روش های سختی سنجی

۱۳۹۲/۰۶/۲۲

 

سختي يك ماده عبارتي است كه به خوبي تعريف نشده است، ولي بسته به  تجربه كسي كه با آن سروكار دارد معاني زيادي به خود مي گيرد. به طور  كلي معمولاً سختي حاكي  از مقاومت در  برابر  تغيير شكل بوده و اين  خاصيت در فلزات معياري از مقاومت آنها در برابر تغيير شكل مومسان يا دائم است. براي كسي كه با علم مكانيك آزمايش  مواد سروكار  دارد به احتمال زياد سختي به معني مقاومت در برابر فرورفتگي است. براي  مهندس طراح غالباً يك كميت معين و از نظر اندازه گيري ساده مي باشد و اطلاعاتي از استحكام و عمليات حرارتي فلز به دست مي دهد.

 

سختي يك خاصيت اساسي ماده نيست اما در رابطه با خواص پلاستيكي و الاستيكي قطعه مطرح مي شود. براي مثال براي يك قطعه سختي در دو نقطه مختلف ممكن است فرق داشته باشد. در صورتيكه خصوصياتي مثل مدول الاستيسيته براي يك قطعه مشخص مي باشد. روش آزمايش و آماده كردن نمونه معمولاً ساده است و نتايج ممكن است در برآورد كردن خصوصيات مكانيكي ديگر مورد استفاده قرار گيرد. تست سختي به طور گسترده اي در بازرسيها و كنترل قطعات مورد استفاده قرار مي گيرد. دربسياري از كاربردهاي صنعتي نياز به قطعاتي است كه داراي سطحي سخت بوده، و در عين حال از چقرمگي 1 و مقاومت به ضربه خوبي نيز برخوردار باشند. از جمله مواردي كه مي توان در اين رابطه به عنوان مثال به آنها اشاره كرد عبارتند از : ميل لنگ، ميل بادامك، چرخ دنده و قطعات مشابه. اين قطعات بايد سطحي بسيار سخت و مقاوم در برابر سايش داشته و همچنين بسيار چقرمه و مقاوم در برابر ضربه هاي وارده در حين كار باشندبه طور كلي بسته به نحوه اجراي آزمايش سختي، مي توان آزمون هاي موجود را به سه دسته كلي تقسيم بندي نمود :

  

1- آزمون سختي الاستيك  Elastic Hardness Test : ( سختي برگشت يا انعكاس ) 

2- آزمون سختي خراش Scratch Hardness Test :  ( مقاومت در برابر برش يا سايش )

3- آزمون سختي فرورفتگيPenetration Hardness Test :  ( مقاومت در برابر فرورفتگي )   

 
1- آزمون سختي الاستيك  Elastic Hardness Test :  

 

 

دراندازه گيري سختي به اين طريق، معمولاً ساچمهء سختي از فاصله اي معين بر سطح فلز مورد آزمون مي افتد  و با توجه به ارتفاع برگشت ساچمه كه خود نشانگر ميزان انرژي جذب شده  توسط سطح  فلزات  است ، سختي فلز  تعيين مي شود. دستگاه  اسكلروسكوپ را  كه متداول ترين دستگاه آزمايش  سختي  ديناميك است و سختي را بر حسب  ارتفاع  بازگشت ساچمه اندازه مي گيرد.

 

 

2- آزمون سختي خراش Scratch Hardness Test : (مقاومت در برابر برش يا سايش )

 

 اين روش آزمون از اولين روشهاي بررسي سختي اجسام مي باشد، كه توسط زمين شناس معروف، موس 1 بنيان نهاده شده است. اين روش بر اساس رده بندي كانيهاي مختلف بر اساس توانائيهاي هر يك در ايجاد خراش بر روي ديگري است. بدين ترتيب جسم سخت تر قابليت ايجاد خراش بر روي جسم نرم تر را دارا مي باشد. بر اساس اين اصل مي توان جدولي تهيه نمود كه در آن نرمترين كاني با شماره 1 تالك بوده و سخت ترين آن با شماره 10 الماس است. مزيت اين روش سهولت آن بوده و يك ديد سريع به كارشناسان مي دهد. آزمون سختي موس در بين زمين شناسان بسيار رايج بوده لكن استفاده عملي در مباحث مهندسي ندارد. عيب بزرگ اين روش حدودي بودن آن و عدم يكنواختي بين مقياسهاست . عدد سختي مواد مختلف در مقياس موس در جدول 1 آورده شده است.

 

 
در نوع ديگري از آزمايش سختي خراش، عمق يا عرض خراشي كه در اثر كشيدن سوزن الماسه با يك بارمعين روي سطح ايجاد شده، اندازه گرفته مي شود. اين وسيله گرچه براي اندازه گيري سختي نسبي اجزاي ريز ابزار مفيدي است، ولي دقت زياد نداشته و تكرار پذير نيست.

 

اگر يك ماده نامشخص با شماره 6 خراشيده شود ولي با شماره 5 خراشيده نشود، سختي آن بين 5 و 6 خواهد بود. بزرگ ترين عيب اين روش آنست كه مقياس سختي يكنواخت نيست. وقتي كه سختي مواد معدني با روشهاي ديگر سختي سنجي اندازه گرفته مي شود، درمي يابيم كه مقادير بين 1 و 9 خلاصه شده و بين 9 تا 10 يك فاصله و خلاء بزرگي افتاده است.

    

: File testاين روش به روش مقاومت در برابر سايش موسوم مي باشد. در اين روش به صورتي قطعه را مورد بررسي قرار مي دهند كه مشاهده كنند قطعه مزبور توسط سوهاني كه زبري يا سختي آن مشخص است ساييده مي شود يا خير. آزمايشهاي مقايسه اي با يك سوهان يا ابزار ساييدگي بستگي دارد به : اندازه، شكل، و سختي ابزار و سرعت، فشار و زاويه سايش در طي آزمايش، و به تركيب و عمليات حرارتي مواد تحت آزمايش. اين روش بطور كلي در صنعت به عنوان يك معيار قبول يا رد مواد مورد استفاده قرار مي گيرد.

   

3- آزمون سختي فرورفتگی Penetration Hardness Test : 

 

اين آزمون و روش هاي مختلف آن از مهم ترين ابزارهاي مهندسي به شمار مي آيند. در اين آزمون كه به آزمون سختي نفوذ  نيز موسوم مي باشد، ميزان سختي را بوسيله مقاومت جسم در مقابل فرورونده  مي سنجند. بطور كلي عدد سختي، عدد و ارزشي است كه در روشهاي مختلف اين آزمون بدست مي آيد و حدود زيادي با يكديگر و بااستحكام كششي نهايي  تا  فلزات غير شكننده متناسب است.

 

در اين روشها با فروبردن يك فرورونده ( ساچمه، هرم يا مخروط هاي سخت فولادي ) و گودكردن جسم، سختي آن را از روي عمق فرورفتگي يا عرقچين حاصله اندازه گيري مي كنند. چهار روش متداول براي انجام آزمايش سختي فرورفتگي يا سختي نفوذي وجود دارد كه عبارتند از :

 

الف ) آزمون سختي برينل Brinell Hardness test

 ب ) آزمون سختي راكول  Rockwell Hardness test 

ج )آزمون سختي ويكرز   Vickers Hardness test 

 د ) آزمون ريزسختي  Microhardness Hardness test