Princip Rockwellovy zkoušky
Tvrdost podle Rockwella se určuje z trvalého přírůstku hloubky vtisku po zatížení vnikacího tělíska. Na rozdíl od Brinellovy nebo Vickersovy zkoušky se tedy běžně neměří opticky průměr nebo úhlopříčka vtisku, ale hloubka vniku po odlehčení.
Zkušební těleso se nejprve zatíží předběžnou silou, která usadí vnikací tělísko a omezí vliv drobných nerovností povrchu. Poté se přidá hlavní zatížení až na předepsanou celkovou sílu. Po odlehčení zpět na předběžnou sílu se odečte zbytková hloubka vtisku, ze které tvrdoměr přímo určí číslo Rockwellovy tvrdosti.
Pro běžnou Rockwellovu zkoušku se používá předběžná síla 10 kgf, tedy přibližně 98 N. Celkové zatížení bývá 60 kgf, 100 kgf nebo 150 kgf, přibližně 589 N, 981 N nebo 1471 N. Původní starší technické texty tyto hodnoty často zaokrouhlují na 100 N, 600 N, 1000 N a 1500 N.
- Tvrdost podle Rockwella
- je číslo odvozené z rozdílu hloubky vtisku vnikacího tělíska mezi předběžným a celkovým zatížením. Výsledek je nutné vždy uvádět spolu se stupnicí, například HRC, HRB nebo HRA.
- Diamantový kužel má vrcholový úhel 120° a zaoblený hrot s poloměrem 0,2 mm. Kuličkové stupnice používají kuličku příslušného průměru, u HRB typicky 1/16 palce, tedy 1,5875 mm.
Zkouška tvrdosti podle Rockwella (HRB, HRC)
Rockwellovy stupnice
Rockwellova tvrdost není jedna univerzální stupnice. Hodnota vždy závisí na použité kombinaci vnikacího tělíska a zatížení. V praxi se nejčastěji setkáte se stupnicemi HRA, HRB a HRC, zatímco norma ISO 6508 uvádí i další běžné a povrchové stupnice.
| Stupnice | Vnikací tělísko | Celkové zatížení | Typické použití |
|---|---|---|---|
| HRA | diamantový kužel 120° | 60 kgf (≈ 589 N) | tvrdokovy, tenké vrstvy, tvrdé materiály |
| HRB | kulička 1/16 palce | 100 kgf (≈ 981 N) | měkčí kovy, slitiny mědi, hliníkové slitiny, měkké oceli |
| HRC | diamantový kužel 120° | 150 kgf (≈ 1471 N) | kalené oceli, nástrojové oceli, tvrdší litiny |
Jak číst označení Rockwellovy tvrdosti
Výsledek Rockwellovy zkoušky se zapisuje číslem a značkou stupnice. Například 60 HRC znamená tvrdost 60 na Rockwellově stupnici C, tedy měření diamantovým kuželem při celkovém zatížení 150 kgf. Zápis 90 HRB naproti tomu znamená stupnici B, tedy měření kuličkou při celkovém zatížení 100 kgf.
Samotné číslo bez stupnice je neúplné. Hodnota 60 HRC a 60 HRB neznamenají podobnou tvrdost, protože každá stupnice používá jiný indentor a jiné zatížení.
Kdy použít HRB a kdy HRC
HRB se používá hlavně pro měkčí kovové materiály, například měkčí oceli, mosazi, bronzy, měď a některé hliníkové slitiny. Pro velmi tvrdé materiály není HRB vhodná, protože kulička může vytvořit příliš malý nebo nevhodně vyhodnotitelný vtisk.
HRC je typická pro kalené a zušlechtěné oceli. Používá diamantový kužel, takže je vhodná pro tvrdé materiály, u kterých by kuličkové stupnice nebyly spolehlivé. Běžná technická praxe používá HRC především pro nástroje, ložiskové a pružinové oceli, nože, čepele a díly po tepelném zpracování.
Přechod mezi HRB a HRC není plynulý převod jedné stupnice na druhou. U hodnot blízko horního konce HRB a dolního konce HRC je vhodné vybrat stupnici podle materiálu, tloušťky vzorku, očekávané tvrdosti a příslušné normy.
Orientační hodnoty Rockwellovy tvrdosti
Následující tabulka slouží jen pro základní představu. Skutečná tvrdost závisí na přesném složení, tepelném zpracování, stavu povrchu, tloušťce vzorku a použité metodice. Hodnoty nelze použít jako normový převod mezi HRB, HRC, HBW a HV.
| Materiál nebo stav | Typická stupnice | Orientační tvrdost | Poznámka |
|---|---|---|---|
| hliník a měkké hliníkové slitiny | HRB | asi 20 – 60 HRB | podle slitiny a vytvrzení |
| mosaz a měďnaté slitiny | HRB | asi 50 – 95 HRB | tvářený stav bývá tvrdší než žíhaný |
| měkká konstrukční ocel | HRB | asi 70 – 100 HRB | pro nekalené a nízkouhlíkové oceli |
| tvrdší ocel na dolním okraji stupnice C | HRC | asi 20 – 35 HRC | přechodová oblast mezi měkčími a kalenými ocelemi |
| kalená konstrukční ocel | HRC | asi 35 – 55 HRC | běžné zušlechtěné strojní díly |
| nástrojová ocel, kvalitní čepel | HRC | asi 55 – 66 HRC | nástroje, nože, břity |
| velmi tvrdé nástrojové oceli | HRC | asi 66 – 70 HRC | oblast náročná na správnou přípravu vzorku i měření |
Výhody a omezení Rockwellovy zkoušky
Rockwellova zkouška je rychlá, dobře opakovatelná a nevyžaduje optické měření rozměrů vtisku. Proto se hodí pro sériovou kontrolu výrobků, kontrolu tepelného zpracování a provozní měření. Vtisk je relativně malý, ale zkouška přesto vyžaduje dostatečně silný, rovný a čistý vzorek.
Omezením je právě existence více stupnic. Výsledek musí být vždy uveden včetně značky stupnice a nelze jej bez dalšího převádět na jiné metody tvrdosti. Orientační převodní tabulky mají smysl pouze pro podobné materiály a v rozsahu, pro který byly sestaveny.
Normy
- ČSN EN ISO 6508‑1 – Kovové materiály. Zkouška tvrdosti podle Rockwella – Část 1: Zkušební metoda.
- ČSN EN ISO 6508‑2 – Kovové materiály. Zkouška tvrdosti podle Rockwella – Část 2: Ověřování a kalibrace zkušebních zařízení.
- ČSN EN ISO 6508‑3 – Kovové materiály. Zkouška tvrdosti podle Rockwella – Část 3: Kalibrace referenčních destiček.
- ISO 6508‑1 – Metallic materials. Rockwell hardness test – Part 1: Test method.
- ISO 6508‑2 – Metallic materials. Rockwell hardness test – Part 2: Verification and calibration of testing machines.
- ISO 6508‑3 – Metallic materials. Rockwell hardness test – Part 3: Calibration of reference blocks.
- ISO 3738‑1:1982 – Hardmetals – Rockwell hardness test (scale A) – Part 1: Test method.
- ISO 3738‑2:1982 – Hardmetals – Rockwell hardness test (scale A) – Part 2: Preparation and calibration of standard test blocks.
- ASTM E18 – Standard Test Methods for Rockwell Hardness of Metallic Materials.
- ASTM D785 – Standard Test Method for Rockwell Hardness of Plastics and Electrical Insulating Materials.
Časté otázky
Co znamená HRC?
HRC je Rockwellova stupnice C. Používá diamantový kužel a celkové zatížení 150 kgf. Je typická pro kalené a tvrdé oceli.
Co znamená HRB?
HRB je Rockwellova stupnice B. Používá kuličku 1/16 palce a celkové zatížení 100 kgf. Hodí se pro měkčí kovy, například měkké oceli, mosaz, bronz nebo některé hliníkové slitiny.
Lze převést HRC na HB nebo HV?
Jen orientačně. Převod tvrdosti závisí na materiálu, tepelném zpracování a použité metodě. Pro technické rozhodování je vhodné použít normovou převodní tabulku pro konkrétní skupinu materiálů nebo provést měření požadovanou metodou.
Proč nestačí napsat jen číslo Rockwellovy tvrdosti?
Protože každá Rockwellova stupnice používá jiné zatížení a jiné vnikací tělísko. Zápis musí obsahovat značku stupnice, například 60 HRC nebo 90 HRB.
Související
- Tvrdost podle Brinella
- Tvrdost podle Vickerse
- Tvrdost podle Knoopa
- Tvrdost podle Martense
- Tvrdost podle Shorea
- Porovnání metod měření tvrdosti
- Převodník tvrdosti online
- ISO 6508‑1:2023 – Rockwell hardness test
Zdroj původního textu: [16], Pavel Kryštůfek (zkráceno, upraveno)