Rockwell hardheidstest en het effect van behandeling op staal

Hardheidtesten is een eenvoudige en relatief goedkope test. Sneller en minder destructief dan trekproeven, het wordt beschouwd als een van de meest universeel waardevolle mechanische tests die beschikbaar zijn voor ingenieurs.

Hardheidtestwaarden zijn empirisch en toch bieden de resultaten een zeer goede correlatie met de materiaalsterkte over een breed scala aan materialen. Wanneer een bekende kracht wordt toegepast in een hardheidstest, bepaalt de hoeveelheid plastische vervorming die het materiaal ondergaat de hardheidswaarde.

Bij Rockwell-type testen meten geladen indenter van verschillende groottes en vormen de hardheid. Voor dit experiment zullen we de hardheid van onbehandeld en warmtebehandeld staal meten en vergelijken met behulp van de Rockwell hardheidstest.

Meerdere gangbare methoden om de hardheid van metalen te meten zijn Brinell, Vickers, Knoop en Rockwell hardheid BNC. Elke methode maakt gebruik van een penetrator, hetzij in de vorm van een bol, een kegel of een diamantpiramide.

Er wordt een indruk gemaakt in het oppervlak van een metaal en een hardheidswaarde wordt weergegeven. Van deze lijst is de Rockwell hardheidstest de meest populaire voor constructiestalen. Een standaard handmatige Rockwell tester bestaat uit een hefboomsysteem om de belasting toe te passen en een analoog display dat het hardheidsnummer toont.

In de typische Rockwell test wordt een nulpunt vastgesteld om rekening te houden met oppervlakteverschillen door het toepassen van een voorbelasting en het meten van een initiële penetratiediepte. Vervolgens wordt de hoofdbelasting toegepast op de indenter. Ten slotte wordt de belasting verwijderd en wordt de uiteindelijke penetratiediepte gemeten. Het draaisel op de bovenkant van de machine gebruikt het verschil tussen deze twee waarden om een Rockwell hardheidswaarde weer te geven. Hoe harder het materiaal is, hoe minder de indenter zal penetreren, resulterend in een hogere Rockwell hardheidswaarde. Dus, de waarden voor Rockwell B en Rockwell C hardheid zijn gebaseerd op de diepte van de penetratie en daarom worden de testmachines vaak gekalibreerd met behulp van kalibratietestblokken voor specifieke hardheidsbereiken.

Rockwell hardheidstesten kunnen worden gebruikt om te evalueren hoe de sterkte van een materiaal verandert door processen zoals warmtebehandeling of koudgewalst. Koudwalsen leidt meestal tot sterkere, hardere materialen. Warmtebehandeling kan leiden tot zachtere materialen door verhitting, maar hardere structuren door temperen.

Bijvoorbeeld, in de Jominy End Quench Test wordt een cilindrisch monster gelijkmatig verwarmd. Een uiteinde wordt vervolgens geblust met een stroom water. Veranderingen langs de lengte van het monster van het gebluste uiteinde tot het ongebluste uiteinde kunnen worden gezien in hardheidswaarden, die representatief zijn voor veranderingen in de microstructuur.

In de volgende sectie zullen we de hardheid langs de lengte van een stalen Jominy End Quench Test monster meten om de overgang van onbehandeld naar warmtebehandeld staal te observeren met behulp van de Rockwell hardheidstest.

Voordat u begint, maakt u kennis met de testmachine. De aambeeld, die kan worden opgetild of verlaagd door de capstan handwiel, ondersteunt een monster onder de verwisselbare indenter.

Een testbelasting wordt gekozen met behulp van de selector aan de zijkant van de machine en wordt toegepast door de belastingshendel van de ontlaadde positie naar de laadpositie te draaien. Correcte voorbelasting en uiteindelijke metingen worden bepaald met behulp van het draaisel op de bovenkant van de machine.

Voordat u uw testmonster inbrengt, bevestigt u dat de Rockwell C diamant kegel indenter is geïnstalleerd en de testbelasting is ingesteld op 150 kilogram. Bevestig het monster in de machine met de platte kant tegen de aambeeld. Voor deze demonstratie gebruiken we een Jominy End Geklonken specimen dat een waterkoelingsbehandeling heeft ondergaan.

Verplaats de belastingshendel naar de ontlaadde positie en til vervolgens de aambeeld op om het monster dicht bij de indenter te brengen. Pas de monsterpositie aan zodat de indenter een zesde van een inch van het uiteinde is. Wanneer de positie correct is, bevestig het monster opnieuw zodat het tijdens het testen niet zal bewegen. Verhoog nu de monster nogmaals totdat de naald op de voorkant van de meter begint te bewegen, wat aangeeft dat contact met de indenter is gemaakt.

Breng de voorbelasting aan door het monster langzaam te blijven verhogen totdat de naald op de meter drie volledige rondes heeft gemaakt. Stop wanneer de naald de derde rondes heeft voltooid. Pas de buitenring van het draaisel aan zodat de beginwaarde nul is. Beweeg vervolgens de belastingshendel naar de laadpositie om de testbelasting toe te passen. De naald zal zich op een nieuwe waarde nestelen terwijl de belasting wordt toegepast. Wacht totdat het stopt met bewegen en beweeg vervolgens de belastingshendel terug naar de ontlaadde positie.

Noteer de Rockwell C hardheid van het draaisel en verlaag vervolgens de aambeeld om het monster van de indenter weg te verplaatsen. Herhaal deze test langs de lengte van het monster. De ASTM-A255 richtlijnen specificeren dat metingen moeten worden genomen met intervallen van een zesde van een inch voor de eerste halve inch en met intervallen van een achtste van een inch voor de volgende halve inch.

Plot de Rockwell hardheid van het monster als functie van de positie langs het monster. De hardheid neemt duidelijk af naarmate de afstand tot het gebluste uiteinde toeneemt.

De Rockwell hardheidstest werd gebruikt om te laten zien dat als gevolg van de koelsnelheid, de verandering in de interne structuur van het materiaal de hardheid van het materiaal beïnvloedde, wat op zijn beurt de sterkte van het materiaal aangeeft.

Nu u de hardheidstest waardeert vanwege zijn gebruiksgemak, laten we eens kijken hoe deze wordt toegepast om de kwaliteit van alledaagse producten te garanderen.

Hardheidswaarden kunnen eenvoudig worden omgezet in sterktewaarden met behulp van grafieken die zijn afgeleid van empirische vergelijkingen. Zoals verwacht, hebben zachtere materialen lagere sterktewaarden en hardere materialen hebben hogere sterktewaarden. Hierdoor kunnen hardheidswaarden worden gebruikt in plaats van duurdere trekproeven om de sterkte van dingen die we dagelijks gebruiken te voorspell