تشير صلابة المواد المعدنية إلى قدرة المادة على مقاومة التشوه المحلي، وخاصة التشوه البلاستيكي، أو المسافة البادئة، أو الخدش. وهو مؤشر على ليونة المادة أو صلابتها.
تنقسم الصلابة إلى ثلاثة أنواع بناءً على طرق الاختبار.
صلابة الصفر: يستخدم هذا في المقام الأول لمقارنة صلابة المعادن المختلفة. تتضمن الطريقة استخدام قضيب ذو طرف صلب والآخر ناعم، ثم سحب القضيب عبر المادة التي يتم اختبارها. يحدد الموقع الذي تظهر فيه الخدوش صلابة المادة. من الناحية النوعية، يترك الجسم الأكثر صلابة خدشًا أطول، بينما يترك الجسم الأكثر ليونة خدشًا أقصر.
صلابة المسافة البادئة: يستخدم هذا بشكل رئيسي للمواد المعدنية. تتضمن الطريقة تطبيق حمل محدد للضغط على مسافة بادئة معينة في المادة التي يتم اختبارها. يتم تحديد صلابة المادة من خلال مدى تشوه البلاستيك المحلي على السطح. نظرًا للاختلافات في المسافة البادئة والحمل ومدة الحمل، هناك عدة أنواع من اختبارات صلابة المسافة البادئة، بما في ذلك صلابة برينل وصلابة روكويل وصلابة فيكرز والصلابة الدقيقة وغيرها.
انتعاش صلابة: يستخدم هذا بشكل رئيسي للمواد المعدنية. تتضمن الطريقة السماح لمطرقة مصممة خصيصًا بالسقوط بحرية من ارتفاع معين والتأثير على عينة المادة التي يتم اختبارها. يتم تحديد صلابة المادة من خلال كمية طاقة الانفعال التي تمتصها العينة (ثم تطلقها) أثناء الاصطدام، والتي يتم قياسها من خلال الارتفاع الذي ترتد إليه المطرقة.
اختبارات الصلابة الأكثر شيوعًا للمواد المعدنية - صلابة برينل، وصلابة روكويل، وصلابة فيكرز - تندرج تحت فئة صلابة المسافة البادئة. تمثل قيمة الصلابة قدرة المادة على مقاومة التشوه البلاستيكي عند الضغط على جسم آخر على سطحها. تقيس اختبارات صلابة الارتداد (شور، ليب) الصلابة بناءً على مدى التشوه المرن للمعدن، حيث تشير قيمة الصلابة إلى قدرة المادة على التشوه المرن.
صلابة برينل
إندينتر بقطرDيتم ضغط كرة مصنوعة من الفولاذ المقسى أو كرة كربيد على سطح العينة بقوة الاختبار المقابلةF. بعد فترة الانتظار المحددة، تتم إزالة قوة الاختبار، مما يترك مسافة بادئة بقطرd. يتم حساب قيمة صلابة برينل عن طريق قسمة قوة الاختبار على مساحة سطح المسافة البادئة. القيمة الناتجة هي صلابة برينل، ويشار إليها بـHBSأواتش بي دبليو.
ح الفرق بينHBSواتش بي دبليويكمن في نوع إندينتر المستخدم.HBSيشير إلى اختبار باستخدام كرة فولاذية مقساة مثل المسافة البادئة، والتي تستخدم عادةً لقياس قيم صلابة برينل في المواد ذات الصلابة أقل من 450، مثل الفولاذ الناعم والحديد الزهر الرمادي والمعادن غير الحديدية.اتش بي دبليومن ناحية أخرى، يستخدم كرة كربيد كنقطة إندينتر ويستخدم لقياس قيم صلابة برينل في المواد ذات الصلابة أقل من 650.
بالنسبة لنفس قطعة الاختبار وتحت ظروف اختبار متطابقة، ستختلف نتائج الطريقتيناتش بي دبليوالقيم غالبا ما تكون أعلى منHBSقيم. ومع ذلك، لا توجد علاقة كمية ثابتة بين الاثنين.
منذ عام 2003، اعتمدت الصين المعيار الدولي واستبدلت استخدام الكرات الفولاذية المتصلبة بكرات كربيد لاختبار صلابة برينل. نتيجة ل،HBSلم يعد يستخدم، واتش بي دبليوأصبح الترميز القياسي لصلابة برينل. في كثير من الحالات،غ.بيستخدم وحده لتمثيل صلابة برينل، والتي تشير عادة إلىاتش بي دبليو. لكن،HBSلا يزال من الممكن رؤيته في بعض الأدبيات والأوراق الأكاديمية.
يعد اختبار صلابة برينل مناسبًا لمواد مثل الحديد الزهر والسبائك غير الحديدية ومختلف أنواع الفولاذ الملدن أو المقسى. إنه غير مناسب لاختبار المواد الصلبة جدًا، أو الصغيرة جدًا، أو الرقيقة جدًا، أو العينات التي لا يمكنها تحمل المسافات البادئة الكبيرة على أسطحها.
صلابة روكويل
تستخدم هذه الطريقة مسافة بادئة مخروطية ماسية بزاوية قمة تبلغ 120 درجة أو كرة فولاذية صلبة كمسافة بادئة، بالإضافة إلى تكوين حمل محدد. يبدأ الاختبار بحمل أولي قدره 10 كجم، يليه تطبيق حمل إجمالي (وهو مجموع الحمل الأولي والحمل الرئيسي) يبلغ 60 أو 100 أو 150 كجم. يتم الضغط على إندينتر في العينة تحت هذه الأحمال بالتتابع. بعد تطبيق الحمل الإجمالي، يتم تحديد الصلابة من خلال الفرق في عمق المسافة البادئة بين العمق تحت الحمل الأولي والعمق تحت الحمل الإجمالي بمجرد إزالة الحمل الرئيسي، بينما يبقى الحمل الأولي.
تُستخدم هذه الطريقة عادةً فيصلابة روكويلاختبار. يتم استخدام عمق المسافة البادئة تحت الحمل الأولي والحمل الإجمالي لحساب قيمة الصلابة، والتي تعكس مقاومة المادة للمسافة البادئة تحت كلا التحميلين.
يستخدم اختبار صلابة روكويل ثلاث قوى اختبار مختلفة وثلاثة أنواع من المسافات البادئة، مما يؤدي إلى تسع مجموعات محتملة، كل منها يتوافق مع أحد مقاييس صلابة روكويل التسعة. تغطي هذه المقاييس التسعة جميع المواد المعدنية شائعة الاستخدام تقريبًا. المقاييس الأكثر استخدامًا هيHRA, HRB، ولجنة حقوق الإنسان، معلجنة حقوق الإنسانكونها الأكثر تطبيقا على نطاق واسع.
الجدول القياسي لاختبار صلابة روكويل
|
رموز الصلابة |
أنواع المسافة البادئة |
F/N (كجم) |
نطاق الصلابة |
التطبيقات |
|
HRA |
مخروط الماس 120 درجة |
588.4(60) |
20~88 |
كربيد، سيرميت، والفولاذ المتصلب السطح |
|
HRB |
Ø1.588 ملم كرة فولاذية صلبة |
980.7(100) |
20~100 |
الفولاذ الملدن والمطبيع، سبائك الألومنيوم، سبائك النحاس، الحديد الزهر |
|
لجنة حقوق الإنسان |
مخروط الماس 120 درجة |
1471(150) |
20~70 |
الفولاذ المروي، والفولاذ المقسى، والفولاذ المتصلب بسطح عميق |
المقياس HRCيستخدم عادةً لقيم الصلابة التي تتراوح من 20 إلى 70 HRC. عندما تكون قيمة الصلابة أقل من 20 HRC، تنخفض حساسية الاختبار لأن الطرف المخروطي لإيندينتر يخترق المادة بعمق شديد. في هذه الحالة،مقياس HRBيجب استخدامه بدلاً من ذلك، لأنه أكثر ملاءمة للمواد اللينة.
عندما تتجاوز صلابة العينة 67 HRC، يصبح الضغط عند طرف إندينتر مرتفعًا جدًا، مما قد يؤدي إلى تلف الماس وتقصير عمر إندينتر بشكل كبير. لذلك، يوصى عمومًا بالتبديل إلىمقياس HRAللمواد ذات الصلابة أكبر من 67 HRC.
إن اختبار الصلابة Rockwell سهل التشغيل وسريع وينتج فجوات صغيرة، مما يجعله مناسبًا لاختبار أسطح المنتج النهائي بالإضافة إلى قطع العمل الأكثر صلابة ورقيقة. نظرًا للمسافة البادئة الصغيرة، يمكن أن تتقلب قيمة الصلابة بشكل ملحوظ بالنسبة للمواد ذات البنية المجهرية غير المستوية أو الصلابة، مما يؤدي إلى دقة أقل مقارنة باختبار صلابة برينل. يُستخدم اختبار صلابة روكويل بشكل شائع لقياس صلابة الفولاذ والمعادن غير الحديدية والمواد الكربيدية والسبائك الأخرى.
صلابة فيكرز
مبدأ قياس صلابة فيكرز مشابه لمبدأ صلابة برينل. يتم استخدام إندينتر الهرم الماسي بزاوية مضمنة قدرها 136 درجة، وقوة اختبار محددةFيتم تطبيقه على سطح المادة. وبعد الحفاظ على الحمل لفترة محددة، تتم إزالة قوة الاختبار. يتم تحديد قيمة الصلابة من خلال متوسط الضغط الممارس على وحدة مساحة السطح للمسافة البادئة للهرم ذي القاعدة المربعة، ويتم الإشارة إلى قيمة الصلابة بالرمزالجهد العالي.
يتمتع اختبار صلابة فيكرز بنطاق قياس واسع، وهو قادر على قياس المواد ذات قيم الصلابة التي تتراوح من10 إلى 1000 فولت. المسافة البادئة صغيرة، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص لقياس المواد الرقيقة والطبقات المتصلبة السطح، مثل الأسطح المكربنة أو المنتردة.
صلابة ليب
في اختبار صلابة ليب، يتم استخدام جسم تصادم مع كرة كربيد التنجستن لضرب سطح العينة تحت قوة معينة، مما يؤدي إلى ارتدادها. بسبب اختلاف صلابة المادة، تختلف سرعة الارتداد. جهاز التصادم مزود بمغناطيس دائم، وعندما يتحرك جسم التصادم لأعلى ولأسفل، فإن الملف المحيط يولد إشارة كهرومغناطيسية تتناسب مع سرعة الارتداد. يتم بعد ذلك تحويل هذه الإشارة إلى قيمة صلابة ليب من خلال دائرة إلكترونية، ويتم الإشارة إلى القيمة بالرمزهل.
لا يتطلب اختبار صلابة Leeb طاولة عمل؛ مستشعر الصلابة الخاص به صغير مثل القلم ويمكن تشغيله باليد مباشرة. وهذا يجعل من السهل اختبار قطع العمل الكبيرة والثقيلة أو العينات المعقدة هندسيًا دون صعوبة.
ميزة أخرى لاختبار صلابة Leeb هي أنه يسبب ضررًا طفيفًا جدًا لسطح المنتج، وفي بعض الحالات، يمكن استخدامهاختبار غير مدمر. إنها فريدة بشكل خاص لاختبار الصلابة في اتجاهات مختلفة، ومساحات ضيقة، ومناطق متخصصة، حيث قد يكون من الصعب تطبيق طرق أخرى.
