuje się obciążenie F, wgłębnik obciążony tylko obciążeniem F uniesie się nieco pod

wpływem odkształcenia materiału, powstały odcisk jest więc już wynikiem odkształceń

głównie plastycznych. Jako głębokość pomiarową do wyznaczania twardości Rockwella

przyjmuje się wartość e', będąca odległością powstałą po przyłożeniu obciążenia głównego.

Metoda Rockwella charakteryzuje się dużą ilością skal pomiarowych.

Stożek diamentowy jest stożkiem prostym o podstawie koła z zaokrąglonym wierzchołkiem.

Kąt wierzchołkowy stożka wynosi 120 0,5o, a oś pokrywa się z osią oprawki z dokładnością

0,5. Promień zaokrąglenia wierzchołka stożka wynosi 0,2 mm, a zarys wierzchołka nie

wykazuje większych niż 0,002 mm od zarysu nominalnego. Powierzchnia pobocznicy stożka

przechodzi stycznie w powierzchnie kulistą wierzchołka stożka. Stożek jest dokładnie

wypolerowany i nie wykazuje pęknięć oraz innych wad powierzchniowych. Kulka wykonana

jest ze stali ulepszonej cieplnie o twardości nie mniejszej niż 850 HV. Średnica jej wynosi 1/16

cala, co odpowiada 1,588 mm, przy dopuszczalnej odchyłce 0,005 mm. Powierzchnia kulki

jest polerowana i nie wykazuje wad powierzchniowych. Czujnik umożliwia dokładność

odczytu do 0,5 jednostek skali, co odpowiada 0,001 mm wgłębienia. Tarcza czujnika jest

osadzona obrotowo. Umożliwia to ustawienie jej w położeniu początkowym.

Istnieją również twardościomierze uniwersalne np. Brinell - Rockwell.

Skala C

Oznaczamy HRC. stosuje się do pomiaru twardości stali (zwłaszcza hartowanych) i innych stopów o twardości ponad 200HB. Odcisk wykonuje stożkiem diamentowym o obciążeniu 150 kG.

Skala B

Oznaczamy HRB. Stosuje się do pomiaru twardości miękkich stali oraz metali nieżelaznych i ich stopów. Odcisk wykonuje się kulką stalową o obciążeniu 100 kG.

Skala A

Oznaczamy HRA. Stosuje się do pomiaru twardości miękkich stali oraz metali nieżelaznych i ich stopów. Odcisk wykonuje się kulką stalową o obciążeniu 100 kG.

3. Przebieg ćwiczenia

Pomiar twardości Rockwella może być przeprowadzony w temperaturze od 10 do 35 oC.

Temperatura pomiarów rozjemczych wynosi 18 do 22 oC.

Kształt próbki powinien umożliwić jej ustawienie na stoliku w czasie działania obciążenia.

Powierzchnia w miejscu pomiaru twardości powinna być prostopadła do osi stożka lub kulki.

Należy zapewnić grubość próbki ( lub badanej warstwy ) nie mniejszą niż 8 - krotną wielkość

trwałego przyrostu głębokości h. Na przeciwległej powierzchni próbki nie powinny być

widoczne po próbie żadne ślady odkształceń. Powierzchnia badanej próbki w miejscu

pomiaru twardości i styku z płytką stolika lub podporą, powinna być gładka, bez zgorzeliny

oraz innych obcych ciał. Podczas przygotowania powierzchni nie mogą nastąpić zmiany

twardości wskutek nagrzania lub zgniotu.

Powierzchnia badana przedmiotu przy zastosowaniu do pomiarów twardości skal A, B, C i F

powinna mieć parametr chropowatości Ra mniejszy od 2,5 mm, a przy zastosowaniu skal N i

T parametr chropowatości Ra powinien być nie większy niż 0,32 mm.

Przy pomiarze twardości Rockwella należy zachować dużą czystość powierzchni. Dotyczy to

nie tylko powierzchni badanej przedmiotu, ale i jego powierzchni spodniej, jak i również

powierzchni stolika przedmiotowego i użytych różnych pryzm i podkładek do ustawienia

przedmiotu. Warstwy smaru, kurzu, zgorzeliny powinny być starannie usunięte.

W przypadku konieczności przeprowadzenia pomiarów twardości na przedmiotach

cylindrycznych promień krzywizny przedmiotu przy stosowaniu stożka powinien być większy

od 19 mm, a przy stosowaniu kulek - większy od 12,5 mm. Przy dokonywaniu pomiaru na

powierzchniach cylindrycznych o mniejszych krzywiznach, lecz nie mniejszych niż 3 mm należy

stosować poprawki podane w odpowiednich tabelach. Wykonanie pomiaru na

powierzchniach wklęsłych o promieniu krzywizny mniejszym niż 19 i 12,5 mm dokonuje się po

uzgodnieniu między stronami, gdyż pomiary te dają wyniki większe od rzeczywistych.

Pomiarów o promieniach bardzo małych w praktyce nie dokonuje się ze względu na trudności

z wprowadzeniem wgłębnika. Aby uniknąć skutków wzajemnego oddziaływania na siebie odcisków odległość dwóch sąsiednich odcisków lub odległości od środka odcisku do krawędzi próbki powinna wynosić co najmniej 3 mm, jeśli w normach przedmiotowych lub warunkach zamówienia nie podano inaczej.

Nakładanie obciążenia głównego powinno odbywać się łagodnie i bez wstrząsów w czasie od

2 do 8 s, aż do osiągnięcia całkowitego obciążenia. Obciążenia główne powinno być zdjęte

nie wcześniej niż po upływie 2 s, licząc od momentu wyraźnego zatrzymania się wskazania. W

przypadku gdy po wyraźnym zatrzymaniu się wskazania urządzenia pomiarowego

odkształcenie plastyczne nadal trwa, czas wytrzymania wgłębnika pod obciążeniem

całkowitym powinien wynosić od 5 do 6 s dla skali C, A i N oraz 6 do 8 s dla skali B, F i T.

Dla metali skłonnych do odkształceń plastycznych w zależności od czasu, czas wytrzymania

wgłębnika pod obciążeniem całkowitym F, licząc od momentu zatrzymania wskazania,

powinien wynosić 10, 20 lub 30 s.

Twardość Rockwella odczytuje się bezpośrednio na tarczy czujnika z dokładnością 0,5

jednostki. Za prawidłowy wynik pomiaru twardości Rockwella należy przyjąć wartość średnią

arytmetyczną co najmniej z trzech pomiarów. Po każdej zmianie wgłębnika, obciążenia lub

podstawki co najmniej pierwsze dwa pomiary nie powinny być brane pod uwagę, aby

twardościomierz "osiadł".

Wyniki pomiarów zapisuje się w kolejności: najpierw wynik odczytany na czujniku, po którym

podaje się symbol skali. W przypadku skal N i T dodatkowo należy zapisać obciążenie

całkowite podane w kG :

- twardość 60 wg skali C 60 HRC,

- twardość 55 wg skali B 55 HRB,

- twardość 70 wg skali N i obciążenia 15 kG 70 HRN15

- twardość 68 wg skali T i obciążenia 45 kG 68 HRT45.

4. Wnioski

Z powyższego doświadczenia możemy wyciągnąć następujące wnioski - metodę Rockwella można stosować zarówno do pomiaru twardości materiałów miękkich jak i do pomiaru twardości materiałów twardych. Cechuje ją duża szybkość pomiaru i łatwość odczytu twardości bezpośrednio na przyrządzie. Kłopotliwe jest natomiast stosowanie różnych skal i wgłębników.