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Escala Rockwell

Un probador de dureza Rockwell

La escala Rockwell es una escala de dureza basada en la dureza de penetración de un material. La prueba Rockwell mide la profundidad de penetración de un penetrador bajo una carga grande (carga mayor) en comparación con la penetración realizada por una precarga (carga menor). [1] Existen diferentes escalas, denotadas por una sola letra, que utilizan diferentes cargas o penetradores. El resultado es un número adimensional anotado como HRA, HRB, HRC, etc., donde la última letra es la escala Rockwell respectiva. Los números más grandes corresponden a materiales más duros.

Al probar metales, la dureza de indentación se correlaciona linealmente con la resistencia a la tracción . [2]

Historia

La medición de dureza por profundidad diferencial fue concebida en 1908 por el profesor vienés Paul Ludwik en su libro Die Kegelprobe (en términos generales, "la prueba del cono"). [3] El método de profundidad diferencial eliminaba los errores asociados con las imperfecciones mecánicas del sistema, como el juego y las imperfecciones de la superficie. La prueba de dureza Brinell , inventada en Suecia, se desarrolló antes, en 1900, pero era lenta, no era útil en acero completamente endurecido y dejaba una impresión demasiado grande para ser considerada no destructiva .

Hugh M. Rockwell (1890-1957) y Stanley P. Rockwell (1886-1940), de Connecticut , Estados Unidos , inventaron conjuntamente el "probador de dureza Rockwell", una máquina de profundidad diferencial. Solicitaron una patente el 15 de julio de 1914. [4] El requisito para este probador era determinar rápidamente los efectos del tratamiento térmico en las pistas de acero de los cojinetes. La solicitud fue aprobada posteriormente el 11 de febrero de 1919 y tiene la patente estadounidense 1.294.171 . En el momento de la invención, tanto Hugh como Stanley Rockwell trabajaban para New Departure Manufacturing Co. de Bristol, Connecticut . [5] New Departure era un importante fabricante de cojinetes de bolas que en 1916 pasó a formar parte de United Motors y, poco después, de General Motors Corp.

Después de dejar la compañía de Connecticut, Stanley Rockwell, entonces en Syracuse, NY, solicitó una mejora a la invención original el 11 de septiembre de 1919, que fue aprobada el 18 de noviembre de 1924. El nuevo comprobador tiene la patente estadounidense 1.516.207 . [6] [7] Rockwell se mudó a West Hartford, CT, e hizo una mejora adicional en 1921. [7] Stanley colaboró ​​con el fabricante de instrumentos Charles H. Wilson de Wilson-Mauelen Company en 1920 para comercializar su invento y desarrollar máquinas de prueba estandarizadas. [8] Stanley comenzó una empresa de tratamiento térmico alrededor de 1923, la Stanley P. Rockwell Company, que operó hasta 2012. [9] El edificio, que todavía está en pie, estaba vacío en 2016. [10] La más tarde nombrada Wilson Mechanical Instrument Company ha cambiado de propietario a lo largo de los años y fue adquirida por Instron Corp. en 1993. [11]

Modelos y funcionamiento

Diagrama de fuerza de la prueba Rockwell
Un primer plano del penetrador y el yunque en un probador de dureza tipo Rockwell

La prueba de dureza Rockwell se puede realizar en varios probadores de dureza diferentes. [12] [13] Sin embargo, todos los probadores se incluyen en una de tres categorías. Los probadores de dureza de modelo de banco se pueden encontrar en un modelo digital o analógico. Los modelos de banco digitales utilizan una pantalla digital y, por lo general, requieren más capacitación técnica para poder operar, mientras que los modelos analógicos son más simples de operar y muy precisos y muestran los resultados en un dial en la parte frontal de la máquina. Todos los probadores de modelo de banco generalmente se encuentran en un taller o en un entorno de laboratorio. Otros probadores son portátiles, y todos los probadores portátiles vendrán en un modelo digital que incluye una pantalla de resultados digitales similar a la del modelo digital de banco. Los probadores portátiles son prácticos y fáciles de usar. [ cita requerida ]

La determinación de la dureza Rockwell de un material implica la aplicación de una carga menor seguida de una carga mayor. La carga menor establece la posición cero. Se aplica la carga mayor y luego se retira manteniendo la carga menor. La profundidad de penetración a partir del dato cero se mide desde un dial, en el que un material más duro da una medida menor. Es decir, la profundidad de penetración y la dureza son inversamente proporcionales. La principal ventaja de la dureza Rockwell es su capacidad de mostrar los valores de dureza directamente, lo que evita los tediosos cálculos que implican otras técnicas de medición de dureza.

La prueba Rockwell es muy rentable, ya que no utiliza ningún equipo óptico para medir la dureza en función de la pequeña indentación realizada, sino que todos los cálculos se realizan dentro de la máquina para medir la indentación en la muestra, lo que proporciona un resultado claro de una manera que es fácil de leer y comprender una vez que se proporciona. Esto también evita que sea necesario realizar cualquier retrabajo o acabado en la muestra tanto antes como después de la prueba. Sin embargo, es fundamental verificar dos veces las muestras, ya que las indentaciones más pequeñas realizadas en la prueba podrían dar lugar a mediciones de dureza incorrectas, lo que provocaría una catástrofe. Después de un tiempo, el penetrador en una escala Rockwell también puede volverse inexacto y debe reemplazarse para garantizar mediciones de dureza precisas y exactas. [14]

La ecuación para la dureza Rockwell es , donde d es la profundidad en mm (desde el punto de carga cero), y N y h son factores de escala que dependen de la escala de la prueba que se utilice (ver la siguiente sección).

Se utiliza habitualmente en ingeniería y metalurgia . Su popularidad comercial se debe a su velocidad, fiabilidad, robustez, resolución y pequeña área de indentación.

Pasos de funcionamiento de los probadores de dureza Legacy Rockwell:

  1. Cargar una fuerza inicial: la fuerza de prueba inicial de la prueba de dureza Rockwell es de 10 kgf (98 N; 22 lbf); la fuerza de prueba inicial de la prueba de dureza Rockwell superficial es de 3 kgf (29 N; 6,6 lbf).
  2. Cargar carga principal: consultar debajo el formulario/tabla 'Escalas y valores'.
  3. Deje la carga principal durante un "tiempo de permanencia" suficiente para que la sangría se detenga.
  4. Liberar carga; el valor Rockwell normalmente se mostrará en un dial o pantalla automáticamente. [15]

Para obtener una lectura fiable, el espesor de la pieza de prueba debe ser al menos 10 veces la profundidad de la hendidura. [16] Además, las lecturas deben tomarse desde una superficie plana y perpendicular, porque las superficies convexas dan lecturas más bajas. Se puede utilizar un factor de corrección si se va a medir la dureza de una superficie convexa. [17]

Escalas y valores

Existen varias escalas alternativas, siendo las más utilizadas las escalas "B" y "C". Ambas expresan la dureza como un número arbitrario y adimensional .

Las escalas superficiales Rockwell utilizan cargas más bajas e impresiones más superficiales en materiales frágiles y muy delgados. La escala 45N emplea una carga de 45 kgf en un penetrador Brale en forma de cono de diamante y se puede utilizar en cerámica densa . La escala 15T emplea una carga de 15 kgf en una bola de acero endurecido de 116 pulgadas de diámetro (1,588 mm) y se puede utilizar en chapa metálica .

Las escalas B y C se superponen, de modo que no es necesario tomar ni especificar lecturas inferiores a HRC 20 y superiores a HRB 100, generalmente consideradas poco confiables.

Los valores típicos incluyen:

Se utilizan otras escalas, incluida la extensa escala A, para aplicaciones especializadas. Existen escalas especiales para medir muestras cementadas .

Normas

Véase también

Referencias

  1. ^ EL Tobolski y A. Fee, "Pruebas de dureza por macroindentación", Manual ASM, Volumen 8: Pruebas mecánicas y evaluación , ASM International, 2000, págs. 203-211, ISBN  0-87170-389-0 .
  2. ^ "Correlación entre la resistencia a la fluencia y la resistencia a la tracción y la dureza de los aceros", EJ Pavlina y CJ Van Tyne, Journal of Materials Engineering and Performance , volumen 17, número 6 / diciembre de 2008
  3. ^ GL Kehl, Principios de la práctica de laboratorio metalográfico , 3.ª edición, McGraw-Hill Book Co., 1949, pág. 229.
  4. ^ HM Rockwell y SP Rockwell, "Probador de dureza", patente estadounidense 1.294.171 , febrero de 1919.
  5. ^ SW Kallee: Stanley Pickett Rockwell Stanley Pickett Rockwell - Uno de los inventores de la máquina de prueba de dureza Rockwell]. Recuperado el 21 de noviembre de 2018.
  6. ^ SP Rockwell, "La prueba de dureza de los metales", Transactions of the American Society for Steel Treating , vol. II, n.º 11, agosto de 1922, págs. 1013-1033.
  7. ^ ab SP Rockwell, "Máquina de prueba de dureza", patente estadounidense 1.516.207 , noviembre de 1924.
  8. ^ VE Lysaght, Prueba de dureza por indentación , Reinhold Publishing Corp., 1949, págs. 57–62.
  9. ^ OpenCorporates, "STANLEY P. ROCKWELL COMPANY THE". https://opencorporates.com/companies/us_ct/0090160. Consultado el 24/5/2023
  10. ^ FORMULARIO DE REGISTRO DEL REGISTRO ESTATAL DE LUGARES HISTÓRICOS DE CONNECTICUT – Para la fábrica de Stanley P. Rockwell Company, 6/5/2016. https://hartfordpreservation.org/wp-content/uploads/296-Homestead-Stanley-Rockwell-Factory-State-Register-Nomination.pdf. Consultado el 24/5/2023
  11. ^ RE Chinn, "Dureza, cojinetes y los Rockwell", Advanced Materials & Processes , vol. 167 n.° 10, octubre de 2009, pág. 29-31.
  12. ^ "Dureza Rockwell: una descripción general | Temas de ScienceDirect".
  13. ^ "Prueba de Rockwell: descripción general | Temas de ScienceDirect".
  14. ^ Hardness Tester, JM (17 de abril de 2019). "Pruebas de dureza Rockwell: la guía definitiva". JM Hardness Tester . Consultado el 21 de septiembre de 2021 .
  15. ^ "Durómetro, microscopio metalográfico, medidor de rugosidad superficial – EBPU". Hardnesstesting-machine.com . Consultado el 18 de febrero de 2022 .
  16. ^ Fundamentos de las pruebas de dureza Rockwell, archivado desde el original el 29 de enero de 2010 , consultado el 10 de septiembre de 2010
  17. ^ Guía del diseñador de PMPA: Tratamiento térmico, archivado desde el original el 14 de julio de 2009 , consultado el 19 de junio de 2009.
  18. ^ Smith, William F.; Hashemi, Javad (2001), Fundamentos de la ciencia y la ingeniería de materiales (4.ª ed.), McGraw-Hill, pág. 229, ISBN 0-07-295358-6
  19. ^ Sundararajan, G.; Roy, M. (2001). Enciclopedia de materiales: ciencia y tecnología . Pruebas de dureza: Elsevier Ltd., págs. 3728-3736. ISBN 978-0-08-043152-9.
  20. ^ Broitman, Esteban (2017). "Medidas de dureza por indentación a escala macro, micro y nanométrica: una descripción crítica". Tribology Letters . 65 (23): 4–5. doi : 10.1007/s11249-016-0805-5 . S2CID  20603457.
  21. ^ ab EBP company R-150T Manual del probador de dureza Rockwell.
  22. ^ E18-08b Sección 5.1.2.1 y 5.2.3
  23. ^ "Materiales de las hojas de los cuchillos". 31 de mayo de 2008. Archivado desde el original el 31 de mayo de 2008. Consultado el 18 de febrero de 2022 .
  24. ^ "MatWeb, su fuente de información sobre materiales". Matweb.com . Consultado el 23 de junio de 2010 .

Enlaces externos