ثلاث طرق شائعة لاختبار الصلابة

يعد اختبار الصلابة طريقة مهمة لتقييم الخواص الميكانيكية في علم المواد، حيث يساعد في تحديد مقاومة المادة للمسافة البادئة أو الخدش أو التآكل. فيما يلي ثلاث طرق لاختبار الصلابة مستخدمة على نطاق واسع، ولكل منها مبادئها وتطبيقاتها وخصائصها.

 

1. اختبار صلابة روكويل

يقيس اختبار صلابة روكويل صلابة المادة عن طريق تحديد عمق المسافة البادئة الناتجة عن مسافة بادئة معينة تحت حمل معين. يستخدم حملين: حمل بسيط أولي لضمان الاتصال المتسق وحمل كبير لإنشاء المسافة البادئة. يتم اشتقاق قيمة صلابة روكويل من الفرق في عمق المسافة البادئة قبل وبعد تطبيق الحمل الرئيسي.

 

1. المسافات البادئة والمقاييس:

 

روكويل سي (HRC): يستخدم إندينتر مخروطي ماسي ومناسب للمواد الصلبة مثل الفولاذ المقسى والكربيد الأسمنتي وفولاذ الأدوات.

 

روكويل بي (HRB): تستخدم مسافة بادئة كروية فولاذية بقطر 1/16 بوصة، مثالية للمواد الأكثر ليونة مثل الفولاذ الملدن، وسبائك النحاس، وسبائك الألومنيوم.

 

روكويل أ (HRA): تستخدم أيضًا مسافة بادئة مخروطية ماسية ولكن بحمل أقل، وتستخدم للمواد شديدة الصلابة مثل صفائح الفولاذ الرقيقة والطبقات الصلبة - الضحلة.

 

1. التطبيقات: يستخدم على نطاق واسع في صناعة المعادن والسبائك والمكونات المعالجة بالحرارة -. على سبيل المثال، في صناعة السيارات، يتم استخدامه لاختبار صلابة أجزاء المحرك ومكونات ناقل الحركة للتأكد من متانتها.

 

2. اختبار صلابة برينل

يتضمن اختبار صلابة برينل الضغط على مسافة بادئة من الفولاذ الصلب أو كرة كربيد على سطح المادة تحت حمل محدد لفترة معينة ثم قياس قطر المسافة البادئة. يتم حساب رقم صلابة برينل (HB) بناءً على الحمل ومساحة سطح المسافة البادئة.

 

• مبدأ: يتم حساب صلابة برينل (HB) عن طريق قسمة مرتين على الحمل المطبق (F) على [π مضروبًا في قطر المسافة البادئة (D)، ثم ضربه في (D ناقص الجذر التربيعي لـ (D تربيع ناقص قطر المسافة البادئة (d) تربيع))].

 

• سمات: يوفر مسافة بادئة كبيرة نسبيًا، مما يجعل نتيجة الاختبار أقل تأثرًا بعدم التجانس المحلي للمادة، لذا فهو مناسب لاختبار المواد ذات الحبيبات الخشنة أو الهياكل غير المستوية، مثل الحديد الزهر والمسبوكات المعدنية غير الحديدية -.

 

• التطبيقات: يشيع استخدامها في اختبار قطع العمل الكبيرة والمطروقات والمسبوكات. وفي صناعة البناء والتشييد، يمكن استخدامه لاختبار صلابة القضبان الفولاذية والفولاذ الهيكلي لضمان جودة هياكل البناء.

 

3. اختبار صلابة فيكرز

يستخدم اختبار صلابة فيكرز أداة هرم مربعة ماسية للضغط على سطح المادة تحت حمل محدد. يتم الحصول على رقم صلابة فيكرز (HV) بتقسيم الحمل المطبق على مساحة سطح المسافة البادئة.

 

• مبدأ: صيغة صلابة فيكرز هي HV=0.1891F/d²​، حيث F هو الحمل وd هو متوسط ​​الطول القطري للمسافة البادئة.

 

• المزايا: يمكن تطبيقه على نطاق واسع من الأحمال، بدءًا من الأحمال الخفيفة جدًا لاختبار الأغشية الرقيقة أو المكونات الصغيرة وحتى الأحمال الثقيلة لاختبار المواد السائبة. كما أن نتائج الاختبار دقيقة للغاية ويمكن تحويلها بسهولة إلى مقاييس الصلابة الأخرى.

 

• التطبيقات: يستخدم على نطاق واسع في اختبار الأجزاء الدقيقة، مثل تلك الموجودة في صناعة الطيران (مكونات المحرك، وشفرات التوربينات)، والمكونات الإلكترونية، والأجهزة الطبية، حيث تتطلب الدقة العالية.

 

خاتمة

تتمتع كل طريقة من طرق اختبار الصلابة الثلاث هذه بمزاياها الخاصة وسيناريوهاتها القابلة للتطبيق. يعد اختبار Rockwell سريعًا ومناسبًا لمراقبة الجودة الروتينية؛ يعد اختبار برينل جيدًا للمواد ذات الحبيبات الخشنة -؛ ويوفر اختبار فيكرز دقة عالية وتنوعًا. يعتمد اختيار الطريقة الصحيحة على نوع المادة وحجم المكون والدقة المطلوبة ومتطلبات التطبيق المحددة.