لاستخدام المعادن بشكل فعال في مختلف التصميمات ، من المهم معرفة مدى قوتها. الصلابة هي أكثر خصائص الجودة المحسوبة شيوعًا للمعادن والسبائك. هناك عدة طرق لتحديده: برينل ، روكيل ، سوبر روكويل ، فيكرز ، لودويك ، شور (مونوترون) ، مارتينز. تتناول المقالة طريقة الأخوين روكويل.
ما هي الطريقة
طريقة روكويل هي طريقة لاختبار صلابة المواد. بالنسبة للعنصر قيد الدراسة ، يتم حساب عمق الاختراق للطرف الصلب للمؤشر. في هذه الحالة ، يظل الحمل كما هو لكل مقياس صلابة. عادة 60 أو 100 أو 150 كجم.
المؤشر في الدراسة عبارة عن كرات من مادة متينة أو مخاريط ماسية. يجب أن يكون لها نهاية مدببة وزاوية قمة 120 درجة.
تم العثور على هذه الطريقة لتكون بسيطة وقابلة للتكرار بسرعة. مما يعطيها ميزة على الطرق الأخرى.
التاريخ
اقترح أستاذ الأبحاث في فيينا لودفيج لأول مرة استخدام أداة إندينتر للبحثصلابة باختراق المادة وحساب العمق النسبي. تم وصف طريقته في عمل Die Kegelprobe عام 1908.
هذه الطريقة لها عيوب. اقترح الأخوان هيو وستانلي روكويل تقنية جديدة تزيل أخطاء العيوب الميكانيكية في نظام القياس (ردود الفعل العكسية وعيوب السطح ، وتلوث المواد والأجزاء). اخترع الأساتذة جهاز اختبار الصلابة - جهاز يحدد العمق النسبي للاختراق. تم استخدامه لاختبار الكرات الفولاذية.
تحديد صلابة المعادن بطرق برينل وروكويل يستحق الاهتمام في المجتمع العلمي. لكن طريقة برينل كانت أقل شأناً - كانت بطيئة ولم تُستخدم للفولاذ المتصلب. وبالتالي ، لا يمكن اعتبارها طريقة اختبار غير إتلافية.
في فبراير 1919 ، تم تسجيل براءة اختراع جهاز اختبار الصلابة تحت رقم 1294171. في هذا الوقت ، عمل Rockwells في شركة محمل كروي.
في سبتمبر 1919 ، غادر ستانلي روكويل الشركة وانتقل إلى ولاية نيويورك. هناك قدم طلبًا لتحسين الجهاز وتم قبوله. جهاز جديد حاصل على براءة اختراع وتحسينه عام 1921.
في أواخر عام 1922 ، أسس روكويل محطة معالجة حرارية لا تزال تعمل في ولاية كونيتيكت. جزء من شركة Instron منذ عام 1993.
مزايا وعيوب الطريقة
كل طريقة حساب صلابة فريدة وقابلة للتطبيق في بعض المجالات. طرق صلابة برينل وروكويلأساسية.
هناك عدد من مزايا الطريقة:
- إمكانية إجراء تجارب صلابة عالية
- تلف طفيف بالسطح أثناء الاختبار ؛
- طريقة بسيطة لا تتطلب قياس قطر المسافة البادئة ؛
- عملية الاختبار سريعة بما فيه الكفاية.
عيوب:
- مقارنة بمختبري صلابة برينل وفيكرز ، طريقة روكويل ليست دقيقة بما فيه الكفاية ؛
- يجب تحضير سطح العينة بعناية.
هيكل مقياس روكويل
لاختبار صلابة المعادن بطريقة روكويل ، تم اشتقاق 11 مقياسًا فقط. يكمن الاختلاف بينهما في نسبة الحافة والحمل. لا يمكن أن يكون الطرف مخروطًا ماسيًا فحسب ، بل يمكن أن يكون أيضًا كرة من سبيكة كربيد وتنجستن أو صلب على شكل كرة. يسمى الطرف المثبت في التثبيت المعرف.
يُشار إلى المقاييس عادةً بأحرف الأبجدية اللاتينية: A ، B ، C ، D ، E ، F ، G ، H ، K ، N ، T.
يتم إجراء اختبارات القوة باستخدام المقاييس الرئيسية - A ، B ، C:
- المقياس أ: اختبار مخروط الماس مع حمولة 60 kgf. التعيين - HRA. يتم إجراء مثل هذه الاختبارات للمواد الصلبة الرقيقة (0.3-0.5 مم) ؛
- المقياس B: اختبار كرة فولاذية 100 kgf. التعيين - HRB. يتم إجراء الاختبارات على الفولاذ الطري الملدن وسبائك غير حديدية ؛
- المقياس C: اختبار مخروطي 150 كجم. التعيين - HRC. يتم إجراء الاختبارات على المعادن ذات الصلابة المتوسطة والفولاذ المقوى أو الطبقات التي لا يزيد سمكها عن 0.5 مم.
صلابة بالطريقةعادةً ما يُشار إلى Rockwell HR بالحرف الثالث من المقياس (على سبيل المثال ، HRA ، HRC).
صيغة الحساب
تؤثر صلابة المادة على عمق اختراق الطرف. كلما كان جسم الاختبار أصعب ، قل الاختراق.
لتحديد صلابة المادة عدديًا ، هناك حاجة إلى صيغة. معاملاتها تعتمد على المقياس. لتقليل خطأ القياس ، ينبغي للمرء أن يقبل الاختلاف النسبي في عمق الاختراق للمسافة البادئة في لحظة تطبيق الحمل الرئيسي والأولي (10 kgf).
تتضمن طريقة قياس صلابة روكويل استخدام الصيغة: HR=N- (H-h) / s ، حيث يشير الاختلاف H-h إلى عمق الاختراق النسبي للداخل تحت الأحمال (الأولية والرئيسية) ، القيمة هي محسوبة بالملم. N ، s ثوابت ، تعتمد على المقياس المحدد.
اختبار صلابة روكويل
اختبار الصلابة هو جهاز لتحديد صلابة المعادن والسبائك بطريقة روكويل. إنه جهاز به مخروط ماسي (أو كرة) والمادة التي يجب أن يدخل إليها المخروط. يتم إرفاق وزن أيضًا لضبط قوة التأثير
يعرض مؤشر الوقت. تتم العملية على مرحلتين: أولاً ، يتم الضغط بقوة 10 kgf ، ثم أقوى. لمزيد من الضغط ، يتم استخدام مخروط وكرة أقل.
يتم وضع مادة الاختبار أفقيًا. يتم إنزال الماس عليها برافعة. للحصول على نزول سلس ، يستخدم الجهاز مقبض مع ممتص صدمات الزيت.
عادة ما يكون وقت التحميل الرئيسيمن 3 إلى 6 ثوانٍ ، حسب المادة. يجب الحفاظ على التحميل المسبق حتى تتوفر نتائج الاختبار.
يتحرك السهم الكبير للمؤشر في اتجاه عقارب الساعة ويعكس نتيجة التجربة
الأكثر شيوعًا في الممارسة هي نماذج اختبار صلابة روكويل:
- اجهزة ثابتة "Metrotest" موديل "ITR" مثلا "ITR-60/150-M".
- Qness GmbH طراز Q150R.
- جهاز مؤتمت ثابت TIME Group Inc موديل TH300.
منهجية الاختبار
تتطلب الأبحاث إعدادًا دقيقًا. عند تحديد صلابة المعادن بطريقة Rockwell ، يجب أن يكون سطح العينة نظيفًا ، بدون تشققات أو قشور. من المهم التحقق باستمرار مما إذا كان الحمل مطبقًا بشكل عمودي على سطح المادة ، وما إذا كان مستقرًا على الطاولة.
يجب أن تكون البصمة عند دفع المخروط 1.5 مم على الأقل ، وعند دفع الكرة - أكثر من 4 مم. لإجراء حسابات فعالة ، يجب أن تكون العينة أكثر سمكًا بمقدار 10 مرات من عمق الاختراق في المسافة البادئة بعد إزالة الحمل الرئيسي. أيضا ، يجب إجراء 3 اختبارات على الأقل لعينة واحدة ، وبعد ذلك يجب حساب متوسط النتائج.
خطوات الاختبار
لكي تحصل التجربة على نتيجة إيجابية وخطأ بسيط ، يجب اتباع ترتيب إجرائها.
مراحل التجربة على طريقة تقدير الصلابةروكويل:
- تحديد اختيار المقياس.
- تثبيت indenter المطلوب وتحميل.
- قم بإجراء اختبارين (غير مدرجين في النتائج) يطبعان لتصحيح تثبيت الجهاز والعينة.
- ضع الكتلة المرجعية على طاولة الآلة.
- اختبر التحميل المسبق (10 kgf) وأعد ضبط المقياس.
- قم بتطبيق الحمل الرئيسي ، وانتظر أقصى النتائج.
- قم بإزالة الحمل وقراءة القيمة المستلمة على الاتصال الهاتفي.
تسمح اللوائح باختبار عينة واحدة عند اختبار المنتجات الجماعية.
مما سيؤثر على الدقة
عند إجراء أي اختبار ، من المهم مراعاة العديد من العوامل. يتميز اكتشاف صلابة روكويل أيضًا بخصائصه الخاصة.
عوامل يجب الانتباه إليها:
- سمك قطعة الاختبار. يحظر بموجب قواعد التجربة استخدام عينة أقل من عشرة أضعاف عمق اختراق الطرف. أي ، إذا كان عمق الاختراق 0.2 مم ، فيجب أن يكون سمك المادة 2 سم على الأقل.
- يجب أن تكون هناك مسافة بين المطبوعات على العينة. بين مراكز المطبوعات القريبة ثلاثة أقطار.
- يجب على المرء أن يأخذ في الاعتبار التغيير المحتمل في نتائج التجربة على الاتصال الهاتفي ، اعتمادًا على موقف الباحث. أي أن قراءة النتيجة يجب أن تتم من وجهة نظر واحدة.
الخواص الميكانيكية في الاختباراتقوة
اربط واستكشف خصائص قوة المواد وتم الحصول على نتائج اختبار الصلابة بواسطة طريقة صلابة روكويل من قبل علماء المواد مثل Davidenkov N. N. و Markovets M. P. وغيرهم.
وفقًا لنتائج اختبار صلابة المسافة البادئة ، يتم تطبيق طرق حساب مقاومة الخضوع. يتم حساب هذه العلاقة بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ عالي الكروم الذي خضع لعدة معالجات حرارية. كان متوسط قيمة الانحراف عند استخدام مؤشر الماس +0.9٪ فقط.
الأبحاث جارية أيضًا لتحديد الخواص الميكانيكية الأخرى للمواد المتعلقة بالصلابة. على سبيل المثال ، قوة الشد (أو قوة الشد) ، مقاومة الكسر الحقيقية والانكماش النسبي.
طرق بديلة لتحديد الصلابة
قياس الصلابة ممكن ليس فقط بطريقة روكويل. ضع في اعتبارك النقاط الرئيسية لكل طريقة واختلافها. اختبار الحمل الثابت:
- عينات الدراسة. تتيح طريقتا Rockell و Vickers اختبار مواد لينة وعالية القوة نسبيًا. تم تصميم طريقة برينل لدراسة المعادن الأكثر ليونة بصلابة تصل إلى 650 HBW. تسمح طريقة Super-Rockwell باختبار الصلابة عند الأحمال المنخفضة.
- GOSTs. تتوافق طريقة Rockwell مع GOST 9013-59 ، طريقة Brinell - 9012-59 ، طريقة Vickers - 2999-75 ، طريقة Shor - GOST 263-75 ، 24622-91 ، 24621-91 ، ASTM D2240 ، ISO 868-85.
- مقاييس التحمل. أجهزة الباحثين Rockwell و Shore بسيطةاستخدام وصغر الحجم. تسمح معدات Vickers بالاختبار على عينات رفيعة وصغيرة للغاية.
تم إجراء التجارب تحت الضغط الديناميكي وفقًا لطريقة Martel و Poldi ، باستخدام جهاز اختبار التأثير العمودي Nikolaev ، وجهاز Schopper و Bauman Spring وغيرها.
يمكن أيضًا قياس الصلابة بالخدش. تم إجراء مثل هذه الاختبارات باستخدام ملف Barb و Monters و Hankins و Birbaum microcharacterizer وغيرها.
على الرغم من عيوبها ، تُستخدم طريقة Rockwell على نطاق واسع لاختبار الصلابة في الصناعة. من السهل القيام بذلك ، ويرجع ذلك أساسًا إلى حقيقة أنه ليس من الضروري قياس البصمة تحت المجهر وتلميع السطح. لكن في الوقت نفسه ، فإن الطريقة ليست دقيقة مثل الدراسات المقترحة لبرينل وفيكرز. الصلابة ، المقاسة بطرق مختلفة ، لها تبعية. أي أنه يمكن تحويل وحدات Rockwell الفعالة إلى وحدات Brinell. على المستوى التشريعي ، هناك لوائح مثل ASTM E-140 التي تقارن قيم الصلابة.
