Para usar metales de manera efectiva en varios diseños, es importante saber qué tan fuertes son. La dureza es la característica de calidad más comúnmente calculada de metales y aleaciones. Existen varios métodos para su determinación: Brinell, Rockell, Super-Rockwell, Vickers, Ludwik, Shor (Monotron), Martens. El artículo considera el método de los hermanos Rockwell.
¿Cuál es el método?
El método Rockwell es un método para probar la dureza de los materiales. Para el elemento en estudio, se calcula la profundidad de penetración de la punta dura del indicador. En este caso, la carga sigue siendo la misma para cada escala de dureza. Suele ser de 60, 100 o 150 kgf.
Indicator en el estudio son bolas de material duradero o conos de diamante. Deben tener un extremo puntiagudo redondeado y un ángulo de vértice de 120 grados.
Se ha encontrado que este método es simple y rápidamente reproducible. Lo que le da una ventaja sobre otros métodos.
Historia
El profesor de investigación de Viena, Ludwig, propuso por primera vez el uso de un indentador para la investigacióndureza penetrando el material y calculando la profundidad relativa. Su método se describe en la obra de 1908 Die Kegelprobe.
Este método tenía inconvenientes. Los hermanos Hugh y Stanley Rockwell propusieron una nueva tecnología que eliminaba los errores de la imperfección mecánica del sistema de medición (reacción y defectos superficiales, contaminación de materiales y piezas). Los profesores inventaron un probador de dureza, un dispositivo que determina la profundidad relativa de penetración. Se utilizó para probar rodamientos de bolas de acero.
La determinación de la dureza de los metales por los métodos de Brinell y Rockwell mereció la atención de la comunidad científica. Pero el método Brinell era inferior: era lento y no se usaba para aceros templados. Por lo tanto, no podría considerarse un método de ensayo no destructivo.
En febrero de 1919, el probador de dureza fue patentado con el número 1294171. En ese momento, los Rockwell trabajaban para una empresa de cojinetes de bolas.
En septiembre de 1919, Stanley Rockwell dejó la empresa y se mudó al estado de Nueva York. Allí presentó una solicitud de mejora del aparato, que fue aceptada. Nuevo dispositivo patentado y mejorado en 1921.
A fines de 1922, Rockwell fundó una planta de tratamiento térmico que aún funciona en Connecticut. Parte de Instron Corporation desde 1993.
Ventajas y desventajas del método
Cada método de cálculo de dureza es único y aplicable en alguna área. Métodos de dureza Brinell y Rockwellson básicos.
Hay una serie de ventajas del método:
- posibilidad de experimentos de alta dureza;
- daños menores en la superficie durante la prueba;
- método sencillo que no requiere medir el diámetro de la muesca;
- el proceso de prueba es lo suficientemente rápido.
Defectos:
- en comparación con los durómetros Brinell y Vickers, el método Rockwell no es lo suficientemente preciso;
- debe preparar cuidadosamente la superficie de la muestra.
La estructura de la escala Rockwell
Para probar la dureza de los metales por el método Rockwell, solo se han derivado 11 escalas. Su diferencia radica en la relación entre la punta y la carga. La punta puede ser no solo un cono de diamante, sino también una bola de una aleación de carburo y tungsteno o acero endurecido en forma de esfera. La punta fijada en la instalación se llama identificador.
Las escalas generalmente se indican con letras del alfabeto latino: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.
Las pruebas de fuerza se realizan con las escalas principales - A, B, C:
- Escala A: prueba con cono de diamante con una carga de 60 kgf. Designación - HRA. Estas pruebas se llevan a cabo para materiales duros delgados (0,3-0,5 mm);
- Escala B: prueba de bola de acero de 100 kgf. Designación - HRB. Las pruebas se llevan a cabo en acero dulce recocido y aleaciones no ferrosas;
- Escala C: prueba de cono de 150 kgf. Designación - HRC. Los ensayos se realizan para metales de dureza media, acero templado y revenido o capas con un espesor no superior a 0,5 mm.
Dureza por métodoRockwell generalmente se denota como HR con la tercera letra de la escala (por ejemplo, HRA, HRC).
Fórmula para el cálculo
La dureza del material afecta la profundidad de penetración de la punta. Cuanto más duro sea el objeto de prueba, menor será la penetración.
Para determinar numéricamente la dureza de un material, se necesita una fórmula. Sus coeficientes dependen de la escala. Para reducir el error de medición, se debe aceptar la diferencia relativa en la profundidad de penetración del penetrador en el momento de la aplicación de la carga principal y preliminar (10 kgf).
El método de medición de dureza Rockwell involucra el uso de la fórmula: HR=N-(H-h)/s, donde la diferencia H-h denota la profundidad de penetración relativa del penetrador bajo cargas (preliminar y principal), el valor es calculado en mm. N, s son constantes, dependen de la escala específica.
durómetro Rockwell
El probador de dureza es un dispositivo para determinar la dureza de metales y aleaciones por el método Rockwell. Es un dispositivo con un cono (o bola) de diamante y el material en el que debe entrar el cono. También se adjunta un peso para ajustar la fuerza de impacto.
Se muestra el indicador de tiempo. El proceso se lleva a cabo en dos etapas: primero, el prensado se realiza con una fuerza de 10 kgf, luego más fuerte. Para más presión se usa un cono, para menos una pelota.
El material de prueba se coloca horizontalmente. El diamante se baja sobre él con una palanca. Para un descenso suave, el dispositivo utiliza un asa con un amortiguador de aceite.
El tiempo de carga principal suele seres de 3 a 6 segundos, dependiendo del material. La precarga debe mantenerse hasta que los resultados de la prueba estén disponibles.
La flecha grande del indicador se mueve en el sentido de las agujas del reloj y refleja el resultado del experimento.
Los más populares en la práctica son estos modelos de probadores de dureza Rockwell:
- Dispositivos estacionarios "Metrotest" modelo "ITR", por ejemplo, "ITR-60/150-M".
- Qness GmbH modelo Q150R.
- Dispositivo estacionario automatizado TIME Group Inc modelo TH300.
Metodología de prueba
La investigación requiere una cuidadosa preparación. Al determinar la dureza de los metales por el método Rockwell, la superficie de la muestra debe estar limpia, sin grietas ni escamas. Es importante verificar constantemente si la carga se aplica perpendicularmente a la superficie del material y si es estable sobre la mesa.
La huella al empujar el cono debe ser de al menos 1,5 mm, y al empujar la bola, más de 4 mm. Para cálculos efectivos, la muestra debe ser 10 veces más gruesa que la profundidad de penetración del penetrador después de retirar la carga principal. Además, se deben realizar al menos 3 pruebas de una muestra, después de lo cual se debe promediar los resultados.
Pasos de prueba
Para que el experimento tenga un resultado positivo y un pequeño error, debe seguir el orden de su realización.
Etapas del experimento sobre el método de determinación de la dureza porRockwell:
- Determina la elección de la escala.
- Instale el indentador requerido y cargue.
- Realice dos impresiones de prueba (no incluidas en los resultados) para corregir la instalación del dispositivo y la muestra.
- Coloque el bloque de referencia en la mesa del instrumento.
- Pruebe la precarga (10 kgf) y reinicie la báscula.
- Aplicar la carga principal, esperar los máximos resultados.
- Retire la carga y lea el valor recibido en el dial.
Las reglamentaciones permiten la prueba de una muestra cuando se prueban productos en masa.
Lo que afectará la precisión
Al realizar cualquier prueba, es importante tener en cuenta muchos factores. La detección de dureza Rockwell también tiene sus propias características.
Factores a los que prestar atención:
- El espesor de la pieza de prueba. Está prohibido por las reglas del experimento usar una muestra que sea menos de diez veces la profundidad de penetración de la punta. Es decir, si la profundidad de penetración es de 0,2 mm, entonces el material debe tener al menos 2 cm de espesor.
- Debe haber una distancia entre las impresiones en la muestra. Tiene tres diámetros entre los centros de las impresiones cercanas.
- Se debe tener en cuenta el posible cambio en los resultados del experimento en el dial, dependiendo de la posición del investigador. Es decir, la lectura del resultado debe realizarse desde un único punto de vista.
Propiedades mecánicas en ensayosfuerza
Relacione y explore las características de resistencia de los materiales y los resultados de las pruebas de dureza mediante el método de dureza Rockwell obtenidos por científicos de materiales como Davidenkov N. N., Markovets M. P. y otros.
Según los resultados de la prueba de dureza de indentación, se aplican métodos para calcular el límite elástico. Esta relación se calcula para aceros inoxidables con alto contenido de cromo que se han sometido a múltiples tratamientos térmicos. El valor de desviación promedio, al usar un indentador de diamante, fue solo de +0.9%.
También se están realizando investigaciones para determinar otras propiedades mecánicas de los materiales relacionadas con la dureza. Por ejemplo, resistencia a la tracción (o resistencia a la tracción), resistencia real a la fractura y contracción relativa.
Métodos alternativos para determinar la dureza
La medición de la dureza no solo es posible mediante el método Rockwell. Considere los puntos principales de cada método y sus diferencias. Prueba de carga estática:
- Muestras de estudio. Los métodos de Rockell y Vickers permiten probar materiales relativamente blandos y de alta resistencia. El método Brinell está diseñado para estudiar metales más blandos con una dureza de hasta 650 HBW. El método Super-Rockwell permite realizar pruebas de dureza con cargas bajas.
- GOST. El método Rockwell cumple con 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.
- Durómetros. Los dispositivos de los investigadores de Rockwell y Shore son simplesuso y pequeño tamaño. El equipo Vickers permite realizar pruebas en especímenes muy delgados y pequeños.
Los experimentos bajo presión dinámica se llevaron a cabo según el método de Martel, Poldi, utilizando el probador de impacto vertical Nikolaev, el dispositivo de resorte Schopper y Bauman y otros.
La dureza también se puede medir rascando. Dichas pruebas se llevaron a cabo utilizando una lima Barb, microcaracterizadores Monters, Hankins, Birbaum y otros.
A pesar de sus deficiencias, el método Rockwell se usa ampliamente para las pruebas de dureza en la industria. Es fácil de realizar, principalmente por el hecho de que no es necesario medir la impresión bajo un microscopio y pulir la superficie. Pero al mismo tiempo, el método no es tan preciso como los estudios propuestos por Brinell y Vickers. La dureza, medida de diferentes maneras, tiene una dependencia. Es decir, las unidades efectivas de Rockwell se pueden convertir a unidades Brinell. A nivel legislativo existen normativas como la ASTM E-140 que comparan valores de dureza.
