Para usar metais de forma eficaz em vários projetos, é importante saber o quão forte eles são. A dureza é a característica de qualidade mais comumente calculada de metais e ligas. Existem vários métodos para sua determinação: Brinell, Rockell, Super-Rockwell, Vickers, Ludwik, Shor (Monotron), Martens. O artigo considera o método dos irmãos Rockwell.
Qual é o método
O método Rockwell é um método de teste de dureza de materiais. Para o elemento em estudo, é calculada a profundidade de penetração da ponta dura do indicador. Neste caso, a carga permanece a mesma para cada escala de dureza. Geralmente é 60, 100 ou 150 kgf.
Indicador no estudo são bolas de material resistente ou cones de diamante. Eles devem ter uma extremidade pontiaguda arredondada e um ângulo de vértice de 120 graus.
Este método foi considerado simples e rapidamente reprodutível. O que lhe dá uma vantagem sobre outros métodos.
Histórico
O professor de pesquisa de Viena, Ludwig, propôs pela primeira vez o uso de um indentador para pesquisadureza penetrando no material e calculando a profundidade relativa. Seu método é descrito no trabalho de 1908 Die Kegelprobe.
Este método tinha desvantagens. Os irmãos Hugh e Stanley Rockwell propuseram uma nova tecnologia que eliminava os erros da imperfeição mecânica do sistema de medição (folgas e defeitos superficiais, contaminação de materiais e peças). Os professores inventaram um testador de dureza - um dispositivo que determina a profundidade relativa de penetração. Foi usado para testar rolamentos de esferas de aço.
A determinação da dureza dos metais pelos métodos de Brinell e Rockwell mereceu atenção na comunidade científica. Mas o método Brinell era inferior - era lento e não era usado para aços endurecidos. Assim, não poderia ser considerado um método de ensaio não destrutivo.
Em fevereiro de 1919, o durômetro foi patenteado sob o número 1294171. Nessa época, os Rockwell trabalhavam para uma empresa de rolamentos de esferas.
Em setembro de 1919, Stanley Rockwell deixou a empresa e mudou-se para o estado de Nova York. Lá, ele apresentou um pedido de melhoria do dispositivo, que foi aceito. Novo dispositivo patenteado e aprimorado em 1921.
No final de 1922, Rockwell fundou uma planta de tratamento térmico que ainda opera em Connecticut. Parte da Instron Corporation desde 1993.
Vantagens e desvantagens do método
Cada método de cálculo de dureza é único e aplicável em algumas áreas. Métodos de dureza Brinell e Rockwellsão básicos.
Existem várias vantagens do método:
- possibilidade de experimentos de alta dureza;
- pequenos danos na superfície durante o teste;
- método simples que não requer a medição do diâmetro de indentação;
- processo de teste é rápido o suficiente.
Falhas:
- comparado aos durômetros Brinell e Vickers, o método Rockwell não é suficientemente preciso;
- deve preparar cuidadosamente a superfície da amostra.
A estrutura da escala Rockwell
Para testar a dureza dos metais pelo método Rockwell, apenas 11 escalas foram derivadas. Sua diferença está na proporção da ponta e da carga. A ponta pode ser não apenas um cone de diamante, mas também uma bola de uma liga de carboneto e tungstênio ou aço endurecido na forma de uma esfera. A dica fixada na instalação é chamada de identificador.
Escalas geralmente são indicadas por letras do alfabeto latino: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.
Os testes de força são realizados com as escalas principais - A, B, C:
- Escala A: teste com cone de diamante com carga de 60 kgf. Designação - HRA. Tais testes são realizados para materiais finos e duros (0,3-0,5 mm);
- Escala B: teste de esfera de aço de 100 kgf. Designação - HRB. Os testes são realizados em aço macio recozido e ligas não ferrosas;
- Escala C: teste de cone de 150 kgf. Designação - HRC. Os testes são realizados para metais de dureza média, aço temperado e revenido ou camadas com espessura não superior a 0,5 mm.
Dureza por métodoRockwell é geralmente denotado HR com a terceira letra da escala (por exemplo, HRA, HRC).
Fórmula para cálculo
A dureza do material afeta a profundidade de penetração da ponta. Quanto mais difícil o objeto de teste, menor será a penetração.
Para determinar numericamente a dureza de um material, é necessária uma fórmula. Seus coeficientes dependem da escala. Para reduzir o erro de medição, deve-se aceitar a diferença relativa da profundidade de penetração do penetrador no momento da aplicação da carga principal e preliminar (10 kgf).
O método de medição de dureza Rockwell envolve o uso da fórmula: HR=N-(H-h)/s, onde a diferença H-h denota a profundidade de penetração relativa do penetrador sob cargas (preliminar e principal), o valor é calculado em mm. N, s são constantes, dependem da escala específica.
Testador de dureza Rockwell
Dureza testador é um dispositivo para determinar a dureza de metais e ligas pelo método Rockwell. É um dispositivo com um cone de diamante (ou bola) e o material no qual o cone deve entrar. Um peso também é anexado para ajustar a força de impacto.
O indicador de tempo é exibido. O processo ocorre em duas etapas: primeiro, a prensagem é feita com uma força de 10 kgf, depois mais forte. Para pressionar mais, usa-se um cone, para menos, uma bola.
O material de teste é colocado horizontalmente. O diamante é abaixado sobre ele com uma alavanca. Para uma descida suave, o dispositivo usa uma alça com amortecedor a óleo.
O tempo de carregamento principal geralmente éé de 3 a 6 segundos, dependendo do material. A pré-carga deve ser mantida até que os resultados do teste estejam disponíveis.
A seta grande do indicador se move no sentido horário e reflete o resultado do experimento.
Os mais populares na prática são os modelos de testadores de dureza rockwell:
- Dispositivos estacionários "Metrotest" modelo "ITR", por exemplo, "ITR-60/150-M".
- Qness GmbH modelo Q150R.
- Dispositivo automatizado estacionário TIME Group Inc modelo TH300.
Metodologia de Teste
A pesquisa requer uma preparação cuidadosa. Ao determinar a dureza dos metais pelo método Rockwell, a superfície da amostra deve estar limpa, sem rachaduras e incrustações. É importante verificar constantemente se a carga é aplicada perpendicularmente à superfície do material e se está estável na mesa.
A impressão ao empurrar o cone deve ser de pelo menos 1,5 mm e ao empurrar a bola - mais de 4 mm. Para cálculos eficazes, a amostra deve ser 10 vezes mais espessa que a profundidade de penetração do penetrador após a remoção da carga principal. Além disso, pelo menos 3 testes de uma amostra devem ser realizados, após os quais os resultados devem ser calculados.
Passos do teste
Para que o experimento tenha um resultado positivo e um pequeno erro, você deve seguir a ordem de sua condução.
Etapas do experimento sobre o método de determinação da dureza porRockwell:
- Determine a escolha da escala.
- Instale o indentador necessário e carregue.
- Realize duas impressões de teste (não incluídas nos resultados) para corrigir a instalação do dispositivo e da amostra.
- Coloque o bloco de referência na mesa do instrumento.
- Teste a pré-carga (10 kgf) e reinicie a balança.
- Aplique a carga principal, aguarde o máximo de resultados.
- Remova a carga e leia o valor recebido no mostrador.
Os regulamentos permitem o teste de uma amostra ao testar produtos em massa.
O que afetará a precisão
Ao realizar qualquer teste, é importante considerar muitos fatores. A detecção de dureza Rockwell também tem suas próprias características.
Fatores a serem observados:
- A espessura da peça de teste. É proibido pelas regras do experimento usar uma amostra com menos de dez vezes a profundidade de penetração da ponta. Ou seja, se a profundidade de penetração for 0,2 mm, então o material deve ter pelo menos 2 cm de espessura.
- Deve haver uma distância entre as impressões na amostra. São três diâmetros entre os centros das impressões próximas.
- Deve-se levar em consideração a possível mudança nos resultados do experimento no mostrador, dependendo da posição do pesquisador. Ou seja, a leitura do resultado deve ser feita de um ponto de vista.
Propriedades mecânicas em testesforça
Relacione e explore as características de resistência dos materiais e os resultados dos testes de dureza pelo método de dureza Rockwell foram obtidos por cientistas de materiais como Davidenkov N. N., Markovets M. P. e outros.
De acordo com os resultados do teste de dureza de indentação, são aplicados métodos para calcular o limite de escoamento. Essa relação é calculada para aços inoxidáveis com alto teor de cromo que passaram por múltiplos tratamentos térmicos. O valor médio do desvio, ao usar um penetrador de diamante, foi de apenas +0,9%.
Pesquisas também estão em andamento para determinar outras propriedades mecânicas de materiais relacionadas à dureza. Por exemplo, resistência à tração (ou resistência à tração), resistência verdadeira à fratura e contração relativa.
Métodos alternativos para determinar a dureza
A medição da dureza é possível não apenas pelo método Rockwell. Considere os principais pontos de cada método e suas diferenças. Teste de carga estática:
- Amostras de estudo. Os métodos Rockell e Vickers permitem testar materiais relativamente macios e de alta resistência. O método Brinell é projetado para estudar metais mais macios com dureza de até 650 HBW. O método Super-Rockwell permite testes de dureza em cargas baixas.
- GOSTs. O método Rockwell está em conformidade com GOST 9013-59, método Brinell - 9012-59, método Vickers - 2999-75, método Shor - GOST 263-75, 24622-91, 24621-91, ASTM D2240, ISO 868-85.
- Durômetros. Os dispositivos dos pesquisadores da Rockwell e Shore são simplesuso e tamanho pequeno. O equipamento Vickers permite testar em corpos de prova muito finos e pequenos.
Experiências sob pressão dinâmica foram realizadas de acordo com o método de Martel, Poldi, usando o testador de impacto vertical Nikolaev, o dispositivo de mola Schopper e Bauman e outros.
A dureza também pode ser medida arranhando. Tais testes foram realizados utilizando lima Barb, microcaracterizador Monters, Hankins, Birbaum e outros.
Apesar de suas deficiências, o método Rockwell é amplamente utilizado para testes de dureza na indústria. É de fácil execução, principalmente pelo fato de não ser necessário medir a impressão ao microscópio e polir a superfície. Mas, ao mesmo tempo, o método não é tão preciso quanto os estudos propostos por Brinell e Vickers. A dureza, medida de diferentes maneiras, tem uma dependência. Ou seja, as unidades eficazes Rockwell podem ser convertidas em unidades Brinell. No nível legislativo, existem regulamentações como ASTM E-140 que comparam os valores de dureza.
