Rockwellhardheid

De rockwellhardheid (HR) is een maat voor de hardheid van materialen, bepaald volgens de rockwellhardheidstest. In die test wordt hardheid geïnterpreteerd als "weerstand tegen plaatselijke penetratie". De test bepaalt de nettodiepte waarop een bolvormig indruklichaam in het materiaal is doorgedrongen nadat er een standaardlast op aangebracht is.

Een meettoestel voor rockwellhardheid

Detail van het toestel met de indenter

De rockwellhardheid is vernoemd naar de uitvinders van de testmethode, de Amerikanen Hugh M. Rockwell en Stanley P. Rockwell, die er in 1919 een octrooi voor verkregen.^[1]

Rockwellhardheidsschalen

De hardheid volgens Rockwell wordt uitgedrukt door een getal (zonder eenheid), afgelezen op een bepaalde schaal. Er zijn verschillende schalen (A...V), voor verschillende soorten materialen en verschillende testomstandigheden. De C-schaal bijvoorbeeld is een veel gebruikte schaal voor harde staalsoorten. Andere veel gebruikte schalen zijn R en M. Hoe hoger het getal op een bepaalde schaal, hoe harder het materiaal. De rockwellhardheid wordt geschreven als bv. 65 HRC (65 op de Hardness Rockwell C-schaal).

Testprocedure

Een test volgens de rockwellmethode gebeurt als volgt:

• Eerst wordt er op het testmonster een indruklichaam geplaatst, dit is een stalen bolletje of een kegelvormige naald met een diamanten tip. Op het indruklichaam wordt dan een voorlast van ${\displaystyle F_{0}}$ van 10 kg aangebracht, die bedoeld is om de invloed van lokale kleine oneffenheden aan het oppervlak van het materiaal op te heffen en om het indruklichaam op zijn plaats te houden. De penetratie van de voorlast bepaalt het nulpunt van de meting.
• Daarna wordt de eigenlijke testlast ${\displaystyle F_{1}}$ (meestal 60, 100 of 150 kg) op het indruklichaam aangebracht. Dus in totaal is de belasting op het materiaal dan ${\displaystyle F_{0}+F_{1}}$.
• Nadat de testlast weer is weggenomen, maar nog met de voorlast ${\displaystyle F_{0}}$ aanwezig, leest men de rockwellhardheid af op de juiste hardheidsschaal; die is afhankelijk de keuze van het indruklichaam en van de testlast.

Rockwellhardheidstest

De rockwellhardheidstest is gestandaardiseerd in de Amerikaanse norm ASTM E-18 en de internationale normen ISO 2039 voor plastics, ISO 3738 voor harde metalen (A-schaal) en ISO 6508 voor andere metalen.

Een vergelijkbare hardheidstest is die van Shore ("durometer"), deze wordt vaak voor rubberachtige materialen gebruikt.

Rockwellhardheid

De rockwellhardheid kan worden berekend met de volgende vergelijking:

${\displaystyle HR=N-hd}$, waarbij:

• ${\displaystyle d}$ de diepte in mm (vanaf het de diepte die wordt verkregen door de voorlast ${\displaystyle F_{0}}$),
• ${\displaystyle N}$ en ${\displaystyle h}$ zijn schaalfactoren die afhankelijk zijn van de schaal van de gebruikte test (zie tabel hieronder).

Rockwellschalen^[2][3]

Schaal	Afkorting§	Testlast* (kgf)	Indruklichaam	Materiaal	N	h
A	HRA	60	bolconische diamant†	cementcarbide, dun staal, oppervlakkig gehard staal	100	500
B	HRB	100	1,59 mm bal	koperlegering, zacht staal, aluminiumlegering, kneedbaar ijzer	130	500
C	HRC	150	bolconische diamant†	staal, harde gietijzers, perliet kneedbaar ijzer, titanium, diep-gehard staal, andere materialen harder dan 100 HRB	100	500
D	HRD	100	bolconische diamant†	dun staal en half-gehard staal en perliet kneedbaar ijzer	100	500
E	HRE	100	3,18 mm bal	gietijzer, aluminium en magnesiumlegering, lager metalen, thermoharder	130	500
F	HRF	60	1,59 mm bal	getempeerde koperlegering, dun zacht plaat metalen	130	500
G	HRG	150	1,59 mm bal	fosfor-brons, beryllium-koper, kneedbaar ijzer	130	500
H	HRH	60	3,18 mm bal	aluminium, zink, lood[4]	130	500
K	HRK	150	3,18 mm bal	lager legering, tin, harde kunststof materialen[4]	130	500
L	HRL	60	6,35 mm bal	lager metalen en andere zeer zachte of dunne materialen	130	500
M	HRM	100	6,35 mm bal	thermoplasten, lager metalen en andere zeer zachte of dunne materialen	130	500
P	HRP	150	6,35 mm bal	lager metalen en andere zeer zachte of dunne materialen	130	500
R	HRR	60	12,70 mm bal	thermoplasten, lager metalen en andere zeer zachte of dunne materialen	130	500
S	HRS	100	12,70 mm bal	lager metalen en andere zeer zachte of dunne materialen	130	500
V	HRV	150	12,70 mm bal	lager metalen en andere zeer zachte of dunne materialen	130	500
15T, 30T, 45T		15, 30, 45	1,59 mm bal	Ondiep: voor zacht coatings	100	1000
15N, 30N, 45N		15, 30, 45	bolconische diamant†	Ondiep: voor gehard materialen	100	1000
* Behalve voor "ondiepe schalen" waar het 3 kgf is, de voorlast is 10 kgf.
† Wordt ook wel het Brale indruklichaam genoemd, wordt gemaakt met een kegelvormige diamant in een hoek van 120° ± 0,35° en een puntradius van 0,200 ± 0,010 mm.
§ Het rockwellnummer gaat vooraf aan de schaalafkortingen (bijv. 60 HRC). Behalve bij de "ondiepe schalen" waar ze na de afkorting worden geplaatst, gescheiden door een '-' (bijv. 30N-25).

Zie ook

• Brinellhardheid
• Hardheidsschaal van Mohs
• Vickershardheid

Bronnen, noten en/of referenties

1. U.S. Patent 1294171, "Hardness-tester" van 11 februari 1919
2. Sundararajan, G., Roy, M. (2001). Encyclopedia of Materials: Science and Technology. Elsevier Ltd., Hardness Testing, 3728–3736. ISBN 978-0-08-043152-9.
3. Broitman, Esteban (2017). Indentation Hardness Measurements at Macro-, Micro-, and Nanoscale: A Critical Overview. Tribology Letters 65 (23): 4–5. DOI: 10.1007/s11249-016-0805-5.
4. EBP company R-150T Rockwell hardness tester manual book.