Mécanismes fondamentaux : séquence de chargement en deux étapes
Le test Rockwell détermine la dureté en mesurant la profondeur d'indentation permanente sous une charge statique contrôlée en deux étapes, conformément aux normes ASTM E18 et ISO 6508. La mesure directe de la profondeur évite complètement le micro-inspection optique, supprimant ainsi les erreurs de l'opérateur humain et accélérant les tests sur les lignes de production.
Les bancs d'essai d'entrée de gamme, comme le HardRocker™ 150-A, appliquent les forces à l'aide d'un levier manuel et affichent les valeurs sur un cadran analogique. Les systèmes numériques, tels que le QualiRocky™ D150Pro et le QualiRock™ Auto en boucle fermée, automatisent l'application de la charge, les temps de maintien et le suivi du retour élastique grâce à des moteurs pas à pas de précision ou des mécanismes de levage motorisés sur l'axe Z avec codeurs de déplacement linéaire précis à 0.0001 mm (0.1 µm).
[Step 1: Preliminary Force Application] [Step 2: Main Force Application] [Step 3: Unloading to Baseline]
Establishes baseline contact depth Drives indenter tip to total Material recovers elastically; sensor
reference (h₀) penetration depth reads residual penetration depth (h_f)
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┌───────────┐ ┌───────────┐ ┌───────────┐
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Surface Level ─────────┴───────────┴───────────────────────────┴───────────┴──────────────────────────┴───────────┴────
Indenter Tip ──────────── (h₀) ─────────────────────────────────── (h) ─────────── Residual Dent Depth ── (h_f)
Differential: e = h_f - h₀
Le cycle de test en trois étapes :
- Application préliminaire de la force (charge mineure, F₀) : Applique une force initiale (10 kgf pour les balances régulières, 3 kgf pour les balances superficielles) pour pousser au-delà des oxydes de surface, de la graisse ou du tartre, établissant une profondeur de base zéro (h₀).
- Application de la force principale (charge principale, F) : Applique une force d'essai primaire (charge principale F₁ plus charge mineure F₀), allant de 60 kgf à 150 kgf pour les essais réguliers, ou de 15 kgf à 45 kgf pour les essais superficiels, provoquant une déformation plastique permanente.
- Lecture de la récupération élastique et des résidus : La force principale est supprimée tout en maintenant la force initiale. Le matériau reprend sa forme élastique, laissant une différence de profondeur permanente (e = h_f - h₀). Des capteurs optiques linéaires mesurent ce déplacement pour calculer la dureté Rockwell (HR).
Formule mathématique standard
Indice de dureté Rockwell (HR) = N - (e / S)
Où? :
- e = h_f - h₀ est la différence de profondeur permanente mesurée en millimètres.
- S est le facteur de profondeur de l'écaille (0.002 mm pour les écailles régulières, 0.001 mm pour les écailles superficielles).
- N est la constante d'échelle (100 pour les échelles à cône en diamant, 130 pour les échelles à bille en carbure de tungstène).
Mécanismes de l'indenteur, sélection de l'échelle et géométrie du nez étendu
La norme Rockwell utilise une trentaine d'échelles distinctes, combinant des formes d'indenteurs spécifiques avec des niveaux de force personnalisés pour traiter des matériaux allant de l'aluminium tendre à l'acier à outils dur.
- Indenteur sphéro-conique en diamant : Un cône en diamant de 120° avec un rayon de pointe de 200 µm pour les alliages à haute dureté, les aciers à outils et les couches de surface dures (échelles HRA et HRC).
- Indenteur à bille en carbure de tungstène : Sphères de carbure de précision (diamètres de 1/16" à 1/2") pour les métaux plus tendres, notamment le laiton, les alliages d'aluminium, la fonte et les polymères structuraux (échelles HRB, HRE et HRF).
Pour pallier les principales limitations d'accès physique lors du contrôle, les QualiRock-R et QualiRock-RS TWIN intègrent un pénétrateur horizontal saillant (nez de pénétrateur allongé). Cette conception mécanique spécifique permet un contrôle direct des surfaces internes des tubes (diamètre interne minimum > 23 mm) et des courbes externes des barres rondes (diamètre minimum > 3 mm) sans découpe des pièces de production.
Capacités d'échelle selon la variante d'équipement
| Modèle d'équipement | Conduite et mécanique | Capacités d'échelle | Principale caractéristique technique |
|---|
| HardRocker™ 150-A | Levier manuel / Cadran analogique | HRA, HRB, HRC (60, 100, 150 kgf) | Comparateur à cadran direct ; fonctionnement mécanique simplifié pour le contrôle qualité de base en atelier. |
| QualiRocky™ D150Pro | Moteur pas à pas / Numérique | HRA, HRB, HRC + Échelles étendues | Écran tactile de 8 pouces ; entraînement moteur automatisé ; tracé automatique de la courbe de dureté. |
| QualiRock-R | cellule de charge en boucle fermée | 15 Échelles régulières (HRA à HRV) | Bec de pénétrateur allongé pour le contrôle de la bague interne ; écran LCD rétroéclairé ; exportation USB. |
| QualiRock-RS (TWIN) | cellule de charge en boucle fermée | 30 échelles (15 régulières + 15 superficielles) | Système de test double pour tôles minces, feuilles métalliques et couches durcies en surface. |
| QualiRock™ Auto | Moteur à courant continu / boucle fermée | Écailles régulières et superficielles | Mécanisme de levage motorisé automatisé sur l'axe Z pour des tests indépendants de l'opérateur. |
Systèmes de mécanique de table vs. systèmes de champ statique portables
Les unités de table sont destinées aux tests fixes en laboratoire, tandis que les pièces de grande taille, les outils, les lames de coupe et les composants installés nécessitent du matériel portable.
Les appareils statiques portables, comme le duromètre Rockwell portable de la série QHR, ne pèsent que 0.8 kg et fonctionnent selon les mêmes principes de chargement statique (forces mineures et majeures) et avec la même précision de mesure que les appareils de table, conformément aux normes ASTM E18, ISO 6508 et ASTM E110. Fonctionnant de manière similaire à un micromètre, la série QHR peut être utilisée manuellement ou montée sur une base fixe pour une vérification immédiate sur le terrain.
| Paramètre | Systèmes de table (par exemple, QualiRock™ / QualiRocky™) | Systèmes statiques portables (par exemple, série QHR) |
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| Principe de fonctionnement | Mesure statique de profondeur en deux étapes | Mesure statique de profondeur en deux étapes |
| Format et portabilité | Cadre de laboratoire stationnaire | Portable / Fixable sur socle (À partir de 0.8 kg) |
| Application de la force d'essai | Capteur de force en boucle fermée ou moteur pas à pas | Entraînement mécanique direct à vis de type micromètre |
| Environnement primaire | Laboratoire de métallurgie / Banc de contrôle qualité | Inspection sur le terrain, petits composants, outils de quincaillerie |
| Conformité aux normes | ASTM E18, OIN 6508-2 | ASTM E18, ISO 6508, ASTM E110 |
Précision métrologique, contrôle en boucle fermée et conformité aux normes
Pour obtenir une répétabilité de mesure élevée, il est nécessaire de contrôler les variables mécaniques critiques sur l'ensemble de la plateforme de test :
- Rigidité de la structure : La flexion du cadre sous charge modifie directement les mesures de profondeur. Les cadres renforcés QualiRock™ limitent la déformation structurelle sous charge à moins de 0.5 %, dépassant largement la limite de moins de 1.0 % imposée par la norme ASTM E18.
- Commande en boucle fermée d'un capteur de pesage : Des systèmes comme QualiRock™ Auto remplacent les contrepoids suspendus traditionnels par des capteurs de force en boucle fermée et des unités de contrôle électroniques. Ces composants surveillent en continu l'application de la force, éliminant ainsi le frottement, l'inertie du poids et les dépassements de force.
- Conversion automatique de la courbure et de l'échelle : Les contrôleurs à écran tactile des QualiRocky™ D150Pro et QualiRock™ calculent automatiquement les corrections de courbure cylindrique convexe/concave et traduisent les valeurs de profondeur Rockwell en valeurs Brinell (HBW), Vickers (HV), Leeb ou de résistance à la traction selon la norme ASTM E140.
- Conformité aux normes internationales : Tous Qualitest Les équipements Rockwell satisfont pleinement aux normes ASTM E18, ISO 6508-1/-2/-3, ASTM E110 et ASTM E140.
