Rockwell-schaal: hardheid meten, een materiaaleigenschap
Hardheid is een eigenschap van een materiaal, geen fundamentele fysische eigenschap. Zij wordt gedefinieerd als de weerstand tegen indrukking, en wordt bepaald door de permanente diepte van de indrukking te meten. Eenvoudiger gezegd, met een vaste kracht (belasting) en een gegeven indrukker, hoe kleiner de indrukking, hoe harder het materiaal.
De hardheidswaarde van de indrukking wordt verkregen door de diepte of het gebied van de indrukking te meten met een van de 12 verschillende testmethoden. Voor meer informatie over de basis van hardheidsmeting, klik hier.
De Rockwell hardheidsmeting, zoals gedefinieerd in ASTM E-18, is de meest gebruikte hardheidsmeting. U dient een exemplaar van deze norm te verkrijgen, deze te lezen en volledig te begrijpen voordat u een Rockwell test uitvoert.
De Rockwell test is over het algemeen gemakkelijker uit te voeren en nauwkeuriger dan andere soorten hardheidsmetingen. De Rockwell testmethode wordt gebruikt op alle metalen, behalve in gevallen waar de structuur van het te testen metaal of de oppervlaktegesteldheid te veel variatie zou introduceren, waar de inkepingen te groot zouden zijn voor de toepassing, of waar de grootte of vorm van het monster het gebruik ervan verbiedt.
De Rockwell-methode meet de permanente diepte van de indrukking die wordt veroorzaakt door een kracht/belasting op een penetrator. Eerst wordt een voorafgaande testkracht (gewoonlijk aangeduid als een voorbelasting of minimale belasting) toegepast op een proefstuk met behulp van een diamant of kogelvormig indruklichaam. Deze voorbelasting gaat door het oppervlak om de effecten van de oppervlaktegesteldheid te verminderen. Na het vasthouden van de voorbelasting gedurende een bepaalde tijd, wordt de diepte van de indrukking gemeten.
Na de voorbelasting wordt een extra belasting, de hoofdbelasting genoemd, toegevoegd om de totale testbelasting te bereiken. Deze kracht wordt gedurende een vooraf bepaalde tijd (verblijftijd) vastgehouden om elastisch herstel mogelijk te maken. Deze hoofdbelasting wordt dan losgelaten, zodat de voorlopige belasting terugkeert. Nadat de voorlopige testkracht gedurende een bepaalde tijd is aangehouden, wordt de uiteindelijke diepte van de indrukking gemeten. De Rockwell hardheidswaarde wordt afgeleid van het verschil tussen de basislijnmetingen en de uiteindelijke diepte. Deze afstand wordt omgezet in een hardheidsindex. De voorlopige testbelasting (voorbelasting) varieert van 3 kgf (gebruikt in de Rockwell “Superficial” schaal) tot 10 kgf (gebruikt in de Rockwell “Regular” schaal). De totale testkrachten variëren van 15 kgf tot 150 kgf (oppervlakkig en regelmatig) tot 500 tot 3000 kgf (macrohardheid).
Hoe bereken ik de Rockwell index? Illustratie van de testmethode
- A = diepte bereikt door het indringlichaam na toepassing van de voorspanning (kleine belasting)
- B = Positie van het indringlichaam tijdens totale belasting, kleine en grote belasting
- C = Eindpositie bereikt door het indringlichaam na elastisch herstel van het proefstukmateriaal
- D = Verblijfsmeting die het verschil tussen de voorbelasting en de positie van de grote belasting weergeeft.
Deze afstand wordt gebruikt om de Rockwell-hardheidsindex te berekenen.
Verschillende typen indrukkers kunnen worden gebruikt: ruwe diamant met ronde punten voor hardere metalen, of kogelindrukkers met een diameter van 1/16″ tot ½” voor zachtere materialen.
Bij het kiezen van een Rockwell-schaal is een algemene richtlijn om de schaal te kiezen die de grootste belasting en het grootst mogelijke indringlichaam specificeert zonder de gedefinieerde bedrijfsomstandigheden te overschrijden en rekening houdend met omstandigheden die het testresultaat kunnen beïnvloeden. Deze omstandigheden omvatten specimens die onder de minimale dikte zijn voor de diepte van de indrukking, een proefindrukking die te dicht bij de rand van het specimen of een andere indrukking valt, of proeven op cilindrische specimens.
Bovendien moet de testas binnen 2 graden van de loodlijn liggen om een nauwkeurige belasting te garanderen; er mag geen doorbuiging van het proefstuk of het testapparaat zijn tijdens het uitoefenen van de belasting door omstandigheden zoals vuil onder het proefstuk of op de hefschroef. Het is belangrijk om het oppervlak schoon te houden en ontkoling door warmtebehandeling moet worden verwijderd.
Waarom de Rockwell test gebruiken om de hardheid van messen te meten?
De Rockwell-test helpt messenmakers de drie belangrijkste factoren die de kwaliteit van hun eindproduct kunnen beïnvloeden in evenwicht te brengen: hardheid, flexibiliteit en taaiheid. De juiste balans van deze drie factoren stelt hen in staat een mes te maken dat onder allerlei omstandigheden scherp blijft zonder het te beschadigen.
Koop een mes van hoge kwaliteit en je zult de duurzame kwaliteit en het gebruiksgenot ontdekken die een mes met deze goed uitgevoerde balans biedt.
Veel afkortingen, maar slechts één schaal
Er zijn veel verschillende afkortingen die een messenmaker kan gebruiken om naar de schaal te verwijzen: HR, HRc, HR C, RC, Rc, C op de Rockwell-schaal, Rockwell C-hardheidsschaal, Rockwell C-schaal…. Hoe je ook schrijft over messtalen, ze verwijzen allemaal naar dezelfde schaal (c). Dit kan verwarrend zijn, maar weet dat de waarderingen hetzelfde zijn, ongeacht hoe de messenfabrikant de schaal afkort!
Geschiedenis van de Rockwell-schaal
Stanley P. Rockwell was een metaalbewerker in een kogellagerfabriek in New England in 1919. Hij ontwikkelde zijn hardheidsschaal om de hardheid van lagerringen te meten op een snelle, nauwkeurige en herhaalbare manier.
De fabrikanten van alles van horlogeveren tot treinwielen hadden al lang behoefte aan een dergelijke test en pasten de Rockwell-schaal al snel toe op allerlei soorten stalen onderdelen en andere metalen onderdelen. Uiteindelijk werd de test aangepast om niet-metalen materialen te testen, zelfs kunststoffen.
Hoe wordt de Rockwell-hardheid gemeten?
De Rockwell-schaal meet de relatieve hardheid van een metaal. Het is gebaseerd op de diepte van de resulterende inkeping wanneer een zwaar voorwerp het raakt. Hoe test je metalen?
Eerst moet het metaal een warmtebehandeling ondergaan en perfect vlak zijn. Anders zijn de testresultaten niet nauwkeurig.
Eén methode is om met een kegel met diamanten punt op het metaal te slaan. De testers meten dan de diepte tot waar de kegel is doorgedrongen bij een bepaalde kracht. Uiteindelijk wordt deze meting omgezet in een schaal die de verschillende geteste metalen en hun verhouding tot elkaar weergeeft.
Eén van de kleine nadelen van het testen van een lemmet is dat het een kleine inkeping achterlaat op het oppervlak van het lemmet, wat sommigen zouden kunnen zien als een fout of defect. Het Rockwell-testmerk kan verborgen zijn als de test wordt uitgevoerd op een plaats die verborgen is door het handvat.
Nummers toevoegen aan deze schaal
De Rockwell-test bestaat eigenlijk uit twee tests. Bij de eerste test wordt slechts een kleine hoeveelheid druk uitgeoefend, met behulp van een diamanten punt op iets dat lijkt op een potlood in een boormachine. Dit zorgt ervoor dat het testgebied volledig vlak is en een doel vormt voor de hoofddruktest. Na deze eerste meting wordt de test herhaald op precies dezelfde plaats. De druk wordt aanzienlijk verhoogd voor deze tweede test: er wordt ongeveer 300 pond druk uitgeoefend op deze diamantpunt.
Het verschil tussen de hoeveelheid druk die wordt gebruikt voor de eerste test en de tweede test is de Rockwell-hardheidsindex. Twee (of meer) testen op hetzelfde stuk metaal zullen een gemiddelde opleveren voor dat specifieke stuk.
Waarom een reeks van RC getallen?
Omdat de Rockwell test alleen wordt uitgevoerd op een klein gedeelte van het metaal, is het mogelijk dat een aangrenzend gedeelte iets andere waarden geeft. Ook test de Rockwell-test alleen het oppervlak van het materiaal. Het is mogelijk dat de hardheid van de binnenkant verschilt van die van het oppervlak.
Daarom geven fabrikanten meestal een reeks getallen voor hun messen. Met een reeks getallen is er een foutmarge in de testresultaten. De werkelijke resultaten voor het object als geheel zullen ergens binnen deze marge vallen.