Твердомер Роквелла

Когда слышишь ?твердомер роквелла?, многие сразу представляют себе эталонную лабораторию, сертификаты и идеальные условия. На практике же всё часто упирается в нюансы, которые в учебниках не опишешь. Самый частый промах — считать, что главное это цифра на дисплее. А на деле, подготовка поверхности, выбор шкалы, даже температура в цеху могут всё перевернуть. Вот об этих мелочах, которые и есть суть работы, хочу порассуждать.

Не просто прибор, а рабочий инструмент

Взял я как-то для испытаний партию закалённых валов. По паспорту твёрдость должна быть в районе 50 HRC. Всё по инструкции: протёр спиртом, выставил, сделал замер. Прибор показывает стабильные 52-53 единицы. И вроде бы всё хорошо, перебор по твёрдости не так страшен. Но внутренний голос шепчет: ?Слишком уж стабильно для кустарной закалки?. Решил проверить на другом твердомере роквелла, попроще, стареньком аналоговом. А там — разброс от 48 до 55. Вот он, первый звонок.

Оказалось, что на новом цифровом приборе стояла функция усреднения, которая сглаживала скачки. А они, эти скачки, как раз и говорили о неравномерности структуры металла после термообработки. Цифра-то ?красивая?, но она маскировала реальный брак. С тех пор я всегда с подозрением отношусь к идеальной стабильности показаний. Настоящая картина часто шероховатая.

Кстати, о самих приборах. Сейчас много предложений, в том числе и от китайских производителей, которые серьёзно выросли в качестве. Вот, например, на сайте ООО Цзинань Юньчэн Инструмент (https://www.jnyc17.ru) можно увидеть целый ряд моделей. Эта компания, основанная в 2009 году в Цзинане, как раз и занимается разработкой и производством аналитического оборудования. Их аппараты часто встречаются в цехах — не самые дорогие, но заявленные характеристики приличные. Работал я с одним таким. Не без косяков, но для рутинного контроля на потоке — вполне.

Шкалы: A, B, C и головная боль оператора

Выбор шкалы — это отдельная история, где теория расходится с практикой. Все знают, что для твёрдых материалов — шкала C (алмазный конус, нагрузка 150 кгс), для более мягких — B (шарик 1/16', нагрузка 100 кгс). Но жизнь постоянно подкидывает ?пограничные? случаи. Был у меня опыт с бронзой. По справочнику вроде бы надо мерить по B. Замерил — значения на верхней границе шкалы, близко к 100 HRB. Точность уже хромает.

Попробовал тогда по шкале A (тот же конус, но нагрузка 60 кгс). Показания стали более внятными, различимыми. Но тут встаёт вопрос сопоставимости результатов с техзаданием, где чёрным по белому указано HRB. Приходится делать поправки, оговаривать условия в протоколе. Или вот нержавейка аустенитного класса после наклёпа. Казалось бы, очевидный кандидат на HRC. Ан нет, если деформационный упрочнение неглубокое, алмазный конус может продавить его и ?упереться? в мягкую сердцевину, показав заниженную твёрдость.

В таких ситуациях спасает только прединдустриальный отжиг образца или использование поверхностных шкал (15N, 30N). Но кто на производстве будет этим заморачиваться для рядовой детали? Чаще просто ставят ту шкалу, которая в техпроцессе прописана, и всё. А потом удивляются, почему детали с ?правильной? твёрдостью ведут себя в работе по-разному.

Подготовка поверхности — 90% успеха

Здесь можно написать целую диссертацию. Гладкая, отполированная поверхность — это миф для цеховых условий. Чаще всего деталь приходит после шлифовки или даже просто фрезеровки. И если под индентором останется мельчайшая риска или частица окалины, погрешность будет чудовищной.

Запомнился случай с массивными пресс-формами. Их рабочую поверхность шлифовали лепестковым кругом, казалось бы, всё ровно. Но при замерах на одном твердомере роквелла значения плавали как сумасшедшие. Стали разбираться. Оказалось, в порах поверхности застревали абразивные зёрна от того же круга. Они-то и создавали микроопоры под наконечником, увеличивая кажущуюся твёрдость. Пришлось внедрять дополнительный этап — ультразвуковую очистку в специальной ванне перед контролем. После этого разброс уменьшился в разы.

Ещё один бич — смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ). Её плёнка, невидимая глазу, может серьёзно влиять на результат, особенно при использовании шарикового наконечника (шкала B). Она работает как амортизатор. Поэтому обезжиривание — обязательно. Но и тут не всё просто. Спирт или ацетон могут быть неэффективны против некоторых современных синтетических СОЖей. Порой приходится экспериментировать с растворителями.

Калибровка и человеческий фактор

Калибровочные эталонные меры — святое дело. Но и они живут своей жизнью. Блоки для твердомера роквелла со временем могут ?садиться?, особенно если ими активно пользуются и не всегда аккуратно. Видел однажды в одной лаборатории блок с едва заметным отпечатком не по центру. Видимо, кто-то промахнулся при проверке. И всё, эталон уже не эталон.

Сама процедура калибровки по ГОСТу или ISO — процесс небыстрый. На производстве, где гонка за планом, часто ограничиваются быстрой проверкой по одному-двум блокам. А нужно-то проверить как минимум по трём точкам в диапазоне шкалы. И если прибор ?уплыл? на высоких или низких значениях, а проверяли только в середине, то все замеры крайних точек будут ложными.

Человеческий фактор — это отдельная песня. Нагрузка должна прикладываться плавно, без рывков. Особенно на рычажных старых моделях. Оператор устал к концу смены, дёрнул рукоятку чуть резче — и вот тебе дополнительная динамическая нагрузка, которая искажает результат. На цифровых автоматах такого, конечно, меньше. Но и там можно криво установить деталь или недожать её в оправке.

Когда цифры врут: интерпретация результатов

Самое сложное начинается после того, как все цифры получены и запротоколированы. Допустим, получили мы значение 59 HRC для инструментальной стали. Отличный результат. Но если копнуть глубже, окажется, что такая высокая твёрдость достигнута за счёт перегрева, и в структуре появился остаточный аустенит. Металл будет хрупким, хотя по Роквеллу всё ?в норме?. Метод Роквелла не даёт информации о структуре, только о сопротивлении вдавливанию.

Поэтому в серьёзных случаях данные с твердомера роквелла — это лишь первый скрининг. Они должны подкрепляться другими методами: микротвердомером для исследования отдельных фаз, или хотя бы старым добрым напильником для оценки ?на зуб?. Я всегда советую коллегам: не делайте окончательных выводов только по Роквеллу. Это мощный, но слепой в некотором смысле инструмент.

Был печальный опыт с партией пружин. Твёрдость по HRC была в допуске, но они лопались после нескольких циклов работы. При микроскопии увидели обезуглероженный поверхностный слой. Метод Роквелла его ?не почувствовал?, потому что индентор продавливал этот мягкий слой и измерял твёрдость здорового металла под ним. Партию забраковали, но время и деньги уже были потрачены. С тех пор для ответственных пружин мы всегда делаем контроль микротвердости с поверхности вглубь.

Вместо заключения: мысль вслух

Так к чему всё это? Твердомер роквелла — это рабочий конёк, без которого никуда. Но это не магический чёрный ящик, который всегда выдаёт истину. Это инструмент, требующий понимания, сноровки и здорового скепсиса. Самые дорогие и навороченные модели от известных брендов не спасут от ошибок, если оператор не понимает физики процесса и не видит всей цепочки — от подготовки детали до интерпретации цифры.

Сейчас рынок наводнён приборами, в том числе от таких производителей, как упомянутое ООО Цзинань Юньчэн Инструмент. Выбрать есть из чего. Но гоняться за количеством функций и красивым интерфейсом — не главное. Главное — это стабильность, надёжность механики, возможность регулярно и правильно проводить калибровку. И, конечно, чтобы самому не лениться задавать вопросы этим цифрам. Почему здесь значение выпадает? Почему разброс такой? Что может его вызывать? Именно этот поиск, а не просто снятие показаний, и есть настоящая работа с твердомером. Всё остальное — просто нажатие кнопок.