مقدمة: ما هي الصلابة

الصلابة هي خاصية أي مادة لمقاومة التشوهات في شكلها عندما تتعرض لقوة خارجية. يعد اختبار الصلابة مهمًا للتطبيقات الفنية والهندسية لأنه يساعد في تحديد صلابة المواد وقوة شدها.

يساعد على تطوير فهم واضح لما إذا كانت العينة التي يتم اختبارها مناسبة لتطبيقات محددة. إنه يساعد الصناعات على صنع منتجات نهائية آمنة وعالية الجودة تلبي لوائح وإرشادات السلامة التي وضعتها السلطات المختصة.

نناقش أدناه الأنواع المختلفة للصلابة والطرق المختلفة لاختبار الصلابة وتحديد قيم الصلابة:

صلابة الخدش

صلابة الخدش هي قدرة المادة على مقاومة التشوه عادة عن طريق الخدوش والجروح. صلابة الخدش هي أحد أنواع الصلابة التي يتم قياسها عندما يتم خدش سطح العينة بواسطة قلم يتم سحبه على طول سطحه تحت حمل اختبار ثابت.

تحدد طريقة صلابة الخدش مقاومة المادة للحرث بواسطة قلم صلب. يقيس صلابة المادة وقدرتها على مقاومة الخدوش والجروح. بشكل عام ، يتكون جهاز اختبار صلابة الخدش من قلم ، ومرحلة حمل عينة محمولة ، وجهاز تحميل ، ووحدة معالجة البيانات وعرضها.

[ux_featured_products products = "" أعمدة = "4 ″]

تم إجراء أولى اختبارات صلابة الخدش من قبل فريدريش موس في عام 1820 الذي طور أيضًا مقياس موس. يقيس اختبار صلابة الخدش مقاومة العينة للكسر أو التشوه الدائم بسبب الاحتكاك الناجم عن القلم على طول سطحه.

يستخدم هذا الاختبار مادة أكثر صلابة لخدش سطح العينة المصنوع من مادة أكثر نعومة نسبيًا. عندما تحتاج إلى اختبار الطلاء ، تشير صلابة الخدش إلى القوة اللازمة لقطع الفيلم إلى الركيزة. يستخدم مقياس موس لقياس مقاومة الخدش للمواد جنبًا إلى جنب مع جهاز قياس يعرف باسم مقياس الصلابة.

صلابة المسافة البادئة

تشير صلابة المسافة البادئة إلى صلابة المادة التي يتم تحديدها عن طريق عمل مسافة بادئة على سطحها باستخدام مسافة بادئة مناسبة تحت حمل اختبار.

هناك العديد من طرق اختبار المسافة البادئة المختلفة التي تقيس عمق المسافة البادئة على سطح العينة لقياس صلابتها. يمكن تقسيم اختبارات صلابة المسافة البادئة إلى فئتين - اختبارات المسافة البادئة الكلية واختبارات المسافة البادئة الدقيقة. تستفيد اختبارات المسافة البادئة الكلية من أحمال اختبار كبيرة تزيد عن 1 كجم ويمكن أن تصل إلى 3000 كجم في بعض الحالات.برج آلي بشاشة عرض رقمية منخفضة الحمولة فيكرز جهاز اختبار صلابة

يشتمل النوع البارز من طرق اختبار المسافة البادئة الكلية على طريقة اختبار صلابة روكويل ، وطريقة برينل ، واختبار فيكرز ، وطريقة اختبار الصلادة ، إلخ. عينة ، إلخ.

أحمال الاختبار المطبقة على اختبارات صلابة المسافة البادئة الدقيقة أقل بكثير ويمكن أن تتراوح بين 1 إلى 1000gf. يمكن استخدام اختبارات المسافة البادئة الدقيقة لقياس التغيرات في الصلابة على مقياس مجهري. طريقة فيكرز وطرق اختبار صلابة Knoop هما طريقتان شائعتان لاختبار صلابة المسافة البادئة الدقيقة.

يمكن أن تكون اختبارات صلابة المسافة البادئة عرضة للأخطاء. تشمل المصادر الرئيسية للأخطاء أثناء قياس الصلابة التقنية السيئة ، والمعايرة غير الصحيحة لمعدات الاختبار ، والتشطيب غير المناسب لسطح العينة ، وما إلى ذلك. يجب أن يكون سطح الاختبار خاليًا من أي أوساخ أو أكسدة أو تزييت للحصول على تقديرات موثوقة للصلابة. يجب أن يكون indenter عموديًا أيضًا على سطح العينة لأن أي ميل سيؤدي إلى قياسات صلابة خاطئة.

صلابة الارتداد

تقيس صلابة الارتداد التي تُعرف أيضًا بالصلابة الديناميكية صلابة المادة عن طريق تحديد الارتفاع الذي ترتد إليه المطرقة ذات الرؤوس الماسية عند إسقاطها من ارتفاع إلى العينة. هذا النوع من الصلابة مرتبط بالمرونة.

يتم قياس صلابة الارتداد بشكل عام باستخدام اختبار صلابة الارتداد ليب. تم تطوير هذه الطريقة في عام 1975 من قبل ليب وبرانديستيني باستخدام جهاز اختبار صلابة محمول. قدم هذا الاختبار بديلاً جديدًا لمعدات اختبار الصلابة التقليدية المعقدة والمعقدة.جهاز اختبار صلابة فيكرز التلقائي للبرج المبرمج

تتبع طريقة اختبار صلابة ارتداد Leeb الإجراءات المعيارية. سرعة الجسم تتراوح بين 1.4 م / ث إلى 3 م / ث. بموجب هذه الطريقة ، يتم قياس سرعة الجسم قبل التأثير وبعده لتحديد صلابة العينة.

تعطي نسبة سرعة التأثير إلى سرعة الارتداد صلابة ليب الديناميكية لعينة الاختبار. يمكن أن يكون الكائن المستخدم في إحداث التأثير على العينة عبارة عن كوبالت كربيد التنجستن ، أو سيراميك أو ماسي ، أو إنطين على شكل كرة بنصف قطر مختلف.

يتم تمثيل صلابة العينة التي تحددها هذه الطريقة (على سبيل المثال) 750 HL D حيث يشير 750 إلى قيمة الصلابة ، بينما يشير HL إلى "الصلابة وفقًا لـ Leeb" ويمثل D طريقة Leeb مع جسم التأثير الكروي من كربيد التنجستن والكوبالت بنصف قطر 1.5 مم ووزن 4.5 جرام.

اختيار أفضل طريقة لاختبار الصلابة

تعتمد صلابة المادة على عدد من العوامل مثل تجانس المادة ونوع المادة وحجمها وحالتها.

هناك أنواع مختلفة من طرق اختبار الصلابة التي يجب اختيارها بعناية للحصول على قياسات الصلابة الأكثر دقة وموثوقية.

جهاز اختبار صلابة الكمبيوتر (نصف أوتوماتيكي) لجدول الناقل المبرمج

جهاز اختبار صلابة الكمبيوتر (نصف أوتوماتيكي) لجدول الناقل المبرمج

تشمل العوامل التي يجب مراعاتها قبل اختيار طرق اختبار الصلابة المثالية - نوع المادة المراد اختبارها ، وصلابة المادة المراد اختبارها ، وتجانس المادة ، وحجم العينة ، إذا كان التركيب ضروريًا لاختبار الصلابة ، سماكة العينة ، إلخ.

اختبار صلابة روكويل

اختبار صلابة روكويل هو الطريقة الأكثر شيوعًا وسرعة لاختبار الصلابة. إنه مثالي بشكل عام لاختبار صلابة العينات ذات الأحجام الكبيرة.

يمكن استخدامه إما في خط التجميع أو في المعامل لاختبار الصلابة. إنها تستخدم كرة فولاذية أو إنديتر مخروطي ماسي لقياس الصلابة اعتمادًا على صلابة المادة المراد اختبارها.

لبدء اختبار Rockwell ، يتم تطبيق حمولة صغيرة تبلغ 10Kgf بشكل عام على إندينتر. ثم يتحرك indenter تحت حمل الاختبار إلى سطح العينة. بينما لا يزال إندينتر تحت تأثير حمل الاختبار الصغير ، يتم أيضًا تطبيق حمل اختبار رئيسي إضافي عليه. هذا يضمن مسافة بادئة أفضل على سطح العينة وهو واضح وقابل للقياس.

طريقة Rockwell لاختبار الصلابة شائعة لأنها لا تتأثر بتحيز المشغل أو خشونة السطح الذي يتم اختبار صلابته.

لا تستخدم أي معدات بصرية معقدة أو مكلفة لقياس صلابة العينة ، مما يجعلها طريقة فعالة من حيث التكلفة لاختبار الصلابة. إنها طريقة غير مدمرة لاختبار الصلابة مما يعني أن عينة العينة التي يتم اختبارها لم يتم تدميرها ويمكن استخدامها لأغراض أخرى بعد اكتمال إجراء الاختبار.اختبار صلابة روكويل (النوع الكلاسيكي)

هذه الطريقة لها عيوبها أيضًا لأنها ليست دقيقة جدًا مقارنة بالطرق الأخرى لاختبار الصلابة. يمكن أن يؤدي الانحراف الصغير في قياس عمق المسافة البادئة إلى التخلص من قراءات الصلابة إلى حد كبير.

إذا كان إندينتر في هذه الطريقة مهترئًا ، فيمكنه توفير قياسات صلابة خاطئة غير موثوقة.

يتم حساب قيمة صلابة روكويل باستخدام مخططات التحويل. يوجد ما يقرب من 30 مقياس روكويل ولكن معظم المواد مغطاة بمقاييس Rockwell C و B. يتم تمثيل قيم الصلابة في اختبار Rockwell (مثال) 70 HRB حيث 60 هي قراءة الصلابة على المقياس B.

 

اختبار صلابة برينل

يعد اختبار صلابة برينل من أقدم الطرق وأكثرها استخدامًا لاختبار صلابة المواد. تم تطوير هذه الطريقة من قبل JA Brinell في عام 1900. وهي مثالية لقياس صلابة العينات التي تكون قاسية جدًا أو بالطبع لا يمكن قياسها بطرق أخرى.

تتضمن طريقة برينل استخدام أحمال اختبار أعلى يمكن أن تصل إلى 3000 كيلوجرام ثقلي وقطر الكرة بشكل عام 10 ملم.اختبار صلابة روكويل السطحية الكهربائية

لقياس صلابة المعادن والسبائك الأكثر ليونة ، يتم أيضًا استخدام أحمال اختبار أصغر تصل إلى 500 كجم. يتم تطبيق حمل الاختبار المحدد مسبقًا على الجزء الداخلي الكروي الذي يتم تثبيته على سطح العينة لمدة 10-15 ثانية بشكل عام ثم يتم نقله.

يتم بعد ذلك قياس عمق المسافة البادئة التي تم إجراؤها بواسطة أداة المسافة على سطح العينة ودراستها باستخدام معدات بصرية متقدمة تضمن دقة وموثوقية أفضل.

ثم يتم استخدام مخطط تحويل برينل لتحويل متوسط قطر المسافة البادئة إلى قيمة صلابة برينل المقابلة. باستخدام مخططات التحويل ، يمكن أيضًا تحويل قيمة صلابة برينل إلى قوة الشد المقابلة.

تأتي طريقة برينل لاختبار الصلابة مع بعض العيوب أيضًا. يمكن للمشغل أن يرتكب أخطاء في قياس عمق المسافة البادئة على سطح العينة والتي يمكن أن تؤثر بشكل كبير على قياسات الصلابة.

نظرًا لأن الطريقة تتضمن معدات بصرية متطورة ومتطورة لقياس صلابة العينة ، فهي أكثر تكلفة مقارنة بطريقة Rockwell. كما يستغرق اختبار الصلابة مزيدًا من الوقت حيث يحتاج سطح العينة إلى التحضير قبل الاختبار.

لن تعمل طريقة برينل أيضًا بدقة إذا كان سطح العينة رقيقًا جدًا ، أي أقل من 9.6 ملم.

يتم تمثيل قراءات الصلابة باستخدام طريقة برينل على أنها 600 HBW حيث يشير 600 إلى قيمة الصلابة بينما يشير HBW إلى "صلابة برينل" مع وضع كرة التنجستن. إذا تم استخدام إندينتر الكرة الفولاذية ، فسيتم تمثيل القراءات على أنها 600 HBS حيث يشير HBS إلى "صلابة برينل" مع كرة فولاذية إندينتر.

اختبار صلابة فيكرز

يستخدم اختبار فيكرز نفس مبدأ طريقة برينل مع الاستثناء الوحيد وهو نوع إندينتر المستخدم.

يجب تغيير نوع إندينتر وفقًا لطريقة برينل اعتمادًا على نوع المادة التي يتم اختبارها. ومع ذلك ، يتم استخدام نفس الماس في طريقة فيكرز لقياس صلابة جميع أنواع العينات.برج آلي بشاشة عرض رقمية منخفضة الحمولة فيكرز جهاز اختبار صلابة

إن indenter المستخدم في هذه الطريقة في شكل هرم قائم. يتم تطبيق حمل اختبار على المسافة البادئة التي تضغط على نفسها على سطح العينة وبالتالي تترك مسافة بادئة.

يتم قياس الأطوال القطرية لعلامات المسافة البادئة هذه باستخدام أنظمة بصرية ، مما ينتج عنه قراءات صلابة عالية الدقة. وقت المكوث - الوقت الذي يتم فيه تطبيق قوة الاختبار من خلال المسافة البادئة على سطح العينة - بشكل عام ما بين 10-15 ثانية في هذه الطريقة.

اختبار فيكرز باستخدام أحمال الاختبار الجزئي التي هي أقل بكثير مقارنة بطريقة برينل. إنها طريقة اختبار الصلادة الدقيقة وهي الأنسب لقياس صلابة المواد التي تكون رفيعة جدًا أو صغيرة جدًا لاختبار الصلابة الكلية.

هذه الطريقة هي الأنسب لقياس صلابة الصفائح الرقيقة من المعادن ، والعينات الصغيرة ، وما إلى ذلك. اختبار فيكرز هو طريقة غير مدمرة تضمن إمكانية استخدام العينة بعد اكتمال الاختبار. هناك بعض القيود على طريقة فيكرز.

يتطلب سطح العينة أن يكون خاليًا من أي عيوب وبالتالي هناك حاجة إلى وقت لإعداد سطح العينة قبل إجراء الاختبار. يستغرق إجراء هذا الاختبار ما لا يقل عن 30-60 ثانية والوقت لا يشمل الوقت المستغرق لإعداد سطح العينة.

لا ينصح باختبار فيكرز للإنتاج بالجملة في خطوط التجميع وهو أكثر ملاءمة للاختبارات المعملية. يتم تمثيل قياسات الصلابة في اختبار Vickers على أنها 700 HV / 10 حيث 700 هي قيمة صلابة Vickers التي تم التوصل إليها باستخدام قوة اختبار 10Kgf.

اختبار صلابة Knoop

طريقة اختبار صلابة Knoop هي بديل لطريقة فيكرز. إنها طريقة قياس الصلادة الدقيقة وهي مناسبة لقياس صلابة المواد الهشة والهشة مثل السيراميك. كما أنه مفيد في اختبار الصلابة للمناطق الصغيرة الممدودة مثل الطلاءات.

[أعمدة ux_latest_products = ”4 ″]

تستخدم طريقة Knoop أيضًا الماس الهرمي كمساحة بادئة ، لكن المسافة البادئة ممدودة بدلاً من أن تكون هرمًا قائمًا كما في طريقة فيكرز. نظرًا لاستخدام هذه الطريقة في اختبار صلابة المواد الهشة ، فإنها تستخدم أحمالًا صغيرة تصل إلى 1 كجم.

يخترق indenter المستخدم في هذه الطريقة سطح العينة بنصف عمق طريقة فيكرز ، مما يجعلها مثالية لاختبار صلابة العينة الهشة.

نظرًا لشكل المسافة البادئة ، فإن طريقة Knoop مناسبة بشكل أفضل لقياس العينات الطويلة مثل الطلاءات. من المهم ملاحظة أنه يجب تحضير سطح العينة بشكل صحيح قبل إجراء اختبار Knoop لضمان قياسات صلابة دقيقة وموثوقة.

 

arالعربية