בדיקת קשיות רוקוול והשפעת הטיפול על פלדה

בדיקת קשיות היא בדיקה פשוטה וזולה יחסית. מהיר יותר ופחות הרסני מבדיקות מתיחה, הוא נחשב לאחת הבדיקות המכניות החשובות ביותר הזמינות למהנדסים.

ערכי בדיקת הקשיות הם אמפיריים, ובכל זאת התוצאות מספקות מתאם טוב מאוד עם חוזק החומר על פני מגוון רחב של חומרים. כאשר מופעל כוח ידוע בבדיקת קשיות, כמות העיוות הפלסטי שעובר החומר קובעת את ערך הקשיות.

בבדיקות מסוג רוקוול, כניסות טעונות בגדלים וצורות שונות מודדות קשיות. לצורך ניסוי זה, נמדוד ונשווה את הקשיות של פלדה לא מטופלת ומטופלת בחום באמצעות מבחן הקשיות של רוקוול.

מספר שיטות נפוצות למדידת קשיות מתכות כוללות את Brinell, Vickers, Knoop ו-Rockwell Hardness BNC. כל אחת מהשיטות הללו משתמשת בחודר, בצורת כדור, חרוט או פירמידת יהלום.

כניסה נעשית על פני המתכת ומוצגת קריאת קשיות. מבין רשימה זו, מבחן הקשיות של רוקוול הוא הפופולרי ביותר עבור פלדות מבניות. בודק רוקוול ידני סטנדרטי מורכב ממערכת מנוף להפעלת העומס וקריאה אנלוגית המציגה את מספר הקשיות.

במבחן רוקוול הטיפוסי, נקבעת נקודת אפס כדי להסביר שינויים על פני השטח על ידי הפעלת עומס ראשוני ומדידת עומק חדירה ראשוני. לאחר מכן, העומס העיקרי מופעל על הנכנס. לבסוף, העומס מוסר ונמדד עומק החדירה הסופי. מד החוגה בחלק העליון של המכונה משתמש בהפרש בין שני הערכים הללו כדי להציג ערך קשיות רוקוול. ככל שהחומר קשה יותר, כך הכניסה תחדור פחות, וכתוצאה מכך ערך קשיות רוקוול גבוה יותר. לפיכך, הערכים לקשיות Rockwell B ו- Rockwell C מבוססים על עומק החדירה, ולכן מכונות הבדיקה מכוילות לרוב באמצעות בלוקי בדיקת כיול לטווחי קשיות ספציפיים.

ניתן להשתמש בבדיקת קשיות רוקוול כדי להעריך כיצד חוזק החומר משתנה באמצעות תהליכים כגון טיפול בחום או גלגול קר. גלגול קר נוטה לגרום לחומרים חזקים וקשים יותר. טיפול בחום יכול לגרום לחומרים רכים יותר באמצעות חימום אך מבנים קשים יותר באמצעות מרווה.

לדוגמה, במבחן Jominy End Quench, דגימה גלילית מחוממת באופן אחיד. לאחר מכן מרווה קצה אחד בזרם מים. ניתן לראות שינויים לאורך הדגימה מהקצה המרווה לקצה הלא מרווה בערכי קשיות, המייצגים שינויים במיקרו-מבנה.

בסעיף הבא, נמדוד את הקשיות לאורך דגימת מבחן מרווה של Jominy End מפלדה כדי לצפות במעבר מפלדה לא מטופלת לפלדה שטופלה בחום באמצעות מבחן הקשיות של רוקוול.

לפני שתתחיל, הכירו את מכונת הבדיקה. הסדן, שניתן להעלות או להוריד על ידי גלגל היד של הקפסטן, תומך בדגימה מתחת לכניסה הניתנת להחלפה.

עומס בדיקה נבחר באמצעות הבורר בצד המכונה ומופעל על ידי סיבוב ידית העומס ממצב הפריקה למצב הטעינה. הטעינה המוקדמת והמדידות הסופיות הנכונות נקבעות באמצעות מד החוגה בחלק העליון של המכונה.

לפני הכנסת דגימת הבדיקה שלך, ודא כי חרוט היהלום של Rockwell C מותקן ועומס הבדיקה מוגדר ל-150 קילוגרם. אבטח את הדגימה במכונה עם המשטח השטוח כנגד הסדן. לצורך הדגמה זו, נשתמש בדגימה של Jominy End Quenched שעברה טיפול בקירור מים.

העבר את ידית העומס למצב הפריקה, ולאחר מכן הרם את הסדן כדי לקרב את הדגימה לשקע. כוונן את מיקום הדגימה כך שהשקע יהיה אחד משש עשרה אינץ' מהקצה. כאשר המיקום נכון, אבטח מחדש את הדגימה כך שהיא לא תזוז במהלך הבדיקה. כעת, הרם את הדגימה שוב עד שהמחט בחוגה הקדמית מתחילה לנוע מעט, מה שמצביע על כך שנוצר מגע עם הכניסה לשקע.

החל את העומס המקדים על ידי המשך הרמה איטית של הדגימה עד שהמחט על החוגה השלימה שלושה סיבובים מלאים. עצור כאשר המחט השלימה את הסיבוב השלישי. כוונן את הטבעת החיצונית של מד החוגה כך שהקריאה הראשונית תהיה אפס. לאחר מכן העבר את ידית העומס למצב הטעינה כדי להפעיל את עומס הבדיקה. המחט תתייצב לערך חדש עם הפעלת העומס. המתן עד שהוא יפסיק לנוע ולאחר מכן הזז את ידית המטען בחזרה למצב הפריקה.

רשום את קשיות Rockwell C ממד החוגה ולאחר מכן הורד את הסדן כדי להרחיק את הדגימה מהכניסה. חזור על בדיקה זו לאורך הדגימה. הנחיות ASTM-A255 מציינות כי יש לבצע קריאות במרווחים של 16 אינץ' עבור חצי האינץ' הראשון ובמרווחים של שמינית אינץ' עבור חצי האינץ' הבא.

שרטט את קשיות רוקוול של הדגימה כפונקציה של מיקום לאורך הדגימה. הקשיות פוחתת בבירור ככל שהמרחק מהקצה המרווה גדל.

מבחן הקשיות של רוקוול שימש כדי להראות כי בשל קצב הקירור, השינוי במבנה הפנימי של החומר השפיע על קשיות החומר, מה שבתורו מעיד על חוזק החומר.

כעת, לאחר שאתה מעריך את מבחן הקשיות על קלות השימוש בו, בואו נסתכל כיצד הוא מיושם כדי להבטיח את איכות המוצרים היומיומיים.

ניתן להמיר בקלות ערכי קשיות לערכי חוזק באמצעות תרשימים הנגזרים ממשוואות אמפיריות. כצפוי, לחומרים רכים יותר יש ערכי חוזק נמוכים יותר ולחומרים קשים יותר יש ערכי חוזק גבוהים יותר. בגלל זה, ניתן להשתמש בערכי קשיות במקום בדיקות מתיחה יקרות יותר כדי לחזות את חוזק הדברים שאנו משתמשים בהם מדי יום.

רק להסתכל סביב על מנגל בחצר האחורית, תראה מוצרים רבים הנחשבים בטוחים עקב בדיקות קשיות. כסאות דשא ממתכת, סורגים על הגריל במגוון רחב של טמפרטורות, סכיני פלדה מוקשחים וסולם הבריכה המתכתי בתנאי מים. סביר להניח שכולם נבדקו כדי להבטיח את בטיחות הצרכן.

זה עתה צפיתם בהקדמה של JoVE למבחן הקשיות של רוקוול. כעת עליך להבין מדוע נעשה שימוש נפוץ בבדיקת קשיות, כיצד לבצע בדיקות קשיות וכיצד לנתח את התוצאות המתקבלות.

תודה שצפית!