Na czym polega metoda Rockwella pomiaru twardości metalu?

W przemyśle metalurgicznym pomiar twardości jest ważnym procesem analitycznym. Na czym opiera się tego typu weryfikacja? Analiza twardości wykorzystywana jest do doboru odpowiednich narzędzi obróbczych oraz oceny trwałości konstrukcji. W tym kontekście kluczowa jest analiza oparta na skali opracowanej metodą Rockwella.

Twardość to właściwość metali polegająca na oferowaniu odporności na odkształcenia plastyczne, które powstają w wyniku nacisku generowanego lokalnie w danym obszarze elementu. Jest on wywierany na inny - charakteryzujący się wyższą twardością. Pozwala to porównać odporność obrabianych materiałów na uszkodzenia powierzchni. Jest to szczególnie ważne przy porównywaniu wytrzymałości różnych stopów na określone obciążenia lub zadania konstrukcyjne.

Metoda Rockwella jest najpopularniejszym sposobem pomiaru twardości metali i ich odporności na uszkodzenia. Jak wypada ona w porównaniu z innymi metodami, takimi jak Brinell i Vickers?

Analiza wytrzymałości według Rockwella

Dwuetapowa metoda pomiaru materiału według Hugh Rockwella i Stanleya Rockwella polega na wciskaniu w materiał kulki diamentowej lub kulki z hartowanego metalu. Każda z nich ma określone parametry. Wierzchołek stożka powinien osiągać 120 stopni. Kula powinna mieć średnicę 1/16".

Metoda Rockwella opiera się na dwuetapowym procesie. Stosowane są dwie wartości obciążenia.

• Początkowe F0
• Główny F.

W pierwszym kroku element analityczny jest opuszczany na tak zwaną wstępną głębokość F0. W kolejnym kroku aktywowana jest siła główna wyrażona jako F. Prowadzi to do połączenia sił obu czynników. W końcowej części tej procedury, która dotyczy już aktywacji sił plastycznych, F0 jest usuwana i pozostaje tylko F0. Próbka jest w stanie unosić się wyłącznie dzięki odkształceniom sprężystym i plastycznym. Pozwala to na wyrażenie głębokości pomiaru w milimetrach. Jest to odległość utworzona przez obciążenie główne (F+F0) po obciążeniu początkowym.

Twardość w skali Rockwella wyrażana jest w jednostkach HR. Co ważne, w zależności od metody badania i zastosowania elementu analitycznego, wyniki można przedstawić w następujący sposób:

• HRB
• HRC.

W pierwszej opcji wynik opiera się na analizie opartej na ruchu stożka.

Skala Rockwella to sposób na dokładny pomiar twardości stopu - głównie stali poddanych obróbce cieplnej.

Skala twardości według parametrów

Metoda Rockwella to zestawienie danych, które pokazują stopień interakcji między wgłębnikiem (stożkiem lub stalową kulką) a obciążeniem.

Istnieje siedem poziomów skali.

• A (HRA), obciążenie: 60 kg, wgłębnik: 120 stopni stożek diamentowy
• B (HRB), obciążenie: 100 kg, wgłębnik: kulki stalowe 1/16"
• C (HRC), obciążenie: 150 kg, wgłębnik: stożek diamentowy pod kątem 120 stopni
• D (HRD), obciążenie: 100 kg, wgłębnik: stożek diamentowy pod kątem 120 stopni
• E (HRE), obciążenie: 100 kg, wgłębnik: stalowy wielokrotny 1/8 "
• F (HRF), obciążenie: 60 kg, wgłębnik: stożek diamentowy pod kątem 120 stopni
• G (HRG), obciążenie: 150 kg, wgłębnik: kulki stalowe 1/16".

Skala Rockwella służy do określania twardości metali. Pozwala to na dostosowanie obróbki i innych prac do charakterystyki stopu.

Każda skala jest zatem przeznaczona dla innego metalu:

• Stal hartowana w skali A i C
• Stale niehartowane i materiały nieżelazne - skala B i F
• Skale N i T są materiałami niestandardowymi ze względu na ich bardzo małe wymiary lub cienkie płaszczyzny.

Wskazując twardość w skali Rockwella, należy stosować symbole uwzględniające metodę badania. Zakres obejmuje 20 wariantów dla stopów, które są miękkie i 100 wariantów dla stali, które są hartowane.

Testowanie metali w skali Rockwella ma wiele zalet.

Metoda Rockwella to wygodny i skuteczny sposób pomiaru twardości materiałów o różnym stopniu twardości, zarówno miękkich, jak i utwardzonych. Szybkość uzyskiwania wyników jest również wysoko ceniona. Pomiar może być masowy i obejmować szeroki zakres stopów.

Rozwiązanie to ma wiele zalet, w tym fakt, że siła zewnętrzna wywierana na analizowany materiał jest stosunkowo niewielka. Pozwala też użytkownikowi na szybki odczyt wyników w trakcie pomiaru. Decydując się na badanie metali metodą Rockwella, należy wziąć pod uwagę możliwość wystąpienia błędów w danych końcowych. Na wynik pomiaru mogą mieć wpływ warunki środowiskowe.

Autor: Michał Kuźlik