Rockwell hardheidsmeting

Bij de Rockwell hardheidsmeting wordt de hardheid van een materiaal bepaalt, door een druklichaam / indenter met een vooraf bepaalde kracht in het testmateriaal te drukken. Door het vaststellen van de indringdiepte kan de hardheid van het werkstuk bepaald worden.

Ontwikkeling van de testmethode

De hardheidsmeting is vernoemd naar de ontwikkelaars ervan: de broers Stanley P. Rockwell en Hugh M. Rockwell. Beiden werkten als metallurg voor de Departure Manufacturing Company om een snelle en eenvoudige methode voor de hardheidsmeting van lagerringen te ontdekken.

Aan het begin van de 20e eeuw waren er zeer verschillende methoden om de hardheid van een werkstof te bepalen. Maar deze methoden waren ofwel zeer tijdsintensief (Brinnel-hardheidsmeting) of zeer beperkt in hun toepassing, bijvoorbeeld omdat ze niet geschikt zijn voor hardere materialen.

De ontwikkeling van een eerste proefopstelling duurde bijna 5 jaar en werd in februari 1919 gepatenteerd. Stanley P. Rockwell veranderde nog in hetzelfde jaar van werkgever en liet in september 1919 een tweede, verbeterde proefopstelling patenteren.

Het ware potentieel van het gereedschap werd door Charles H. Wilson ontdekt. Hij ontwikkelde het verder en bracht enkele belangrijke veranderingen aan. Hij voerde de diamantkogel in als standaard druklichaam en verhoogde de maximale testbelasting van 100 naar 150 kg.

Bovendien organiseerde hij de productie en verkoop van het toestel, wat tot een grote doorbraak van de Rockwell hardheidsmeting leidde.

Rockwell MeettoestelVoorbeeld van een Rockwell Meettoestel.
Rockwell schaalDe B- en C-schaal van Rockwell.

Rockwell druklichamen

Voor de hardheidsmeting van Rockwell zijn verschillende testmethoden ontwikkeld, die door selectie van de juiste druklichamen en krachtinwerking ieder voor onderscheidende materialen ingezet kunnen worden. Eerst moet de voor het te testen materiaal voorgeschreven indenter geselecteerd worden. Bij de Rockwell meetmethode zijn er in totaal drie kogels:

  • Kogel met een doorsnee van 1/16 inch ( ≈ 1,6 mm)
  • Kogel met een doorsnee van 1/8 inch ( ≈ 3,2 mm)
  • Diamantkegel met een hoek van 120° met een bolsegment van 0,2 mm

Ook de te gebruiken testkracht moet op het te testen materiaal afgestemd worden. Om de hardheidsmeting te vereenvoudigen zijn meerdere gestandaardiseerde testmethoden ontwikkelt. De krachtinwerking met de daarbij behorende testkogel kan uit een tabel worden afgelezen.

Standaard Rockwell-schaal

De volgende testmethoden zijn geschikt voor de meeste staalsoorten, gietijzer, aluminium- en magnesiumlegeringen.

Testmethode Indenter Voorkracht Testkracht Totaalkracht Materiaalsoort
HRA Kegel 98,07 N 490,30 N 588,37 N geharde getemperde / geharde staalsoorten
HRB Kogel 1/16″ 98,07 N 882,60 N 980,67 N zachte constructiestalen / non-ferro metalen
HRC Kegel 98,07 N 1373,00 N 1471,07 N geharde getemperde / geharde staalsoorten / hoogsterkte staal
HRD Kegel 98,07 N 882,60 N 980,67 N materialen met een gehard oppervlak
HRE Kogel 1/8″ 98,07 N 882,60 N 980,67 N gietijzer / aluminium / magnesiumlegeringen / lagerstaal
HRF Kogel 1/16″ 98,07 N 490,30 N 588,37 N dun plaatwerk vanaf 0,6 mm en gegloeide koperlegeringen
HRG Kogel 1/16″ 98,07 N 1373,00 N 1471,07 N Brons en koper
HRH Kogel 1/8″ 98,07 N 490,30 N 588,37 N Aluminium, zink en lood
HRK Kogel 1/8″ 98,07 N 1373,00 N 1471,07 N lagerstaal / non-ferro metalen

Superficial Rockwell-schaal

Bij deze testmethoden is de indringdiepte zo klein dat het zowel bij materialen met een lage hardheid of bij zeer dunne materialen gebruikt kan worden.

Testmethode Indenter Voorkracht Testkracht Totaalkracht Materiaalsoorten
HR15N Kegel 29,42 N 117,70 N 147,12 N Materialen met een dunne verhardingslaag, anders dan HRA-test
HR30N Kegel 29,42 N 264,80 N 294,22 N Materialen met een dunne verhardingslaag, anders dan HRD-test
HR45N Kegel 29,42 N 411,90 N 441,32 N Materialen met een dunne verhardingslaag, anders dan HRD-test
HR15T Kogel 1/16″ 29,42 N 117,70 N 147,12 N Dunne plaat, anders dan HRF-test
HR30T Kogel 1/16″ 29,42 N 264,80 N 294,22 N Dunne plaat, anders dan HRB-test
HR45T Kogel 1/16″ 29,42 N 411,90 N 441,32 N Dunne plaat, anders dan HRG-test

Resultaat van de hardheidsmeting

Wanneer alle voorbereidingen getroffen zijn, kan de test daadwerkelijk beginnen.

Eerst wordt op het testmateriaal een indenter geplaatst, totdat de voorlast bereikt is. Omdat de indringdiepte de te meten waarde is, moet deze waarde na het bereiken van de voorlast op nul staan.

Vervolgens wordt het druklichaam met de overeengekomen testlast in het materiaal gedrukt. De mate van elastisch herstel van het materiaal bepaalt de duur van de krachtinwerking. De juiste belastingsduur kan ook uit tabellen afgelezen worden. In de meeste gevallen wordt de testlast 2 tot 8 seconden gehandhaafd.

Na deze tijdspan wordt de extra kracht opgeheven totdat deze gelijk is aan de voorlast. Op deze manier kunnen onnauwkeurigheden geëlimineerd worden, die eventueel kunnen ontstaan door plastische vervorming van de testinrichting. Op de meetapparatuur kan nu de hardheid afgelezen.

Voordelen

  • De meetmethode is eenvoudig en kost weinig tijd.
  • De hardheid kan direct afgelezen worden.
  • De test is ook bij hoge hardheid inzetbaar.
  • De schade aan het testmateriaal is minimaal.
  • De test is goed te automatiseren.

Nadelen

  • Er is sprake van een grote foutmarge bij dun materiaal door de geringe penetratiediepte.
  • Er is sprake van een grote hoeveelheid testmethoden en variabelen.
  • Niet geschikt voor zachtere staalsoorten.