Twardość metali metodą Rockwella — ISO 6508-1:2023

W przeciwieństwie do metod, w których po badaniu mierzy się średnicę lub przekątne odcisku pod mikroskopem, Rockwell wykorzystuje zmianę głębokości penetracji. Maszyna najpierw przykłada siłę wstępną, ustala punkt odniesienia, następnie zwiększa obciążenie do wartości właściwej dla wybranej skali, a po zdjęciu dodatkowej części obciążenia odczytuje trwałą zmianę głębokości.

Metoda jest szybka i dobrze nadaje się do seryjnej kontroli, ponieważ wynik może być odczytany bez optycznego pomiaru odcisku. Nie oznacza to jednak, że jest „automatycznie bezbłędna”. Na rezultat wpływają m.in. skala, stan powierzchni, grubość próbki, podparcie, położenie odcisku, geometria badanego elementu, stan wgłębnika oraz poprawność działania układu siły i pomiaru głębokości.

Najpierw stosuje się siłę wstępną, która osadza wgłębnik, stabilizuje kontakt i wyznacza poziom odniesienia dla głębokości. Następnie przykładana jest dodatkowa siła, aż układ osiągnie całkowitą siłę właściwą dla danej skali. Po wymaganym czasie dodatkowa część obciążenia jest usuwana, ale pozostaje siła wstępna. Wtedy mierzona jest końcowa głębokość i porównywana z głębokością początkową.

Takie rozwiązanie ogranicza wpływ drobnych różnic położenia początkowego, ale nie usuwa wpływu powierzchni, ugięcia próbki ani niestabilnego podparcia. Dlatego mechaniczna prostota odczytu nie może zastąpić kontroli warunków badania.

Pierwszym filtrem jest spodziewany poziom twardości. Wynik powinien mieścić się w zakresie zastosowania danej skali, ponieważ poza nim geometria odcisku i czułość pomiaru przestają odpowiadać założeniom metody. Drugi filtr stanowi grubość próbki lub warstwy — zbyt głęboka penetracja może spowodować wpływ podłoża albo odkształcenie przeciwnej powierzchni. Trzeci to geometria: mały promień, cienka ścianka, element rurowy czy powierzchnia zakrzywiona mogą wymagać specjalnego podparcia, korekty albo innej metody.

HRC jest typowa dla wielu hartowanych stali, HRBW dla mniej twardych metali, a skale powierzchniowe dla cieńszych elementów. Są to jednak przykłady; wymaganie specyfikacji wyrobu ma pierwszeństwo.

Badany element musi być stabilnie oparty na odpowiednim kowadełku. Powierzchnia kontaktu od spodu powinna zapewniać pewne podparcie i nie może kołysać się podczas obciążania. Cienkie blachy, detale o nieregularnej geometrii i elementy rurowe wymagają szczególnej uwagi, ponieważ nawet niewielkie ugięcie może zwiększyć zmierzoną głębokość i obniżyć wskazanie twardości.

Grubość próbki musi być wystarczająca względem głębokości odcisku. Jeśli po pomiarze na przeciwnej powierzchni pojawia się widoczny ślad odkształcenia, to sygnał, że warunki mogą być niewłaściwe. Dla cienkich wyrobów lepszym rozwiązaniem bywa skala powierzchniowa albo inna metoda twardości, o ile odpowiada wymaganiu technicznemu.

1. Zidentyfikuj wymaganie. Ustal normę, skalę, liczbę punktów i kryterium akceptacji.
2. Sprawdź próbkę. Oceń grubość, kształt, stan powierzchni oraz miejsce planowanych odcisków.
3. Dobierz wgłębnik i skalę. Upewnij się, że konfiguracja maszyny odpowiada oznaczeniu wyniku.
4. Ustaw pewne podparcie. Oczyść kowadełko i spód próbki, wyklucz kołysanie lub ugięcie.
5. Przyłóż siłę wstępną. Układ ustala poziom odniesienia głębokości.
6. Zastosuj siłę całkowitą. Maszyna realizuje obciążenie i czas zgodnie z wybraną skalą.
7. Usuń dodatkową część siły. Przy pozostawionej sile wstępnej mierzona jest końcowa głębokość.
8. Odczytaj i zapisz wynik. Wartość zawsze zapisuj razem z pełnym symbolem skali.

Automatyczny twardościomierz może sam prowadzić część sekwencji, ale operator nadal odpowiada za próbkę, podparcie, identyfikację punktu, poprawną skalę i ocenę, czy wynik nie został zakłócony przez zdarzenie nietypowe.

ISO 6508-3:2023 określa zasady wzorcowania płytek odniesienia stosowanych do pośredniej oraz codziennej weryfikacji twardościomierzy i wgłębników. Wzorzec ma przypisaną wartość dla konkretnej skali i zakresu; nie jest uniwersalnym „kawałkiem twardej stali” do wszystkich konfiguracji.

Kontrola na płytce przed serią pomiarową pomaga wykryć błąd konfiguracji, niewłaściwy wgłębnik, problem z siłą albo systemem głębokości. Wynik kontroli powinien być oceniany według ustalonej procedury, a nie tylko na podstawie subiektywnego wrażenia, że „jest blisko wartości z etykiety”. Ważne są także rozmieszczenie odcisków na płytce i jej stan, ponieważ nadmierne zużycie albo wykonywanie odcisków zbyt blisko siebie może zmienić zachowanie wzorca.

ISO 18265:2013 określa zasady konwersji wartości twardości między skalami oraz podaje tabele dla wybranych grup materiałów. Norma wyraźnie zaznacza, że przeliczone wartości są bezpośrednio właściwe tylko dla dokładnie badanego materiału, a dla innych materiałów mają charakter wskaźnikowy. Nie powinny zastępować wyniku uzyskanego metodą wymaganą w specyfikacji.

Powód jest fizyczny: Rockwell, Vickers i Brinell różnią się geometrią wgłębnika, wielkością odcisku, poziomem siły i sposobem odczytu. W materiałach niejednorodnych, powłokach, odlewach czy strukturach po obróbce cieplnej każda metoda może „widzieć” inny obszar mikrostruktury. Relacja między skalami nie jest więc uniwersalną funkcją dla wszystkich stopów.