Escala Rockwell - Rockwell scale

Um testador de dureza Rockwell

A escala Rockwell é uma escala de dureza baseada na dureza de indentação de um material. O teste Rockwell mede a profundidade de penetração de um penetrador sob uma grande carga (carga maior) em comparação com a penetração feita por uma pré-carga (carga menor). Existem diferentes escalas, denotadas por uma única letra, que usam diferentes cargas ou indentadores. O resultado é um número adimensional anotado como HRA, HRB, HRC, etc., onde a última letra é a respectiva escala de Rockwell (veja abaixo). Ao testar metais, a dureza de indentação se correlaciona linearmente com a resistência à tração .

História

A medição diferencial de dureza de profundidade foi concebida em 1908 pelo professor vienense Paul Ludwik em seu livro Die Kegelprobe (grosseiramente, "o teste do cone"). O método da profundidade diferencial subtraiu os erros associados às imperfeições mecânicas do sistema, como folga e imperfeições da superfície. O teste de dureza Brinell , inventado na Suécia, foi desenvolvido antes - em 1900 - mas era lento, não era útil em aço totalmente endurecido e deixava uma impressão muito grande para ser considerado não destrutivo .

Hugh M. Rockwell (1890–1957) e Stanley P. Rockwell (1886–1940) de Connecticut nos Estados Unidos co-inventaram o "testador de dureza Rockwell", uma máquina de profundidade diferencial. Eles solicitaram uma patente em 15 de julho de 1914. O requisito para este testador era determinar rapidamente os efeitos do tratamento térmico nas pistas dos rolamentos de aço. O pedido foi posteriormente aprovado em 11 de fevereiro de 1919 e detém a patente dos EUA 1.294.171 . Na época da invenção, tanto Hugh quanto Stanley Rockwell trabalhavam para a New Departure Manufacturing Co. de Bristol, CT . A New Departure era um grande fabricante de rolamentos de esferas que em 1916 passou a fazer parte da United Motors e, logo depois, da General Motors Corp.

Depois de deixar a empresa de Connecticut, Stanley Rockwell, então em Syracuse, NY, solicitou uma melhoria na invenção original em 11 de setembro de 1919, que foi aprovada em 18 de novembro de 1924. O novo testador possui a patente dos EUA 1.516.207 . Rockwell mudou-se para West Hartford, CT, e fez uma melhoria adicional em 1921. Stanley colaborou com o fabricante de instrumentos Charles H. Wilson da Wilson-Mauelen Company em 1920 para comercializar sua invenção e desenvolver máquinas de teste padronizadas. Stanley começou uma empresa de tratamento térmico por volta de 1923, a Stanley P. Rockwell Company, que ainda existe em Hartford, CT. A Wilson Mechanical Instrument Company, posteriormente denominada, mudou de propriedade ao longo dos anos e foi adquirida pela Instron Corp. em 1993.

Classificações do testador de dureza Rockwell com base nas escalas Rockwell

Testador de dureza Rockwell: HRA, HRB, HRC

Testador de dureza Rockwell superficial: 15N, 30N, 45N, 15T, 30T, 45T, 15W, 30W, 45W, 15X, 30X, 45X, 15Y, 30Y, 45Y

Testador de dureza Rockwell de plástico: HRE, HRL, HRM

Testador de dureza Rockwell Twin (também denominado Rockwell e testador de dureza Rockwell superficial): HRA, HRB, HRC, 15N, 15T, 15W, 15X, 15Y, 30N, 30T, 30W, 30X, 30Y, 45N, 45T, 45W, 45X, 45Y

Modelos e operação

O teste de dureza Rockwell pode ser conduzido em vários testadores de dureza. Todos os testadores, no entanto, se enquadram em uma das três categorias. Os testadores de dureza de modelo de bancada podem ser encontrados em um modelo digital ou analógico. Os modelos de bancada digital utilizam um display digital e normalmente requerem mais treinamento técnico para serem capazes de operar, enquanto os modelos analógicos são mais simples de operar, bem como muito precisos e exibem os resultados em um mostrador na parte frontal da máquina. Todos os testadores de modelo de bancada são normalmente encontrados em um ambiente de oficina ou laboratório. Outros testadores são portáteis e todos os testadores portáteis virão em um modelo digital, incluindo uma tela de resultados digital semelhante à do modelo digital de bancada. Hoje em dia, as empresas preferem que os funcionários usem esses testadores portáteis, pois são os mais fáceis e práticos de usar.

Uma marca popular entre os engenheiros é o testador portátil Phase, que também inclui as opções para realizar vários outros tipos de testes de dureza, incluindo Brinell, Vickers e Shore. Isso prova ser a forma mais eficiente de teste em movimento em um ambiente de manufatura. Isso também desconsidera a necessidade de um gráfico de conversão, uma vez que todo o trabalho é feito no testador portátil Phase.

Diagrama de força do teste Rockwell
Um close do penetrador e da bigorna em um testador de dureza do tipo Rockwell.

A determinação da dureza Rockwell de um material envolve a aplicação de uma carga menor seguida por uma carga maior. A carga menor estabelece a posição zero. A carga principal é aplicada e, em seguida, removida, mantendo a carga secundária. A profundidade de penetração a partir do datum zero é medida a partir de um mostrador, no qual um material mais duro dá uma medida mais baixa. Ou seja, a profundidade de penetração e a dureza são inversamente proporcionais. A principal vantagem da dureza Rockwell é sua capacidade de exibir os valores de dureza diretamente, evitando cálculos tediosos envolvidos em outras técnicas de medição de dureza.

O teste Rockwell é muito econômico, pois não utiliza nenhum equipamento óptico para medir a dureza com base no pequeno recuo feito, ao invés, todos os cálculos são feitos dentro da máquina para medir o recuo no corpo de prova, fornecendo um resultado claro de certa forma no qual é fácil de ler e entender, uma vez dado. Isso também evita que qualquer retrabalho ou acabamento precise ser feito no corpo de prova antes e depois do teste. No entanto, é fundamental verificar novamente as amostras, pois os menores recuos feitos nos testes podem resultar em medições incorretas de dureza, levando à catástrofe. Depois de algum tempo, o penetrador em uma escala Rockwell também pode se tornar impreciso e precisar ser substituído para garantir medições de dureza precisas e precisas.

A equação para a dureza Rockwell é , onde d é a profundidade em mm (do ponto de carga zero) e N e h são fatores de escala que dependem da escala do teste que está sendo usado (consulte a seção seguinte).

É normalmente usado em engenharia e metalurgia . Sua popularidade comercial decorre de sua velocidade, confiabilidade, robustez, resolução e pequena área de indentação.

Etapas de operação dos testadores de dureza Rockwell legados:

  1. Carregue uma força inicial: a força de teste inicial do teste de dureza Rockwell é 10 kgf (98 N; 22 lbf); A força de teste inicial do teste de dureza Rockwell superficial é de 3 kgf (29 N; 6,6 lbf).
  2. Carregar carga principal: referência abaixo do formulário / tabela 'Escalas e valores'.
  3. Deixe a carga principal por um "tempo de permanência" suficiente para que a indentação pare.
  4. Liberar carga; o valor Rockwell normalmente será exibido em um dial ou tela automaticamente.

Para obter uma leitura confiável, a espessura da peça de teste deve ser pelo menos 10 vezes a profundidade da indentação. Além disso, as leituras devem ser feitas de uma superfície perpendicular plana, porque as superfícies convexas fornecem leituras mais baixas. Um fator de correção pode ser usado se a dureza de uma superfície convexa for medida.

Escalas e valores

Existem várias escalas alternativas, as mais comumente usadas são as escalas "B" e "C". Ambos expressam a dureza como um número adimensional arbitrário .

Várias escalas Rockwell
Escala Abreviatura § Carga Principal * ( kgf ) Indenter Usar N h
UMA HRA 60 diamante esferocônico Carbonetos cimentados , aço fino, aço temperado superficial 100 500
B HRB 100  Esfera de 116 pol. (1,59 mm) Ligas de cobre, aços macios, ligas de alumínio, ferro maleável 130 500
C HRC 150 diamante esferocônico Aço, ferros fundidos duros, ferro maleável perlítico , titânio, aço cementado profundo, outros materiais mais duros que 100 HRB 100 500
D HRD 100 diamante esferocônico Aço fino e aço temperado médio e ferro maleável perlítico 100 500
E HRE 100  Esfera de 18 pol. (3,18 mm) Ferro fundido, ligas de alumínio e magnésio, metais de rolamento, plásticos termofixos 130 500
F HRF 60  Esfera de 116 pol. (1,59 mm) Liga de cobre recozida, chapas finas de metais macios 130 500
G HRG 150  Esfera de 116 pol. (1,59 mm) Bronze de fósforo, cobre-berílio, ferros maleáveis. 130 500
H HRH 60  Esfera de 18 pol. (3,18 mm) Alumínio, Zinco, Chumbo 130 500
K HRK 150  Esfera de 18 pol. (3,18 mm) Liga de rolamentos, estanho, materiais plásticos duros 130 500
eu HRL 60  Esfera de 14 pol. (6,35 mm) Metais de rolamento e outros materiais muito macios ou finos. 130 500
M HRM 100  Esfera de 14 pol. (6,35 mm) Termoplásticos, metais de rolamento e outros materiais muito macios ou finos 130 500
P HRP 150  Esfera de 14 pol. (6,35 mm) Metais de rolamento e outros materiais muito macios ou finos 130 500
R HRR 60  Esfera de 12 pol. (12,70 mm) Termoplásticos, metais de rolamento e outros materiais muito macios ou finos 130 500
S HRS 100  Esfera de 12 pol. (12,70 mm) Metais de rolamento e outros materiais muito macios ou finos 130 500
V HRV 150  Esfera de 12 pol. (12,70 mm) Metais de rolamento e outros materiais muito macios ou finos 130 500
15T, 30T, 45T 15, 30, 45  Esfera de 116 pol. (1,59 mm) Superficial: para revestimentos macios 100 1000
15N, 30N, 45N 15, 30, 45 diamante esferocônico Superficial: para materiais cementados 100 1000
* Exceto para as escalas superficiais onde é de 3 kgf, a carga menor é de 10 kgf.
Também chamado de indentador de Brale , é feito com um diamante cônico de ângulo incluído de 120 ° ± 0,35 ° e raio de ponta de 0,200 ± 0,010 mm.
§ O número de Rockwell precede as abreviações da escala (por exemplo, 60 HRC), exceto para as "Escalas superficiais" onde seguem as abreviaturas, separadas por um '-' (por exemplo, 30N-25).
  • Exceto para testar materiais finos de acordo com A623, as esferas de indentador de aço foram substituídas por esferas de carboneto de tungstênio de diâmetros variados. Quando um indentador de esfera é usado, a letra "W" é usada para indicar que uma esfera de carboneto de tungstênio foi usada, e a letra "S" indica o uso de uma esfera de aço. Por exemplo: 70 HRBW indica que a leitura foi 70 na escala Rockwell B usando um indentador de carboneto de tungstênio.

As escalas Rockwell superficiais usam cargas mais baixas e impressões mais rasas em materiais frágeis e muito finos. A escala 45N emprega uma carga de 45 kgf em um penetrador de farelo em forma de cone de diamante e pode ser usada em cerâmicas densas . A escala 15T emprega uma carga de 15 kgf em uma esfera de aço endurecido de 116 polegadas de diâmetro (1,588 mm) e pode ser usada em chapas de metal .

As escalas B e C se sobrepõem, de modo que leituras abaixo de HRC 20 e aquelas acima de HRB 100, geralmente consideradas não confiáveis, não precisam ser tomadas ou especificadas.

Valores tipicos

  • Aço muito duro (por exemplo, cinzéis, lâminas de faca de qualidade ): HRC 55–66 (carbono endurecido de alta velocidade e aços para ferramentas, como M2, W2, O1, CPM-M4 e D2, bem como muitos dos aços inoxidáveis ​​de metalurgia do pó mais recentes como CPM-S30V, CPM-154, ZDP-189. Existem ligas que mantêm um HRC acima de 68-70, como o HAP72 desenvolvido pela Hitachi. Estes são extremamente duros, mas também um pouco quebradiços.)
  • Eixos : cerca de HRC 45-55
  • Latão: HRB 55 (baixo latão, UNS C24000, H01 revenido) a HRB 93 (cartucho de latão, UNS C26000 (260 latão), H10 revenido)

Várias outras escalas, incluindo a ampla escala A, são usadas para aplicações especializadas. Existem escalas especiais para medir amostras endurecidas .

Padrões

  • Internacional ( ISO )
    • ISO 6508-1: Materiais metálicos - teste de dureza Rockwell - Parte 1: Método de teste (escalas A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T)
    • ISO 6508-2: Materiais metálicos - teste de dureza Rockwell - Parte 2: Verificação e calibração de máquinas de teste e indentadores
    • ISO 6508-3: Materiais metálicos - teste de dureza Rockwell - Parte 3: Calibração de blocos de referência
    • ISO 2039-2: Plásticos - Determinação da dureza - Parte 2: Dureza Rockwell
  • Padrão dos EUA ( ASTM International )
    • ASTM E18: Métodos padrão para dureza Rockwell e dureza superficial Rockwell de materiais metálicos

Veja também

Referências

links externos