🔩 Twardość Rockwella metali — pomiar trwałego przyrostu głębokości odcisku (skale A, B, C i superficial)

Materiały i NDT PN-EN ISO 6508-1

Przegląd

Norma określa metodę pomiaru twardości sposobem Rockwella w skalach zwykłych A, B, C, D, E, F, G, H, K oraz w skalach superficial 15N, 30N, 45N, 15T, 30T i 45T, dla materiałów metalowych; ma zastosowanie do twardościomierzy stacjonarnych i przenośnych. Piąte wydanie ISO 6508-1:2023 zastępuje wydanie z 2016 r.; zmiany objęły m.in. usunięcie uwagi o kulkach ze stali i wolframu, dodanie rozdziału z terminami oraz informacji o jednoczęściowych wgłębnikach z kulistym wierzchołkiem.

Poszczególne skale różnią się rodzajem wgłębnika, siłami i zakresem stosowania: HRA (stożek diamentowy, 588,4 N, 20–95 HRA), HRBW (kulka 1,5875 mm, 980,7 N, 10–100 HRBW), HRC (stożek diamentowy, 1,471 kN, 20–70 HRC, z możliwością rozszerzenia do 10 HRC przy polerowanych powierzchniach stożka i wierzchołka), HRD, HREW, HRFW, HRGW, HRHW, HRKW. Skale superficial pracują z siłą wstępną 29,42 N i siłami całkowitymi 147,1 N, 294,2 N lub 441,3 N i mają stałą skalowania 0,001 mm zamiast 0,002 mm.

W ćwiczeniach Politechniki Lubelskiej pomiar wykonuje się na twardościomierzu Rockwella (typ KP-15001) na próbkach stali po hartowaniu i odpuszczaniu, po obróbce cieplno-chemicznej (nawęglanie, węgloazotowanie, chromowanie dyfuzyjne), na cienkich taśmach stalowych i twardych stopach odlewniczych; wybór skali (A, B, C lub F) zależy od grubości próbki i przewidywanej twardości.

Zasada metody

Wgłębnik o określonym rozmiarze, kształcie i materiale wciska się w powierzchnię próbki przy dwóch poziomach siły. Najpierw przykłada się siłę wstępną F0 i mierzy początkową głębokość odcisku, następnie przykłada się i zdejmuje siłę dodatkową, wracając do siły wstępnej, po czym mierzy się końcową głębokość odcisku. Twardość Rockwella wyznacza się z różnicy h między końcową a początkową głębokością odcisku oraz dwóch stałych: pełnego zakresu N i stałej skalowania S, ze wzoru H = N − h/S. Dla skal zwykłych z wgłębnikiem diamentowym twardość = 100 − h/0,002, dla skal z kulką = 130 − h/0,002, a dla skal superficial = 100 − h/0,001.

Zastosowania

• Szybka kontrola twardości stali, staliwa i metali nieżelaznych w produkcji i odbiorze
• Ocena efektów hartowania, odpuszczania i obróbki cieplno-chemicznej
• Badanie cienkich taśm i blach (skale superficial 15T, 30T, 45T)
• Pomiary twardościomierzami przenośnymi na elementach wielkogabarytowych
• Przeliczanie twardości na inne skale i szacowanie wytrzymałości na rozciąganie (tablice porównawcze)

Kluczowe parametry

Norma

Numer normy

PN-EN ISO 6508-1:2024-06

Tytuł (PL)

Metale — Pomiar twardości sposobem Rockwella — Część 1: Metoda badania

Title (EN)

Metallic materials — Rockwell hardness test — Part 1: Test method

Procedura krok po kroku

1. Przygotowanie powierzchni

   Badać powierzchnię płaską i gładką, bez zgorzeliny, zanieczyszczeń i smarów. Wyjątkiem są metale reaktywne, np. tytan, który może przywierać do wgłębnika — dopuszczalny odpowiedni smar (np. nafta), fakt jego użycia podaje się w sprawozdaniu. Przygotowanie ma minimalizować zmianę twardości przez nagrzanie lub zgniot.

2. Dobór skali

   Wybrać skalę (np. A, B, C lub F) zależnie od grubości próbki lub warstwy i przewidywanej twardości; sprawdzić minimalną grubość w załączniku B, ustalić rodzaj wgłębnika, siłę całkowitą oraz minimalne odległości między odciskami i od brzegu próbki.

3. Sprawdzenie dzienne

   Przed pierwszym badaniem każdego dnia wykonać sprawdzenie wg załącznika E dla każdej używanej skali; stan wgłębników diamentowych sprawdzać wg załącznika F. Po każdej zmianie wgłębnika, kulki lub podpory wykonać co najmniej dwa pomiary i odrzucić wyniki, a następnie powtórzyć sprawdzenie dzienne.

4. Ustawienie próbki

   Umieścić próbkę na sztywnej podporze tak, aby badana powierzchnia była prostopadła do osi wgłębnika i linii działania siły; wyroby walcowe podeprzeć na pryzmach. Zwrócić uwagę na osadzenie i współosiowość wgłębnika, próbki i uchwytu — odchylenie od prostopadłości zafałszowuje wynik.

5. Siła wstępna

   Doprowadzić wgłębnik do kontaktu z powierzchnią bez uderzenia, drgań, oscylacji i przeciążenia i przyłożyć siłę wstępną F0; czas jej działania 3 s (od 1 s do 4 s). Zmierzyć początkową głębokość odcisku.

   ⏱ Czas: 3 s

6. Siła całkowita i odczyt

   Przyłożyć siłę dodatkową do osiągnięcia siły całkowitej, następnie ją zdjąć, wracając do siły wstępnej, i zmierzyć końcową głębokość odcisku; twardość obliczana jest ze wzoru H = N − h/S.

7. Liczba odcisków

   Wykonać co najmniej trzy pomiary próbne, a następnie po 3 odciski na każdej próbce; wyniki zestawić w tablicy (praktyka ćwiczeń Politechniki Lubelskiej).

8. Poprawki i porównania

   Przy badaniu wypukłych powierzchni walcowych i sferycznych uwzględnić poprawki z załączników C i D normy; w razie potrzeby porównać wyniki z twardością Vickersa i Brinella wg tablic porównawczych.

Wymagany sprzęt i aparatura

Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)

• Wysokie siły obciążające (do 1,471 kN) — nie trzymać palców przy wgłębniku, próbki mocować pewnie
• Wyroby walcowe na pryzmach mogą się obrócić — zabezpieczyć przed przetoczeniem
• Szlifowanie próbek: pył i iskry — okulary ochronne, odciąg
• Odpryski przy badaniu materiałów kruchych (węgliki, hartowane stale) — osłona stanowiska

Najczęstsze pytania