Каква е твърдостта по Рокуел

Чудили ли сте се някога какво кара един нож да остане остър или защо някои инструменти са по-подходящи за определени задачи? Отговорът се крие в свойство на материала, наречено твърдост. Днес ще навлезем в света на скалата за твърдост на Рокуел, широко използван метод за измерване на това доколко материалът издържа на постоянно вдлъбнатина. Този на пръв поглед прост тест играе решаваща роля в различни индустрии, от гарантиране на издръжливостта на ежедневните инструменти до оптимизиране на материалите, използвани в авангардни технологии. Нека проучим науката зад скалата за твърдост на Рокуел, нейните различни приложения и как ни помага да изберем правилните материали за работата.

Скала за твърдост по Рокуел

Скалата на Рокуел, жизненоважен метод за измерване на твърдостта на материала, включва няколко варианта, подходящи за различни приложения в производството и извън производството на ножове. Скалата на Rockwell C (HRC) и скалата на Rockwell B (HRB) обикновено се използват за оценка на твърдостта на стомана и други метали, но съществуват други скали за по-меки материали като пластмаси.

HRC скалата е от решаващо значение за производителите на ножове и други, работещи с по-твърди материали като високовъглеродна стомана. Обратно, скалата HRB е по-подходяща за по-меки метали, включително някои неръждаеми стомани и алуминиеви сплави, често използвани в компоненти като дръжки. Всяка скала използва различен индентор и натоварване за прецизно измерване на съпротивлението на материала срещу деформация.

Този нюансиран подход позволява на производителите да избират щателно материали, които отговарят на специфичните изисквания на техните приложения, като гарантират продукти, които работят изключително и имат дълготрайна издръжливост.

Тест за твърдост по Рокуел

Тестът за твърдост по Рокуел е често използван метод за измерване на твърдостта на даден материал. Тестът включва прилагане на специфично натоварване върху индентор, който се притиска в материала, и се измерва дълбочината на получената вдлъбнатина. Този тест се използва широко в контрола на качеството, избора на материал и научноизследователската и развойната дейност и е важен инструмент за определяне на механичните свойства на материала.

Принципи на теста за твърдост по Рокуел

Тестът за твърдост по Рокуел се основава на измерване на дълбочината на проникване на индентора в материал при специфично натоварване. Тестът използва стандартен товар за всяка скала, а твърдостта се определя от дълбочината на проникване след отстраняване на товара. Той използва или диамантен конус, или индентор със стоманена топка. Факторите, които влияят върху измерванията на твърдостта, включват вида на материала, размера и формата на индентора и натоварването, приложено към индентора. Има различни скали на Рокуел, всяка от които е предназначена за определен вид материал, като напр стомана, алуминий и пластмаса.

Процедура за тест за твърдост по Рокуел

Процедурата за извършване на теста за твърдост по Рокуел включва подготовка на пробата, поставянето й върху равна повърхност и прилагане на натоварването върху индентора. Инденторът се притиска в материала за определено време и дълбочината на вдлъбнатината се измерва индиректно с помощта на циферблат или цифрово показание на машината за тестване. Резултатът се изразява като число по скалата за твърдост на Рокуел. Тестът е неразрушителен и може да се използва както върху малки, така и върху големи проби. Повърхностното покритие и размерът и геометрията на пробата могат да повлияят на точността на теста за твърдост по Рокуел.

Приложения на теста за твърдост по Рокуел

Тестът за твърдост по Рокуел се използва широко в производствената индустрия за контрол на качеството. Използва се, за да се гарантира, че материалите отговарят на изискваните спецификации за твърдост за конкретно приложение. Тестът се използва и при избора на материал, за да се определи пригодността на даден материал за конкретно приложение. В научноизследователската и развойната дейност тестът за твърдост по Рокуел се използва за изследване на ефектите от различни техники на обработка върху свойствата на материала.

Предимства на теста за твърдост по Рокуел 

Този тест има няколко предимства пред другите тестове за твърдост. Изпълнява се лесно и дава бързи и точни резултати. Тестът не е разрушителен и не уврежда материала, който се тества. Освен това тестът може да се извърши както върху малки, така и върху големи проби.

Ограничения на теста за твърдост по Рокуел

Тестът за твърдост по Рокуел има някои ограничения. Тестът е ограничен до определени материали, като метали, и може да не е подходящ за други материали, като керамика и композити. Тестът се влияе от повърхностните условия, като грапавост и повърхностни неравности, и може да не предостави пълна картина на свойствата на материала. Тестът също се влияе от размера и геометрията на пробата, което може да повлияе на точността на резултатите.

Видео кредит: Fire Creek Forge.

Метод за тестване на твърдостта по Рокуел срещу Vickers и Knoop

В сферата на науката за материалите и инженерството, наред с утвърдения метод за изпитване на твърдостта по Рокуел, други значими методи като Vickers и Knoop предлагат ценна представа за свойствата на материалите.

Универсалност на Vickers и Knoop:

Тестът за твърдост по Vickers, известен със своята гъвкавост, използва индентор с диамантена пирамида за анализ на широка гама от материали, от меки метали до умерено твърда керамика. Този метод осигурява цялостен анализ на твърдостта на материала чрез числото на твърдост по Викерс (VHN), получено от размера и дълбочината на вдлъбнатината.

Тестът за твърдост на Knoop, от друга страна, използва диамантен индентор с удължена пирамидална форма, което позволява високо прецизно измерване на твърдостта в много тънки материали или върху повърхности с минимални повреди. Тази прецизност прави теста на Knoop идеален за крехки материали, тънки слоеве или малки компоненти, които може да не издържат на въздействието на други тестове. Измерванията по Knoop, изразени като число на твърдост по Knoop (KHN), са от решаващо значение за избора на подходящи материали в деликатни или изискващи прецизност приложения.

Изборът на правилния метод

Тези методи предлагат различни предимства в зависимост от материала и желаната прецизност на измерване. Докато тестовете на Rockwell са по-бързи и по-прости, което ги прави подходящи за рутинен контрол на качеството, тестовете на Vickers и Knoop осигуряват измервания с по-висока разделителна способност, които са от съществено значение за научноизследователската и развойна дейност, където разбирането на нюансираното поведение на материала при стрес е от решаващо значение. Всеки метод, със своя уникален индентор и подход за измерване, отговаря на специфични нужди от изпитване, осигурявайки цялостен набор от инструменти за оценка на твърдостта на материала в различни индустриални и научни приложения.

Използване на този тест за ножове

Твърдостта на острието на ножа е важен фактор за неговата работа. Острие, което е твърде меко, няма да задържи ръба, докато острие, което е твърде твърдо, може да бъде крехко и податливо на надраскване или счупване. Твърдостта на острието се определя от вида на използваната стомана и процеса на термична обработка, използван за закаляване на острието. Тестът на Рокуел се използва за измерване на твърдостта на острието и за гарантиране, че то отговаря на изискванията за предназначението му.

В производството на ножове тестът за твърдост по Рокуел обикновено се използва за измерване на твърдостта на острието по гръбнака и ръба. Скалата на Рокуел, използвана за ножове, обикновено е скалата С, която измерва твърдостта на закалена стомана.

За да се извърши тестът за твърдост по Рокуел, топка от диамант или волфрамов карбид се притиска в острието със специфично натоварване. Измерва се дълбочината на вдлъбнатината и твърдостта се определя с помощта на скалата на Рокуел. Резултатът се изразява като число по скалата на Rockwell C, която варира от 50 до 65 за повечето остриета на ножове.

Ограничения на теста за твърдост по Рокуел за ножове

Докато тестът на Рокуел е полезен инструмент за измерване на твърдост на острието, има някои ограничения. Тестът не взема предвид качеството на процеса на топлинна обработка, което може да повлияе на твърдостта на острието. Тестът също така не взема предвид геометрията на острието, което може да повлияе на твърдостта на ръба. И накрая, тестът не отчита здравината на острието, което е важно за устойчивостта на начупване и счупване.

Бъдещи разработки в технологията за изпитване на твърдост 

Тестът за твърдост по Рокуел е утвърден метод за измерване на твърдостта на материалите и се използва повече от 90 години. Въпреки това, има ограничения за теста за твърдост по Рокуел и напредъкът в технологиите доведе до разработването на други методи за тестване на твърдостта.

Например, тестът за твърдост на Vickers, който използва диамантен индентор, може да се използва за измерване на твърдостта на широка гама от материали, включително керамика и композити. Тестът за твърдост на Knoop, който използва пирамидален индентор, се използва за измерване на твърдостта на тънки покрития и повърхностни слоеве. Тестът за твърдост по Бринел, който използва сферичен индентор с по-голям диаметър, се използва за измерване на твърдостта на меки материали и големи отливки.

През последните години се наблюдава нарастващ интерес към развитието на методи за изследване на микротвърдост, които са

използвани за измерване на твърдостта на малки или тънки проби. Тези тестове използват много малко натоварване, обикновено по-малко от 1 kg, и малък индентор, което позволява прецизни измервания на твърдостта на малки площи.

Друга област на развитие е използването на цифрова обработка на изображения за подобряване на точността и прецизността на измерванията на твърдостта. Тази технология използва усъвършенствани алгоритми за анализиране на изображения на вдлъбнатината, направена от индентора, и за изчисляване на твърдостта на материала въз основа на размерите на вдлъбнатината.

Видео кредит: Metal Complex.

Въпроси и Отговори

Каква е добрата твърдост по Рокуел за нож? 

Добър диапазон за повечето ножове е между 56 и 62 по скалата на Rockwell C (HRC).

По-нисък HRC (56-58) обикновено означава, че стоманата е по-мека и пластична, което може да я направи по-лесна за заточване и по-устойчива на начупване. Възможно е обаче да не издържи добре. Този диапазон е по-често срещан за тежки ножове, като сатъри или мачете.

По-висок HRC (58-60) показва по-твърда, по-устойчива на износване стомана, която може да държи остър ръб за по-дълго време. Тази гама е предпочитана за много ножове за ежедневно носене (EDC), кухненски ножове и сгъваеми ножове. По-твърдите стомани обаче могат да бъдат по-крехки и податливи на начупване.

Добър ли е 58 HRC за нож?

Твърдостта по Рокуел от 58 HRC може да се счита за добра за определени видове ножове. Това ниво на твърдост предлага баланс между здравина и задържане на ръба. Ножовете с твърдост 58 HRC ще бъдат по-лесни за заточване, по-устойчиви на начупване и сравнително издръжливи.

Въпреки това, годността на нож 58 HRC също зависи от предназначението му и предпочитанията на потребителя. Тази твърдост е подходяща за тежки задачи или употреба на открито. За ножове, които изискват по-остър ръб за по-дълго време, като например кухненски ножове с висока производителност или някои ножове за ежедневно носене (EDC), може да е за предпочитане по-висок HRC (59-62).

Каква твърдост по Рокуел са евтините ножове?

Евтините ножове често имат по-ниска твърдост по Рокуел, обикновено варираща от 52 до 56 HRC. Тези ножове са направени от по-евтина и по-мека стомана, което ги прави по-лесни за производство и по-достъпни. По-ниската твърдост обаче означава, че те може да не задържат ръба си дълго и може да изискват по-често заточване.

Важно е да се отбележи, че въпреки че тези ножове може да са подходящи за леки задачи, те може да не работят правилно за тежки или прецизни задачи за рязане. В допълнение към това, качеството на стоманата и процесът на термична обработка може да варира значително между евтините ножове, което води до несъответствия в производителността и издръжливостта.

Заключение

В заключение, тестът за твърдост по Рокуел е широко използван метод за измерване на твърдостта на материалите. Това е неразрушителен и лесен за изпълнение тест, който осигурява бързи и точни резултати. Тестът има ограничения, като например пригодността му за определени материали и влиянието на повърхностните условия върху точността на резултатите.

Въпреки това напредъкът в технологията за тестване на твърдостта доведе до разработването на други методи за тестване на твърдостта, които могат да се използват за по-широк набор от материали и приложения.

Бъдещото развитие на технологиите, като тестване на микротвърдост и цифрова обработка на изображения, ще продължи да подобрява точността и прецизността на методите за тестване на твърдостта. Тестът за твърдост по Рокуел ще продължи да бъде важен инструмент за контрол на качеството, избор на материали и научноизследователска и развойна дейност, но ще бъде допълнен от други методи за изпитване, когато се появят нови материали и приложения.

Автор: Алекс Немцев | Свържете се с мен в LinkedIn

Литература:

Скала на Рокуел en.wikipedia.org

Ашби, Майкъл; Хю Шерклиф; Дейвид Себон (2007). Материали: инженерство, наука, обработка и дизайн (1-во издание). Бътъруърт-Хайнеман. ISBN 978-0-7506-8391-3.

Тест за твърдост по Рокуел / Индустриална физика industrialphysics.com

Материални свойства material-properties.org

Американско дружество за изпитване и материали (ASTM) International: www.astm.org

Национален институт за стандарти и технологии (NIST): www.nist.gov