سختی سنج چیست؟

استفاده از سختی سنج (Hardness Tester) به شما این امکان را می دهد تا خواص یک ماده مانند استحکام ، شکل پذیری و مقاومت در برابر سایش را ارزیابی کنید و بنابراین به شما کمک می کند تا مشخص کنید که آیا مصالح مواد یا مصالح برای مقاصد مورد نیاز شما مناسب است یا خیر.

تعریف آزمایش سختی “آزمایشی برای تعیین مقاومت یک ماده در برابر تغییر شکل دائمی با نفوذ مواد سخت تر دیگر است.” با این حال ، سختی یک ویژگی اساسی یک ماده نیست. بنابراین ، هنگام نتیجه گیری از آزمون سختی ، همیشه باید مقدار کمی را در رابطه با موارد زیر ارزیابی کنید:

• بار داده شده بر روی تورفتگی
• مشخصات زمان بارگذاری خاص و مدت زمان بارگذاری خاص
• یک هندسه تورفتگی خاص

طریقه آزمایش با سختی سنج چگونه است؟

یک آزمایش سختی معمولاً با فشار دادن یک شیء دارای ابعاد و بارگذاری شده (تورفتگی) به سطح موادی که در حال آزمایش آن هستید انجام می شود. سختی با اندازه گیری عمق نفوذ فرورفتگی یا اندازه گیری اندازه اثر به جا مانده از یک تورفتگی تعیین می شود.

• آزمونهای سختی که عمق نفوذ تورفتگی را اندازه گیری می کنند عبارتند از: راکول ، آزمایش تورفتگی ابزاردار و سختی تورفتگی توپ
• آزمونهای سختی که اندازه تاثیر گذاشته شده از تورفتگی را اندازه گیری می کنند عبارتند از: ویکرز ، کنوپ ، و برینل

انواع سختی سنج

1. سختی سنج قلمی
2.  پاندولی

 بهترین روش آزمون سختی سنج

نحوه انتخاب روش آزمون

آزمون سختی که انتخاب می کنید باید بر اساس ریزساختار – به عنوان مثال همگنی – مواد مورد آزمایش ، و همچنین نوع مواد ، اندازه قطعه و وضعیت آن تعیین شود.

در همه آزمون های سختی ، مواد زیر فرورفتگی باید نمایانگر کل ریز ساختار (مگر اینکه سعی کنید اجزای مختلف موجود در ریز ساختار را مشخص کنید) باشد. بنابراین ، اگر یک ریزساختار بسیار درشت و ناهمگن باشد ، شما نیاز به یک تصور بزرگتر از یک ماده همگن دارید.

چهار آزمون سختی اصلی وجود دارد که هر کدام مزایا و الزامات خاص خود را دارند. استانداردهای متفاوتی برای این آزمایشها وجود دارد که روشها و کاربرد آزمون سختی را به تفصیل توضیح می دهد.

هنگام انتخاب روش آزمون سختی ، ملاحظات مهم عبارتند از:

• نوع ماده ای که سختی آن مورد آزمایش قرار می گیرد
• آیا مطابقت با استاندارد الزامی است
• سختی تقریبی مواد
• همگنی/ناهمگونی مواد
• اندازه قطعه
• این که آیا نصب ضروری است
• تعداد نمونه های مورد آزمایش
• دقت مورد نیاز نتیجه

چهار نوع از رایج ترین آزمون سختی تورفتگی

آزمون سختی راکول

راکول یک روش سختی سریع برای کنترل تولید است که با بازخوانی مستقیم ، عمدتا برای مواد فلزی استفاده می شود. سختی راکول (HR) با اندازه گیری عمق یک تورفت پس از وارد شدن یک تورفتگی به ماده نمونه در یک بار معین محاسبه می شود.

• عموماً برای هندسه های نمونه بزرگتر استفاده می شود
• “آزمایش سریع” عمدتا برای مواد فلزی استفاده می شود
• قابل استفاده برای آزمایش های پیشرفته ، مانند Jominy (پایان خاموش کردن) (HRC)

آزمون سختی ویکرز

ویکرز یک آزمایش سختی برای همه مواد جامد ، از جمله مواد فلزی است. سختی ویکرز (HV) با اندازه گیری طول مورب یک فرورفتگی در مواد نمونه باقی مانده با معرفی تورفتگی هرمی الماس با بار معین محاسبه می شود. مورب های تورفت به منظور تعیین سختی ، با استفاده از جدول یا فرمول اندازه گیری می شوند.

• برای آزمایش سختی تمام مواد جامد ، از جمله مواد فلزی استفاده می شود
• مناسب برای طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی
• شامل یک زیر گروه آزمایش سختی جوش است.

آزمون سختی کنوپ

Knoop (HK) جایگزینی برای آزمایش Vickers در محدوده آزمایش سختی خرد است. عمدتا برای غلبه بر ترک خوردگی در مواد شکننده و همچنین برای تسهیل آزمایش سختی لایه های نازک استفاده می شود. تورفتگی یک الماس هرمی نامتقارن است و فاصله با اندازه گیری نوری قطر طولانی اندازه گیری می شود.

• برای مصالح سخت و شکننده مانند سرامیک استفاده می شود
• مناسب برای مناطق کوچک کشیده مانند پوشش ها

آزمون سختی برینل

آزمون سختی برینل برای آزمایش سختی نمونه های بزرگتر در موادی با ساختار دانه درشت یا ناهمگن استفاده می شود. تورفتگی آزمون سختی برینل (HBW) با استفاده از یک توپ کاربید تنگستن تأثیر نسبتاً بزرگی بر جای می گذارد. اندازه تورفت به صورت نوری خوانده می شود.

• برای موادی با ساختار دانه درشت یا ناهمگن استفاده می شود
• برای نمونه های بزرگتر استفاده می شود
• مناسب برای آهنگری و ریخته گری که عناصر سازه ای بزرگ هستند

نحوه اطمینان از صحت و تکرارپذیری در آزمایش سختی سنج

کاربرد صحیح آزمایش سختی مستلزم آماده سازی و اجرای دقیق آن است. با این حال ، هنگامی که اصول اولیه را در اختیار دارید ، اکثر آزمون های سختی دقت و تکرارپذیری خوبی را ارائه می دهند.

عوامل موثر بر آزمایش سختی

عوامل متعددی بر نتایج آزمون سختی تأثیر می گذارند. به عنوان یک قاعده کلی ، هرچه بار کمتری در آزمون سختی استفاده کنید ، عوامل بیشتری باید کنترل شوند تا از نتیجه گیری دقیق آزمون سختی اطمینان حاصل شود.

در اینجا چند مورد از مهمترین عواملی است که برای اطمینان از نتیجه گیری دقیق از آزمون سختی باید در نظر بگیرید.

• عوامل خارجی مانند نور ، خاک ، ارتعاشات ، دما و رطوبت باید کنترل شوند
• تستر و مرحله باید روی یک میز افقی محکم محکم شوند و نمونه باید محکم شده یا در یک نگهدارنده یا سندان نگه داشته شود.
• تورفتگی باید عمود بر سطح آزمایش شده باشد
• هنگام استفاده از Vickers ، Knoop یا Brinell ، تنظیمات روشنایی باید در طول آزمایش ثابت باشد
• هر بار که لنز تورفتگی یا لنز شیئی را تغییر می دهید ، تستر باید مجدداً کالیبره/تأیید شود.

الزامات آماده سازی سطح برای آزمایش با سختی سنج

قبل از آزمایش سختی مواد فلزی یا سایر مواد ، باید سطح را آماده کنید. شرایط سطح مورد نیاز بستگی به نوع آزمایش و بار مورد استفاده دارد. به طور کلی ، کیفیت آماده سازی سطح تأثیر مستقیمی بر نتیجه آزمایش سختی دارد ، بنابراین قبل از تصمیم گیری در مورد آماده سازی سطح پایین ، باید بین کیفیت سطح و تغییرات نتایج آزمایش ، مبادله را در نظر بگیرید.

آزمایش سختی کلان
سطح زمین معمولاً کافی است و گاهی اوقات نیازی به آماده سازی نیست.

آزمایش سختی خرد
با توجه به بارهای کمتر مورد استفاده در آزمایش سختی ، آزمایش سختی خرد نیاز به یک سطح صیقلی یا الکترو پولیش شده دارد. مهم است که حاشیه ها/گوشه های یک تصویر مورد بررسی نوری به وضوح قابل مشاهده باشد. این می تواند به صورت مکانیکی ، شیمیایی یا الکتروشیمیایی انجام شود. مهم است که گرمایش یا کار در سرما ویژگی های سطح نمونه را تغییر ندهد.

تغییر شکل ها

برش و سنگ زنی ممکن است تغییر شکل ایجاد کند. بسته به بار آزمایش سختی ، این سطوح باید با پرداخت تا 6.0 ، 3.0 یا 1.0 میکرومتر برداشته شوند.

برای بارهای کوچک (کمتر از 300 gf1) سطح باید کاملاً عاری از تغییر شکل باشد و نمونه ها برای دستیابی به سطحی کاملاً عاری از آسیب ، به اکسید یا پرداخت الکترولیتی نیاز دارند. همچنین باید در نظر بگیرید که مواد نرم و/یا شکل پذیر (یعنی برای HV کمتر از 120-150) هنگام معرفی مصنوعات آماده سازی حساس تر هستند.

تعریف بارهای آزمایش با سختی سنج

به طور رسمی ، بارهای آزمایش سختی با نیوتن (N) بیان می شود. با این حال ، از لحاظ تاریخی ، بارها بر حسب کیلوگرم نیرو (kgf) ، نیروی گرمایی (gf) ، یا حوضچه (p) بیان می شد. همبستگی بین kgf ، kp و N عبارت است از: 1.0 kgf = 1000 gf = 1.0 kp = 9.81 N

• اصطلاح آزمایش سختی خرد معمولاً زمانی استفاده می شود که بارهای تورفتگی کمتر از 1 کیلوگرم بر کیلوگرم باشد
• اصطلاح آزمایش سختی کلان زمانی استفاده می شود که بارها بیشتر از 1 کیلوگرم بر کیلوگرم باشد

اگر استانداردها اجازه می دهند ، از بالاترین بار/نیروی ممکن برای بزرگترین تورفت برای اطمینان از دقیق ترین نتایج استفاده کنید.

بارهای مورد استفاده در هر یک از چهار روش برای آزمایش سختی مواد فلزی* با استانداردهای مختلف ISO و ASTM مطابقت دارد