洛氏的试验机

当春天来临的时候,骑自行车的人希望和休闲都可能怀疑这是一辆新自行车。这是一个令人兴奋的前景,但它也可以使人心烦的,尤其是对于那些技术处理。

你应该去一个昂贵的,但空气动力学优化,伏卧,或传统diamond-framed‘安全’的自行车吗?框架的角度呢?和叉多长时间?的材料。响色6061 - 6 - t钢或铝吗?你应该去豪华的最新马氏体时效SuperSteel,相似的性能,钛或选择ultra-stiff但令人失望的是un-sonorous碳纤维吗?添加车把,刹车、曲柄传动装置和颜色,排列似乎是无穷无尽的。然而研读一些组件的选项上时,我慢慢从未提及:轴承。

可能在罗马时代,发明的球轴承中心和曲柄是关键环节,使一切顺利。和他们生存残酷的压力和紧张,一个热情的骑手强加,球和他们的歌曲必须非常努力。

但硬度是一个奇怪的概念。经常发生在科学,一个直观的想法是极其难以确定。

最早试图量化硬度是基于一种层次的伤害:材料是比另一个如果它可以抓它。公元前三世纪希腊哲学家泰奥弗拉斯托斯描述了在他的专著De lapidibus(石头),在公元77年罗马作家老普林尼。但实际的规模并没有出现,直到19世纪初,当德国地质学家Friederich摩氏矿物质在10点范围内,从滑石钻石。

矿物的莫氏硬度很好使用,但不是为工程和冶金,小硬度的差异将被大幅放大微分穿机械的关键部件。测量的宽度下抓了一颗钻石硬度的标准负载提供了一个更好的层次,但这太粗的工程师和冶金学家发展中硬和硬合金。它未能考虑塑性变形。

提出了一种新的方法在1859年由英国化学家克雷斯卡尔弗特和理查德·约翰逊。他们用锥形压钢棒尖端对材料进行测试使用杠杆加载逐步更重的重量。到1900年,瑞典的冶金家8月布氏硬度了这个想法,基于缩进的规模由钢或碳化钨球。硬度的比率被定义为负载的面积缩进。维氏硬度计测试,1922年开发,涉及一个锥体硬度计压头。但都需要通过显微镜测量压痕,一个步骤需要相当的技巧。时热处理钢变得司空见惯的汽车、飞机和武器工业,更快、更简单的方法是必要的。

1914年,斯坦利·罗克韦尔和休·罗克韦尔专利的一种新方法,将新发明的生产线。休是老板的儿子的新离开贝尔公司:铸造专业第一的门铃,但后来在自行车和汽车零部件。斯坦利,没有休的关系,是一个年轻的冶金学者为公司工作。发现布氏硬度压痕法很难适用于小型的组件(比如轴承的踪迹,他们一起工作,设计一个新的测试。

他们决定实现一个想法在1908年首次提出一个放荡不羁的工程师,保罗的Ludwik。他认为赞成一个微分方法,将减少文物因开裂和新闻媒体的机制。两个罗克韦尔很快发明了一台机器,一个标准的锥形尖压载荷的表面在两个标准。渗透率的差异将对应材料的硬度,这是阅读从一个简单的拨号。专利是在1914年发行和销售新洛氏硬度的测试人员立即起飞。

休离开公司他对飞行的热情,但专利其他想法不断的余生。斯坦利也继续,但继续工作硬度测试,提出一系列改进设计的专利在1919年和1924年之间。他也小心翼翼地记录他的硬度的研究,1922年发表重要论文,与布氏硬度规模现在是几个罗克韦尔尺度用于不同的材料。

近一个世纪后的今天,洛氏硬度分为六个单独的域,的发展超高压科学和新方法如nanoindentation给我们越来越了解硬质材料制造。但对于我们这些旋转的自行车,洛氏的试验机仍然可以确保我们的轴承硬度继续滚动。

安德里亚·萨拉(@Sellathechemist)化学教授伦敦大学学院、英国

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我感谢马克Miodownik和朱利安·埃文斯的他们的想法和建议。