Escala rockwell

Un probador de dureza Rockwell

La escala Rockwell es una escala de dureza basada en la dureza de indentación de un material. La prueba de 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). Hay diferentes escalas, indicadas por una sola letra, que usan diferentes cargas o indentadores. El resultado es un número adimensional anotado como HRA, HRB, HRC, etc., donde la última letra es la escala Rockwell respectiva. Los números más altos corresponden a materiales más duros.

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

Historia

La medida diferencial de dureza en profundidad fue concebida en 1908 por el profesor vienés Paul Ludwik en su libro Die Kegelprobe (crudamente, "la prueba del cono"). El método de profundidad diferencial restó los errores asociados con las imperfecciones mecánicas del sistema, como el contragolpe 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 considerarla no destructiva.

Hugh M. Rockwell (1890–1957) y Stanley P. Rockwell (1886–1940) de Connecticut en los Estados Unidos inventaron conjuntamente el "probador de dureza Rockwell" una máquina de profundidad diferencial. Solicitaron una patente el 15 de julio de 1914. El requisito para este probador era determinar rápidamente los efectos del tratamiento térmico en las pistas de rodamientos de acero. La solicitud fue aprobada posteriormente el 11 de febrero de 1919 y tiene EE.UU. Patente 1.294.171. En el momento de la invención, tanto Hugh como Stanley Rockwell trabajaban para New Departure Manufacturing Co. de Bristol, CT. 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 de la invención original el 11 de septiembre de 1919, que fue aprobada el 18 de noviembre de 1924. El nuevo probador posee EE.UU. Patente 1.516.207. Rockwell se mudó a West Hartford, CT, e hizo una mejora adicional en 1921. Stanley colaboró con el fabricante de instrumentos Charles H. Wilson de Wilson-Mauelen Company en 1920 para comercializar su invención y desarrollar máquinas de prueba estandarizadas. Stanley fundó una empresa de tratamiento térmico alrededor de 1923, Stanley P. Rockwell Company, que funcionó hasta 2012. El edificio, que aún se mantiene en pie, estaba vacío en 2016. Wilson Mechanical Instrument Company, que luego se llamó Wilson Mechanical Instrument Company, ha cambiado de propietario a lo largo de los años y fue adquirida por Instron Corp. en 1993.

Modelos y funcionamiento

Diagrama de fuerza de la prueba Rockwell

Un acercamiento del indenter y el anvil en un equipo de dureza tipo Rockwell

La prueba de dureza Rockwell se puede realizar en varios probadores de dureza. Todos los probadores, sin embargo, caen bajo 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 digital 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, además de muy precisos y muestran los resultados en un dial en la parte frontal de la máquina. Todos los probadores de modelos de banco generalmente se encuentran dentro de un taller o 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.

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 principal y luego se retira mientras se mantiene la carga secundaria. La profundidad de penetración desde el punto de referencia cero se mide con un dial, en el que un material más duro da una medida más baja. Es decir, la profundidad de penetración y la dureza son inversamente proporcionales. La principal ventaja de la dureza Rockwell es su capacidad para mostrar los valores de dureza directamente, evitando así los tediosos cálculos que implican otras técnicas de medición de dureza.

La prueba de Rockwell es muy rentable, ya que no utiliza ningún equipo óptico para medir la dureza en función de la pequeña muesca realizada, sino que todos los cálculos se realizan dentro de la máquina para medir la muesca en la muestra, lo que proporciona un resultado claro. de una manera que sea fácil de leer y comprender una vez dada. Esto también evita que sea necesario volver a trabajar o terminar la muestra antes y después de la prueba. Sin embargo, es fundamental verificar dos veces las muestras, ya que las muescas más pequeñas hechas en las pruebas podrían dar lugar a mediciones incorrectas de la dureza, lo que podría provocar una catástrofe. Después de un tiempo, el indentador en una escala Rockwell también puede volverse inexacto y debe reemplazarse para garantizar mediciones de dureza exactas y precisas.

La ecuación para Rockwell Hardness es HR=N− − hd{displaystyle HR=N-hd, 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 utiliza (ver sección siguiente).

Se suele utilizar en ingeniería y metalurgia. Su popularidad comercial surge de su velocidad, confiabilidad, robustez, resolución y pequeña área de sangría.

Pasos de funcionamiento de los probadores de dureza Rockwell heredados:

1. Cargar una fuerza inicial: La fuerza inicial de prueba de dureza de Rockwell es de 10 kgf (98 N; 22 lbf); la fuerza de prueba inicial de dureza superficial de Rockwell es de 3 kgf (29 N; 6.6 lbf).
2. Carga principal: referencia abajo formulario / tabla 'Scales y valores'.
3. Dejar la carga principal para un "tiempo de despedida" suficiente para que la indentación pare.
4. Carga de liberación; el valor Rockwell se mostrará normalmente en un dial o pantalla automáticamente.

Para obtener una lectura confiable, el grosor de la pieza de prueba debe ser al menos 10 veces la profundidad de la muesca. 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.

Escalas y valores

Existen varias escalas alternativas, siendo la más utilizada la "B" y "C" escamas. Ambos expresan la dureza como un número adimensional arbitrario.

• Excepto para probar materiales delgados de acuerdo con A623, las bolas de acero indenter han sido reemplazadas por bolas de carburo de tungsteno de los diámetros variables. Cuando se utiliza un indenter de bolas, la letra "W" se utiliza para indicar que se utilizó una bola de carburo de tungsteno, y la letra "S" indica el uso de una bola de acero. Por ejemplo: 70 HRBW indica que la lectura fue de 70 en la escala Rockwell B usando un indenter de carburo de tungsteno.

Las básculas superficiales de Rockwell utilizan cargas más bajas e impresiones menos profundas en materiales quebradizos y muy delgados. La escala 45N emplea una carga de 45 kgf en un indentador Brale en forma de cono de diamante y se puede usar en cerámicas densas. La báscula 15T emplea una carga de 15 kgf en un 1⁄16-pulgadas de diámetro (1,588 mm) y se puede usar en láminas de metal.

Las escalas B y C se superponen, de modo que no es necesario tomar ni especificar lecturas por debajo de HRC 20 y por encima de HRB 100, que generalmente se consideran poco fiables.

Los valores típicos incluyen:

• Acero muy duro (p. ej. chisels, cuchillas de cuchillo de calidad): HRC 55–66 (Hardened High Speed Carbon and Tool Steels such as M2, W2, O1, CPM-M4, and D2, as well as many of the newer dust metallurgy Steels such as CPM-S30V, CPM-154, ZDP-189. Hay aleaciones que sostienen un HRC hacia arriba 68-70, como el Hitachi desarrollado HAP72. Estos son extremadamente duros, pero también algo frágil.)
• Axes: about HRC 45–55
• Brass: HRB 55 (Latón inferior, UNS C24000, H01 Temper) a HRB 93 (Cartridge Brass, UNS C26000 (260 Brass), H10 Temper)

Varias otras escalas, incluida la extensa escala A, se utilizan para aplicaciones especializadas. Hay escalas especiales para medir especímenes cementados.

Estándares

• International (ISO)
  • ISO 6508-1: Materiales metálicos Prueba de dureza de Rockwell... Parte 1: Método de prueba (escalas A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T)
  • ISO 6508-2: Materiales metálicos Prueba de dureza de Rockwell... Parte 2: Verificación y calibración de máquinas de ensayo e indentadores
  • ISO 6508-3: Materiales metálicos Prueba de dureza de Rockwell... Parte 3: Calibración de bloques de referencia
  • ISO 2039-2: Plásticos—Determinación de dureza—Parte 2: La dureza de Rockwell
• estándar de los Estados Unidos (ASTM International)
  • ASTM E18: Métodos estándar para la dureza Rockwell y la dureza superficial Rockwell de materiales metálicos