Rockwelli kõvadus

Rockwelli kõvadus ehk Rockwelli skaala on kõvadusskaala, mis põhineb materjali taandumiskindlusel. Rockwelli test mõõdab otsaku sisselõike sissetungimissügavust suure koormuse all võrreldes eelkoormusega.^[1] Ühe tähega tähistatud skaalasid on erinevaid, mis kasutavad erinevaid koormusi või sisselõikeid. Tulemuseks on mõõtmeteta arv, mida tähistatakse kui HRA, HRB, HRC jne, kus viimane täht on vastav Rockwelli skaala (vt allpool). Metallide katsetamisel korreleerub otsaku kõvadus lineaarselt tõmbetugevusega.^[2]

Ajalugu

Kõvaduse mõõtmise süvendi põhjal pakkus 1908. aastal välja Viini professor Paul Ludwik oma raamatus „Die Kegelprobe”.^[3] Diferentsiaalse sügavuse meetod eemaldas süsteemi mehaanilised puudused, näiteks tagasilöögi ja pinnaga seotud vead. Rootsis leiutatud Brinelli kõvaduskatse töötati välja varem – aastal 1900. See oli aeglane, ei saanud kasutada täielikult kõvastunud terasel ning jättis liiga suure süvendi.

Hugh M. Rockwell (1890–1957) ja Stanley P. Rockwell (1886–1940) Ameerika Ühendriikidest leiutasid erineva sügavusega diferentsiaalmasina „Rockwelli kõvaduse tester“. Nad taotlesid patenti 15. juulil 1914.^[4] Selle testri ülesanne oli kiiresti kindlaks teha kuumtöötluse mõju terasest laagritele. Patendi taotlus kiideti heaks 11. veebruaril 1919. Leiutamise ajal töötasid nii Hugh kui ka Stanley Rockwell New Departure Manufacturing Co., Bristol, CT-s.^[5] New Departure oli kuullaagrite tootja, millest sai 1916. aastal United Motors ja varsti pärast seda General Motors Corp.

Pärast lahkumist Connecticuti ettevõttest taotles Stanley Rockwell Syracuse'is, New Yorgis, 11. septembril 1919 täiustatud kõvaduse testeri patenti, mis kiideti heaks 18. novembril 1924. Rockwell kolis West Hartfordi ja tegi täiendava paranduse oma leiutisele 1921. aastal.^[6]^[7] Stanley Rockwell tegi 1920. aastal koostööd Wilson-Mauelen Company tööristade tootja Charles H. Wilsoniga, et oma leiutist turustada ja töötada välja standardiseeritud testimismasinad.^[8] Stanley asutas 1923. aastal termotöötlusettevõtte, "Stanley P. Rockwell Company" , mis eksisteerib endiselt Hartfordis. Hiljem nimetatud "Wilson Mechanical Instrument Company" on aastate jooksul omanikku vahetanud ning selle omandas Instron Corp. 1993. aastal.^[9]

Rockwelli kõvaduse testerite klassifikatsioonid Rockwelli skaalade põhjal

Rockwelli kõvaduse tester: HRA, HRB, HRC^[10]

Pindmine Rockwelli kõvaduse tester: 15N, 30N, 45N, 15T, 30T, 45T, 15W, 30W, 45W, 15X, 30X, 45X, 15Y, 30Y, 45Y

Plastmassi Rockwelli kõvaduse tester: HRE, HRL, HRM

Kaksik Rockwelli kõvaduse tester: HRA, HRB, HRC,15N, 15T, 15W, 15X, 15Y, 30N, 30T, 30W, 30X, 30Y, 45N, 45T, 45W, 45X, 45Y^[11]

Mõõtmise teostamine

Rockwelli kõvaduse määramisel surutakse otsak kõigepealt eelkoormusega F₀ materjali pinda ning fikseeritakse asend, seda nimetatakse algpositsiooniks. Seejärel rakendatakse otsakule lisaks eelkoormusele F₀ veel põhikoormus F₁, mille tulemusena tungib otsak sügavamale materjali sisse. Lõpuks taastatakse esialgne jõud F₀ ning tulemus kuvatakse masina näidikul. Näidik võib olla nii analoog kui ka digitaalne.

Kõvadus määratakse otsiku materjali sissetungimise põhjal. Valem kõvaduse arvutamiseks on:

$HR=N-{\frac {h}{c}}$

Kus:

N – skaalale konstant (kuuli puhul N = 130, koonuse puhul N = 100);

h – otsaku sissetungimise sügavus;

c – skaalajaotis näidikult.

Rockwelli meetodit kasutatakse peamiselt metallurgias ja inseneritehnikas. Rockwelli eeliseks on tulemuste kiire, lihtne saamine. Usaldusväärsete tulemuste saamiseks tuleks ühte katsekeha vähemalt 10 korda mõõta.^[12] Lisaks tuleb seejuures vaadata, et katsekeha oleks võimalikult loodis mõõtealusel, kui katsekeha on painde või mingi muu nurga all on tulevad mõõtetulemused valed.

Mõõtkava ja väärtused

Materjalide katsetamiseks kasutatakse volframkarbiidkuul otsakut. Kuulide sisestamise korral kasutatakse volframkarbiidkuuli tähistamiseks tähte "W" ja teraskuuli puhul tähistatakse tähega "S". Nt: 70 HRBW näitab, et näit Rockwelli skaalal on 70, kasutades volframkarbiidi sisendit.

Pealiskaudsed Rockwelli skaalad kasutavad rabedatel ja väga õhukesetel materjalidel madalamaid koormusi ja madalamaid jäljendeid. 45N skaala võtab teemantkoonusekujulisele Brale süvendile 45 kg raskuse ja seda saab kasutada tihedal keraamikal. 15T skaala võtab 15-kilogrammise raskuse 1,588 mm läbimõõduga karastatud teraskuulil ja seda saab kasutada lehtmetalli peal.

B- ja C-skaala kattuvad, nii et alla HRC 20 ja üle HRB 100 loendeid peetakse ebausaldusväärseteks ja ei pea arvesse võtma.

Viited

↑ E.L. Tobolski & A. Fee, "Macroindentation Hardness Testing," ASM Handbook, Volume 8: Mechanical Testing and Evaluation, ASM International, 2000, pp. 203–211, ISBN 0-87170-389-0.
↑ "Correlation of Yield Strength and Tensile Strength with Hardness for Steels", E. J. Pavlina and C. J. Van Tyne, Journal of Materials Engineering and Performance, Volume 17, Number 6 / December 2008
↑ G.L. Kehl, The Principles of Metallographic Laboratory Practice, 3rd Ed., McGraw-Hill Book Co., 1949, lk 229.
↑ H.M. Rockwell & S.P. Rockwell, "Hardness-Tester," US Patent 1294171, Feb 1919.
↑ S.W. Kallee: Stanley Pickett Rockwell – One of the Inventors of the Rockwell Hardness Testing Machine. Retrieved on 21 November 2018.
↑ S.P. Rockwell, "The Testing of Metals for Hardness, Transactions of the American Society for Steel Treating, Vol. II, No. 11, August 1922, pp. 1013–1033.
↑ S. P. Rockwell, "Hardness-Testing Machine", US Patent 1516207, Nov 1924.
↑ V.E. Lysaght, Indentation Hardness Testing, Reinhold Publishing Corp., 1949, pp. 57–62.
↑ R.E. Chinn, "Hardness, Bearings, and the Rockwells," Advanced Materials & Processes, Vol 167 #10, October 2009, p 29-31.
↑ EBP R-150T digital Rockwell hardness tester http://www.hiebp.com
↑ EBP RSR-45/150D digital Rockwell & superficial Rockwell hardness tester http://www.hiebp.com
↑ "Fundamentals of Rockwell Hardness Testing". Originaali arhiivikoopia seisuga 29. jaanuar 2010. Vaadatud 24.04.2020.

Välislingid

[1] E.L. Tobolski & A. Fee, "Macroindentation Hardness Testing," ASM Handbook, Volume 8: Mechanical Testing and Evaluation, ASM International, 2000, pp. 203–211, ISBN 0-87170-389-0.

[2] "Correlation of Yield Strength and Tensile Strength with Hardness for Steels", E. J. Pavlina and C. J. Van Tyne, Journal of Materials Engineering and Performance, Volume 17, Number 6 / December 2008

[3] G.L. Kehl, The Principles of Metallographic Laboratory Practice, 3rd Ed., McGraw-Hill Book Co., 1949, lk 229.

[4] H.M. Rockwell & S.P. Rockwell, "Hardness-Tester," US Patent 1294171, Feb 1919.

[5] S.W. Kallee: Stanley Pickett Rockwell – One of the Inventors of the Rockwell Hardness Testing Machine. Retrieved on 21 November 2018.

[6] S.P. Rockwell, "The Testing of Metals for Hardness, Transactions of the American Society for Steel Treating, Vol. II, No. 11, August 1922, pp. 1013–1033.

[htm-7] S. P. Rockwell, "Hardness-Testing Machine", US Patent 1516207, Nov 1924.

[8] V.E. Lysaght, Indentation Hardness Testing, Reinhold Publishing Corp., 1949, pp. 57–62.

[9] R.E. Chinn, "Hardness, Bearings, and the Rockwells," Advanced Materials & Processes, Vol 167 #10, October 2009, p 29-31.

[10] EBP R-150T digital Rockwell hardness tester http://www.hiebp.com

[11] EBP RSR-45/150D digital Rockwell & superficial Rockwell hardness tester http://www.hiebp.com

[12] "Fundamentals of Rockwell Hardness Testing". Originaali arhiivikoopia seisuga 29. jaanuar 2010. Vaadatud 24.04.2020.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]