Método Rockwell

El método Rockwell [1]  es un método de ensayo no destructivo de la dureza de los materiales. Se basa en medir la profundidad de penetración de una punta dura, llamada indentador, en el material en estudio al aplicar la misma carga para cada escala de dureza. Dependiendo de la báscula, suele ser de 60, 100 y 150 kgf .

Como indentadores en el método, se utilizan bolas fuertes y conos de diamante con un ángulo de vértice de 120° con un extremo afilado redondeado.

Debido a su simplicidad, velocidad en comparación con otros métodos y reproducibilidad de los resultados, es uno de los métodos más comunes para probar la dureza de los materiales.

Historia

La medición de la dureza por la profundidad relativa de penetración del indentador fue propuesta en 1908 por el profesor vienés Ludwig ( Ludwig ) en el libro " Die Kegelprobe " (literalmente "prueba del cono") [2] .

El método para determinar la profundidad de penetración relativa de un indentador, propuesto por Hugh y Stanley Rockwell, eliminó los errores asociados con las imperfecciones mecánicas del sistema de medición, como la holgura , los defectos superficiales y la contaminación de la superficie de los materiales y piezas probados.

El probador de dureza Rockwell, un instrumento para determinar la profundidad de penetración relativa, fue inventado por los nativos de Connecticut Hugh M. Rockwell (1890-1957) y Stanley P. Rockwell (1886-1940). La necesidad de este dispositivo fue causada por la necesidad de determinar rápidamente los resultados del tratamiento térmico de las jaulas de rodamientos de bolas de acero . El método Brinell , inventado en 1900 en Suecia, era lento, inaplicable a los aceros endurecidos y dejaba una huella demasiado grande para ser considerado un método de ensayo no destructivo .

Presentaron una solicitud de patente para el nuevo dispositivo el 15 de julio de 1914; luego de su consideración, se emitió la patente No. 1294171 con fecha 11 de febrero de 1919 [3] .

En el momento de la invención, Hugh y Stanley Rockwell (no relacionados directamente) eran empleados de New Departure Manufacturing ( Bristol , Connecticut). New Departure , anteriormente un importante fabricante de cojinetes de bolas, pasó a formar parte de United Motors en 1916 y luego de General Motors Corporation .

Después de dejar la compañía de Connecticut, Stanley Rockwell se mudó a Syracuse , Nueva York , y el 11 de septiembre de 1919 solicitó una mejora sobre la invención original, que fue aprobada el 18 de noviembre de 1924. El nuevo dispositivo también fue patentado con el número 1516207 [4] [5] . En 1921, Rockwell se mudó a West Hartford , Connecticut, donde propuso nuevas mejoras [5] .

En 1920, Stanley Rockwell se asoció con el fabricante de instrumentos Charles H. Wilson de Wilson-Mauelen Company para comercializar la invención y desarrollar máquinas de prueba estandarizadas [6] .

Alrededor de 1923, Stanley Rockwell fundó la compañía Stanley P. Rockwell , una empresa de tratamiento térmico que todavía existe en Hartford , Connecticut . Rebautizada como Wilson Mechanical Instrument Company , cambió de manos unos años más tarde. En 1993, la empresa fue adquirida por Instron Corporation .

Escalas de dureza Rockwell

Las normas estandarizan 11 escalas para determinar la dureza según el método Rockwell ( A; B; C; D; E; F; G; H; K; N; T ), estas escalas se diferencian en el tipo de penetrador, carga de prueba y constantes en la fórmula para calcular la dureza a partir de las mediciones de los resultados [7] .

Lo más común es utilizar dos o tres indentadores: una bola esférica de carburo de tungsteno o acero endurecido para herramientas de 1/16" (1,5875 mm) , o una bola de 1/8" de diámetro y una punta de diamante cónica de 120°. Los estándares prevén, según la escala 3, cargas fijas al indentar el penetrador: 60, 100 y 150 kgf.

El valor numérico de la dureza está determinado por la fórmula, cuyos coeficientes dependen de la escala. Para reducir el error de medición, la diferencia relativa en la profundidad de penetración del penetrador se toma del estado de la superficie bajo prueba cuando se aplican las cargas principal y preliminar (10 kgf) (ver figura).

Para la dureza Rockwell se utiliza la abreviatura HR , indicando la 3ª letra la escala en la que se realizaron los ensayos ( HRA , HRB , HRC , etc. hasta HRT ). Por ejemplo, HRC 64.

Las escalas de dureza Rockwell más utilizadas
Escala indentador Carga, kgf
PERO Cono de diamante con ángulo de vértice de 120° 60
A Bola de carburo de tungsteno de 1/16" (o acero endurecido) 100
DE Cono de diamante con ángulo de vértice de 120° 150

Fórmulas para determinar la dureza

Cuanto más duro sea el material, menor será la profundidad de penetración de la punta en él. Para que a mayor dureza del material no se obtenga un número de dureza Rockwell menor, la dureza viene determinada por la fórmula:

donde la diferencia  es la diferencia entre las profundidades de inmersión del penetrador después de retirar la carga principal y antes de su aplicación (bajo precarga) en mm,  son constantes que dependen de la escala Rockwell específica (ver tabla).

Por lo tanto, la dureza Rockwell es una cantidad adimensional .

Las escalas Rockwell más utilizadas [8]
Escala Abreviatura Carga de prueba Tipo de penetrador Área de aplicación norte s
A HRA 60 kgf Diamante esférico de 120° * carburo de wolframio 100 0,002 mm
B HRB 100 kgf Diámetro 1⁄16 pulg. (1,588 mm)
acero, esférico		 Aleaciones de aluminio , bronce ,
aceros dulces 		130 0,002 mm
C CDH 150 kgf Diamante esferocónico de 120° Aceros duros
con HRB > 100 		100 0,002 mm
D DDH 100 kgf Diamante esferocónico de 120° 100 0,002 mm
mi EDH 100 kgf Diámetro 1⁄8 pulg. (3,175 mm)
acero, esférico 		130 0,002 mm
F HRF 60 kgf Diámetro 1⁄16 pulg. (1,588 mm)
acero, esférico 		130 0,002 mm
GRAMO HRG 150 kgf Diámetro 1⁄16 pulg. (1,588 mm)
acero, esférico 		130 0,002 mm
* Radio de redondeo esférico de la parte superior del cono 0,2 mm

Metodología para probar el probador industrial de dureza Rockwell

Factores que afectan la precisión de la medición

Comparación de escalas de dureza

La simplicidad del método Rockwell (principalmente la ausencia de la necesidad de medir el diámetro de la indentación) ha llevado a su uso generalizado en la industria para probar la dureza. Además, no se requiere una alta pureza de la superficie medida, por ejemplo, la desventaja de los métodos de Brinell y Vickers es la necesidad de medir el tamaño de la huella usando un microscopio y requiere un pulido de la superficie.

La desventaja del método Rockwell es su menor precisión en comparación con los métodos Brinell y Vickers .

Existe una correlación entre los valores de dureza medidos por diferentes métodos (por ejemplo, ver figura - conversión de unidades de dureza HRB a dureza Brinell para aleaciones de aluminio ). La dependencia es no lineal. Existen documentos normativos que comparan valores de dureza medidos por diferentes métodos (por ejemplo, ASTM E-140 ).

Evaluación de propiedades mecánicas mediante ensayos de dureza

El valor de la dureza Rockwell está asociado con otras características de resistencia de las sustancias. Esta conexión fue estudiada por científicos de materiales como N. N. Davidenkov , M. P. Markovets y otros.

Por ejemplo, a partir de los resultados de una prueba de dureza por indentación, se puede determinar el límite elástico de una sustancia. Para los aceros inoxidables con alto contenido de cromo después de varios modos de tratamiento térmico , la desviación de los resultados obtenidos por este método con respecto a los métodos destructivos fue solo del +0,9 %. .

También se ha investigado la relación entre los valores de dureza y otras propiedades de resistencia a la tracción , como la resistencia a la tracción (resistencia a la tracción), la relación de corte y la resistencia a la fractura real.

Véase también

Notas

  1. ↑ Énfasis en la frase "método Rockwell" . Consultado el 28 de septiembre de 2021. Archivado desde el original el 28 de septiembre de 2021.
  2. ↑ Kehl GL Los principios de la práctica de laboratorio metalográfico, 3.ª edición, McGraw-Hill Book Co., 1949, p. 229.
  3. ↑ HM Rockwell & SP Rockwell Hardness-Tester, Patente de EE. UU. 1294171, febrero de 1919.
  4. ↑ SP Rockwell La prueba de dureza de los metales // Transacciones de la Sociedad Estadounidense para el Tratamiento del Acero, vol. II, núm. 11, agosto de 1922, pág. 1013-1033.
  5. ↑ 1 2 Máquina de prueba de dureza S. P. Rockwell , patente de EE. UU. 1516207, noviembre de 1924.
  6. ↑ Lysaght V.E. Indentation Durness Testing, Reinhold Publishing Corp., 1949, p. 57-62.
  7. ↑ ISO 6508-1:2005. materiales metálicos. prueba de dureza Rockwell. Parte 1: Método de prueba (escalas A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T)
  8. ↑ Smith, William F. & Hashemi, Javad (2001), Fundamentos de ciencia e ingeniería de materiales (4.ª ed.), McGraw-Hill, p. 229, ISBN 0-07-295358-6 

Literatura

Documentos normativos