การใช้โลหะในการออกแบบต่างๆ อย่างมีประสิทธิภาพ สิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่ามันแข็งแกร่งแค่ไหน ความแข็งเป็นคุณสมบัติด้านคุณภาพที่คำนวณได้โดยทั่วไปของโลหะและโลหะผสม มีหลายวิธีในการพิจารณา: Brinell, Rockell, Super-Rockwell, Vickers, Ludwik, Shor (Monotron), Martens บทความพิจารณาวิธีการของพี่น้อง Rockwell
วิธีอะไร
วิธี Rockwell เป็นวิธีการทดสอบความแข็งของวัสดุ สำหรับองค์ประกอบที่ศึกษา ความลึกการเจาะของปลายแข็งของตัวบ่งชี้จะถูกคำนวณ ในกรณีนี้ โหลดจะยังคงเท่าเดิมสำหรับระดับความแข็งแต่ละระดับ โดยปกติคือ 60, 100 หรือ 150 กก.
ตัวบ่งชี้ในการศึกษาคือลูกบอลจากวัสดุที่ทนทานหรือกรวยเพชร พวกมันควรมีปลายแหลมมนและมุมยอด 120 องศา
วิธีนี้ได้รับการพบว่าง่ายและทำซ้ำได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งทำให้ได้เปรียบกว่าวิธีอื่นๆ
ประวัติศาสตร์
ลุดวิกศาสตราจารย์วิจัยแห่งเวียนนาเสนอให้ใช้หัวกดเพื่อการวิจัยเป็นครั้งแรกความแข็งโดยการเจาะวัสดุและคำนวณความลึกสัมพัทธ์ วิธีการของเขาอธิบายไว้ในงาน 1908 Die Kegelprobe
วิธีนี้มีข้อเสีย พี่น้องฮิวจ์และสแตนลีย์ ร็อคเวลล์ เสนอเทคโนโลยีใหม่ที่ขจัดข้อผิดพลาดของความไม่สมบูรณ์ทางกลของระบบการวัด (ฟันเฟืองและข้อบกพร่องของพื้นผิว การปนเปื้อนของวัสดุและชิ้นส่วน) อาจารย์ได้คิดค้นเครื่องทดสอบความแข็ง - อุปกรณ์ที่กำหนดความลึกสัมพัทธ์ของการเจาะ ใช้สำหรับทดสอบตลับลูกปืนเหล็ก
การหาค่าความแข็งของโลหะโดยวิธีของ Brinell และ Rockwell สมควรได้รับความสนใจในแวดวงวิทยาศาสตร์ แต่วิธี Brinell นั้นด้อยกว่า - ช้าและไม่ได้ใช้สำหรับเหล็กชุบแข็ง ดังนั้นจึงไม่ถือว่าเป็นวิธีการทดสอบแบบไม่ทำลายล้าง
ในเดือนกุมภาพันธ์ 1919 เครื่องทดสอบความแข็งได้รับการจดสิทธิบัตรภายใต้หมายเลข 1294171 ในเวลานี้ Rockwells ทำงานให้กับบริษัทลูกปืน
ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2462 สแตนลีย์ ร็อคเวลล์ ลาออกจากบริษัทและย้ายไปอยู่ที่รัฐนิวยอร์ก ที่นั่นเขายื่นคำขอปรับปรุงอุปกรณ์ซึ่งเป็นที่ยอมรับ อุปกรณ์ใหม่ที่จดสิทธิบัตรและปรับปรุงโดย 1921
ในช่วงปลายปี 2465 ร็อคเวลล์ได้ก่อตั้งโรงงานบำบัดความร้อนที่ยังคงเปิดดำเนินการอยู่ในคอนเนตทิคัต เป็นส่วนหนึ่งของ Instron Corporation ตั้งแต่ปี 1993
ข้อดีและข้อเสียของวิธีการ
วิธีการคำนวณความแข็งแต่ละวิธีนั้นไม่ซ้ำกันและใช้ได้ในบางพื้นที่ วิธีความแข็งแบบบริเนลและร็อกเวลล์เป็นพื้นฐาน
มีข้อดีหลายประการของวิธีนี้:
- ความเป็นไปได้ของการทดลองความแข็งสูง
- พื้นผิวเสียหายเล็กน้อยระหว่างการทดสอบ
- วิธีง่ายๆ ที่ไม่ต้องวัดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเยื้อง
- ขั้นตอนการทดสอบเร็วพอ
ข้อบกพร่อง:
- เมื่อเทียบกับเครื่องทดสอบความแข็งของ Brinell และ Vickers วิธี Rockwell นั้นไม่ถูกต้องเพียงพอ
- ต้องเตรียมพื้นผิวตัวอย่างอย่างระมัดระวัง
โครงสร้างของมาตราส่วนร็อคเวลล์
ทดสอบความแข็งของโลหะด้วยวิธี Rockwell ได้เพียง 11 มาตราส่วนเท่านั้น ความแตกต่างอยู่ในอัตราส่วนของส่วนปลายและน้ำหนักบรรทุก ปลายสามารถไม่เพียง แต่เป็นกรวยเพชร แต่ยังเป็นลูกของโลหะผสมของคาร์ไบด์และทังสเตนหรือเหล็กชุบแข็งในรูปของทรงกลม เคล็ดลับที่ได้รับการแก้ไขในการติดตั้งเรียกว่าตัวระบุ
เครื่องชั่งมักจะแสดงด้วยตัวอักษรละติน: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.
ทดสอบความแข็งแกร่งด้วยมาตราส่วนหลัก - A, B, C:
- สเกล A: ทดสอบกับกรวยเพชรน้ำหนัก 60 กก. การกำหนด - HRA การทดสอบดังกล่าวดำเนินการกับวัสดุแข็งบาง (0.3-0.5 มม.)
- สเกล B: ทดสอบลูกเหล็ก 100 กก. การกำหนด - HRB ทำการทดสอบกับเหล็กอ่อนอบอ่อนและโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็ก
- สเกล C: ทดสอบกรวย 150 กก. การกำหนด - HRC ทำการทดสอบสำหรับโลหะแข็งปานกลาง เหล็กชุบแข็งและอบร้อน หรือชั้นที่มีความหนาไม่เกิน 0.5 มม.
ความแข็งตามวิธีRockwell มักใช้แทน HR ด้วยตัวอักษรตัวที่สามของมาตราส่วน (เช่น HRA, HRC)
สูตรคำนวณ
ความแข็งของวัสดุมีผลต่อความลึกของการเจาะปลาย ยิ่งวัตถุทดสอบหนักเท่าไหร่ การเจาะก็จะยิ่งน้อยลง
ในการคำนวณความแข็งของวัสดุต้องใช้สูตร ค่าสัมประสิทธิ์ขึ้นอยู่กับมาตราส่วน เพื่อลดข้อผิดพลาดในการวัด เราควรยอมรับความแตกต่างสัมพัทธ์ในความลึกการเจาะของหัวกดขณะใช้งานโหลดหลักและน้ำหนักเบื้องต้น (10 กก.)
วิธีการวัดความแข็งแบบร็อคเวลล์เกี่ยวข้องกับการใช้สูตร: HR=N-(H-h)/s โดยที่ความแตกต่าง H-h หมายถึงความลึกในการเจาะสัมพัทธ์ของหัวกดภายใต้โหลด (เบื้องต้นและหลัก) ค่าคือ คำนวณเป็น มม. N, s เป็นค่าคงที่, ขึ้นอยู่กับมาตราส่วนเฉพาะ
เครื่องทดสอบความแข็ง Rockwell
เครื่องวัดความแข็งคืออุปกรณ์สำหรับกำหนดความแข็งของโลหะและโลหะผสมด้วยวิธี Rockwell เป็นอุปกรณ์ที่มีกรวยเพชร (หรือลูกบอล) และวัสดุที่กรวยต้องเข้าไป มีการติดตุ้มน้ำหนักเพื่อปรับแรงกระแทก
แสดงเวลา กระบวนการนี้เกิดขึ้นในสองขั้นตอน: ขั้นแรกให้กดด้วยแรง 10 กก. จากนั้นให้แรงขึ้น สำหรับการกดที่มากขึ้นจะใช้กรวยสำหรับลูกบอลน้อยลง
วัสดุทดสอบวางในแนวนอน เพชรถูกหย่อนลงบนมันด้วยคันโยก เพื่อการลงที่ราบรื่น อุปกรณ์ใช้มือจับที่มีโช้คอัพน้ำมัน
เวลาโหลดหลักปกติคือ 3 ถึง 6 วินาที ขึ้นอยู่กับวัสดุ ต้องรักษาการโหลดล่วงหน้าไว้จนกว่าจะมีผลการทดสอบ
ลูกศรขนาดใหญ่ของตัวบ่งชี้จะเลื่อนตามเข็มนาฬิกาและสะท้อนผลลัพธ์ของการทดลอง
ที่นิยมใช้กันมากที่สุดคือเครื่องทดสอบความแข็งแบบร็อคเวลล์:
- เครื่องเขียน "เมโทรเทส" รุ่น "ITR" เช่น "ITR-60/150-M"
- Qness GmbH รุ่น Q150R.
- อุปกรณ์เคลื่อนที่อัตโนมัติ TIME Group Inc รุ่น TH300.
วิธีการทดสอบ
การวิจัยต้องเตรียมการอย่างรอบคอบ ในการพิจารณาความแข็งของโลหะด้วยวิธี Rockwell พื้นผิวของตัวอย่างต้องสะอาด ปราศจากรอยแตกและเกล็ด สิ่งสำคัญคือต้องตรวจสอบอย่างต่อเนื่องว่าโหลดวางในแนวตั้งฉากกับพื้นผิวของวัสดุหรือไม่ และมีความเสถียรบนโต๊ะหรือไม่
รอยประทับเมื่อกดกรวยควรมีอย่างน้อย 1.5 มม. และเมื่อผลักลูกบอล - มากกว่า 4 มม. สำหรับการคำนวณที่มีประสิทธิภาพ ตัวอย่างต้องมีความหนามากกว่าความลึกการเจาะของหัวกด 10 เท่า หลังจากถอดโหลดหลักออก นอกจากนี้ ควรทำการทดสอบอย่างน้อย 3 ตัวอย่างจากหนึ่งตัวอย่าง หลังจากนั้นจึงควรเฉลี่ยผลลัพธ์
ขั้นตอนการทดสอบ
เพื่อให้การทดสอบมีผลในเชิงบวกและข้อผิดพลาดเล็กน้อย คุณควรทำตามลำดับความประพฤติ
ขั้นตอนการทดลองวิธีกำหนดความแข็งโดยร็อคเวลล์:
- กำหนดขนาดที่เลือกได้
- ติดตั้งหัวกดที่จำเป็นและโหลด
- ทำการทดสอบสองครั้ง (ไม่รวมอยู่ในผลลัพธ์) พิมพ์เพื่อแก้ไขการติดตั้งอุปกรณ์และตัวอย่าง
- วางบล็อกอ้างอิงไว้บนโต๊ะเครื่องมือ
- ทดสอบพรีโหลด (10 kgf) และรีเซ็ตสเกล
- ใช้โหลดหลัก รอผลสูงสุด
- ถอดโหลดแล้วอ่านค่าที่ได้รับบนหน้าปัด
ข้อบังคับอนุญาตให้ทดสอบหนึ่งตัวอย่างเมื่อทดสอบผลิตภัณฑ์มวลรวม
ซึ่งจะส่งผลต่อความแม่นยำ
เมื่อทำการทดสอบ การพิจารณาปัจจัยหลายอย่างเป็นสิ่งสำคัญ การตรวจจับความแข็งแบบ Rockwell ก็มีลักษณะเฉพาะของตัวเองเช่นกัน
ปัจจัยที่ต้องใส่ใจ:
- ความหนาของชิ้นทดสอบ กฎของการทดลองห้ามใช้ตัวอย่างที่มีความลึกน้อยกว่าสิบเท่าของความลึกในการเจาะของส่วนปลาย นั่นคือถ้าความลึกการเจาะ 0.2 มม. วัสดุจะต้องมีความหนาอย่างน้อย 2 ซม.
- ตัวอย่างต้องเว้นระยะห่าง มีสามเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่างจุดศูนย์กลางของการพิมพ์ใกล้
- ควรคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงที่เป็นไปได้ในผลลัพธ์ของการทดสอบบนหน้าปัด ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของนักวิจัย นั่นคือการอ่านผลลัพธ์ควรทำจากมุมมองเดียว
คุณสมบัติทางกลในการทดสอบความแข็งแกร่ง
ที่เกี่ยวข้องและสำรวจลักษณะความแข็งแรงของวัสดุและผลการทดสอบความแข็งด้วยวิธีความแข็งแบบร็อคเวลล์ได้มาจากนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุเช่น Davidenkov N. N., Markovets M. P. และอื่นๆ
จากผลการทดสอบความแข็งการเยื้อง วิธีการคำนวณกำลังครากจะถูกนำมาใช้ ความสัมพันธ์นี้คำนวณสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมโครเมียมสูงที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อนหลายครั้ง ค่าเบี่ยงเบนเฉลี่ยเมื่อใช้หัวกดเพชรคือ +0.9% เท่านั้น
กำลังอยู่ระหว่างการวิจัยเพื่อหาคุณสมบัติทางกลอื่นๆ ของวัสดุที่เกี่ยวข้องกับความแข็ง ตัวอย่างเช่น ความต้านทานแรงดึง (หรือความต้านทานแรงดึง) ความต้านทานการแตกหักจริงและการหดตัวสัมพัทธ์
วิธีอื่นในการพิจารณาความแข็ง
การวัดความแข็งทำได้ไม่เพียงแค่วิธีของ Rockwell เท่านั้น พิจารณาประเด็นหลักของแต่ละวิธีและความแตกต่าง การทดสอบการโหลดแบบสถิต:
- ตัวอย่างการศึกษา. วิธีของ Rockell และ Vickers ทำให้สามารถทดสอบวัสดุที่ค่อนข้างอ่อนและมีความแข็งแรงสูงได้ วิธี Brinell ออกแบบมาเพื่อศึกษาโลหะที่อ่อนกว่าซึ่งมีความแข็งสูงถึง 650 HBW วิธี Super-Rockwell ช่วยให้สามารถทดสอบความแข็งที่โหลดต่ำได้
- GOSTs. วิธี Rockwell เป็นไปตาม GOST 9013-59, วิธี Brinell - 9012-59, วิธี Vickers - 2999-75, วิธี Shor - GOST 263-75, 24622-91, 24621-91, ASTM D2240, ISO 868-85.
- ดูโรมิเตอร์. อุปกรณ์ของนักวิจัย Rockwell และ Shore นั้นเรียบง่ายการใช้งานและขนาดที่เล็ก อุปกรณ์ Vickers ช่วยให้ทดสอบชิ้นงานที่บางและเล็กได้
การทดลองภายใต้แรงกดดันแบบไดนามิกได้ดำเนินการตามวิธีการของ Martel, Poldi โดยใช้เครื่องทดสอบการกระแทกแนวตั้ง Nikolaev, อุปกรณ์สปริงของ Schoper และ Bauman และอื่นๆ
ความแข็งวัดได้ด้วยการขีดข่วน การทดสอบดังกล่าวดำเนินการโดยใช้ Barb file, Monters, Hankins, Birbaum microcharacterizer และอื่นๆ
แม้จะมีจุดอ่อน แต่วิธี Rockwell ก็ยังใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการทดสอบความแข็งในอุตสาหกรรม ใช้งานง่าย ส่วนใหญ่เนื่องจากไม่จำเป็นต้องวัดงานพิมพ์ภายใต้กล้องจุลทรรศน์และขัดพื้นผิว แต่ในขณะเดียวกัน วิธีการนี้ก็ไม่ถูกต้องเท่ากับการศึกษาที่เสนอของ Brinell และ Vickers ความแข็งวัดได้ด้วยวิธีต่างๆ นั่นคือหน่วยที่มีประสิทธิภาพของ Rockwell สามารถแปลงเป็นหน่วย Brinell ได้ ในระดับกฎหมาย มีข้อบังคับ เช่น ASTM E-140 ที่เปรียบเทียบค่าความแข็ง
