Метод измерения твёрдости по Роквеллу (ГОСТ 9013-59)
Метод Роквелла — один из самых популярных и широко применяемых способов определения твёрдости металлов. Согласно нашим наблюдениям, он особенно востребован на производстве благодаря своей простоте, скорости и отсутствию необходимости в дополнительных приборах — таких как микроскоп или калькулятор. Результат измерения отображается на приборе автоматически, что делает метод удобным для применения как в лабораториях, так и в цехах.
Принцип метода
Методика измерения по Роквеллу (по ГОСТ 9013-59) базируется на вдавливании индентора (алмазного конусообразного наконечника или стального сферического наконечника) в поверхность заготовки под двумя последовательными нагрузками:
- Предварительная нагрузка (10 кгс) — устраняет люфты, прижимает индентор к поверхности и обеспечивает стабильное начальное положение.
- Основная нагрузка — добавляется к предварительной, после чего измеряется глубина окончательного внедрения индентора.
Разница между глубиной под основной и предварительной нагрузкой преобразуется в единицы твёрдости по шкале Роквелла — HR (Hardness Rockwell).
Формула расчёта (автоматизирована в приборе):
| Тип наконечника | Формула |
|---|---|
| Алмазный наконечник | HR = 100 – h / 0,002 |
| Шаровый наконечник | HR = 130 – h / 0,002 |
где h — увеличение глубины внедрения при снятии основной нагрузки (в мм).
Устройство твердомера по Роквеллу
На рис. 1 представлено схематическое устройство классического твердомера по Роквеллу. Основные элементы:
- Индентор — алмазный конусообразный наконечник (для твёрдых материалов) или стальной шаровый наконечник (для мягких).
- Грузы и коромысло — создают требуемое усилие, передаваемое на индентор. В более точных моделях применяется шаговый двигатель с обратной связью по тензометрической ячейке.
- Измерительная шкала или цифровой дисплей — отображает результат измерения стрелочного индикатора с часовым механизмом или датчика перемещения соответственно.
После приложения нагрузки прибор напрямую показывает значение твёрдости — без необходимости в ручных расчётах.
Шкалы Роквелла и их применение
Выбор шкалы определяется типом материала, его твёрдостью и геометрией детали. Наиболее распространённые:
| Шкала | Индентор | Нагрузка | Применение |
|---|---|---|---|
| HRA | Алмазный конусообразный | 60 кгс | Твёрдые сплавы, закалённая сталь, изделия после азотирования, цементации |
| HRB |
Стальной шариковый (1,588 мм) |
100 кгс | Мягкие и средней твёрдости металлы: медь, алюминий, латунь, отожжённая сталь |
| HRC | Алмазный конусообразный | 150 кгс | Высокопрочные и закалённые стали, инструменты, детали после ТВЧ |
Примечание:
- HRC — наиболее стабильная и часто используемая шкала для твёрдых сталей.
- HRA — хорошая альтернатива для очень твёрдых покрытий.
- HRB — не подходит для закалённых деталей (риск деформации шарика).
Преимущества метода Роквелла
- Быстрота измерений — одно измерение занимает около 10 секунд.
- Простота и надёжность конструкции — минимальное количество электроники или её отсутствие в классических моделях.
- Широкий диапазон применения — от мягких цветных металлов до высокопрочных сталей.
- Отсутствие необходимости в микроскопе — в отличие от методов Бринелля или Виккерса.
- Достаточно стабильные показания за счёт приложения достаточно большой нагрузки – в отличие от метода Супер-Роквелла.
Ограничения и недостатки
- Требователен к чистоте и плоскости поверхности — шероховатость или загрязнения искажают результат.
- Сильно зависит от кривизны поверхности деталей — на вогнутых или выпуклых деталях погрешность возрастает.
- Не подходит для очень тонких деталей (менее 1 мм) — возможен прогиб или влияние опорной поверхности.
- Не рекомендуется для неоднородных материалов (например, чугун с графитом) — локальные включения искажают внедрение.
- Проблемы с пружинящими изделиями — упругие деформации мешают корректному вдавливанию.
Когда использовать метод Роквелла?
Метод отлично подходит:
- Для контроля твёрдости после термообработки (закалка, ТВЧ, цементация).
- При входном контроле заготовок и полуфабрикатов.
- В условиях серийного производства, где важна скорость и воспроизводимость.
Однако, если требуется высокая точность на сложных поверхностях, тонких деталях или при контроле сварных швов и других объектов, которые проблематично расположить на столике стационарного твердомера, то стоит рассмотреть альтернативные методы, например, ультразвуковой (метод ультразвукового контактного импеданса, UCI), который позволяет измерять твёрдость без значительного усилия, с минимальным повреждением поверхности и высокой скоростью.
Посмотреть линейку ультразвуковых твердомеров.
Образцовые меры твердости по Роквеллу
Для точной настройки и калибровки твердомеров по шкалам Роквелла (HRC, HRB, HRA и др.) используются образцовые меры твердости 1 и 2 разряда. Это аттестованные образцы с точно установленным значением твердости. Их можно использовать как в лабораторных, так и в полевых условиях.
Центр «МЕТ» производит стандартные и нестандартные меры твердости по Роквеллу, прошедшие поверку и внесённые в реестры средств измерений. Благодаря использованию собственных мер 1 разряда обеспечивается высокая точность калибровки твердомеров и соответствие требованиям ГОСТ и международных стандартов.
Посмотреть линейку мер твердости по Роквеллу.
Центр «МЕТ» — точность, основанная на метрологии
Как разработчик высокоточных портативных твердомеров, Центр «МЕТ» уделяет особое внимание метрологическому обеспечению. Наши приборы сертифицированы и внесены в реестры средств измерений России, Казахстана и Белоруссии. Все твердомеры калибруются по эталонным мерам твёрдости 1 разряда, в том числе нестандартным, что обеспечивает высокую точность и воспроизводимость измерений.
Хотите узнать, как современные методы измерения дополняют классические подходы? Обращайтесь — расскажем о решениях для вашего производства.
