سختی سنج راهنما: روش های راکول و ویکرز توضیح داده شد
A سختی سنج مقاومت یک ماده در برابر تغییر شکل پلاستیک موضعی را اندازهگیری میکند، معمولاً با فشار دادن یک فرورفتگی سخت شده به سطح ماده تحت یک بار کنترلشده و ارزیابی عمق یا اندازه فرورفتگی حاصل. تست سختی یکی از پرکاربردترین بررسیهای کنترل کیفیت در فلزکاری، عملیات حرارتی و مهندسی مواد است، زیرا سختی با مقاومت در برابر سایش، استحکام کششی و ماشینکاری ارتباط نزدیکی دارد و به تولیدکنندگان روشی سریع و عمدتاً غیرمخرب برای تأیید اینکه قطعهای با مشخصات مواد آن مطابقت دارد، میدهد.
در حالی که ده ها روش و مقیاس تست سختی وجود دارد، راکول و ویکرز دو روشی هستند که به طور گسترده در تنظیمات صنعتی و آزمایشگاهی مشخص شده اند، که هر کدام برای انواع مختلف مواد، هندسه قطعات و الزامات دقیق مناسب هستند. این راهنما به طور کلی نحوه عملکرد دستگاه سختی سنج، نحوه استفاده از سختی سنج راکول را گام به گام و آنچه دستگاه سختی سنج ویکرز را از سایر روش های آزمایش متمایز می کند، پوشش می دهد.
چگونه سختی سنج کار می کند
هر سختی سنج، صرف نظر از روش، بر اساس یک اصل اساسی عمل می کند: یک نیروی شناخته شده را از طریق یک فرورفتگی با یک شکل و ماده خاص اعمال کنید، سپس تغییر شکل حاصل را اندازه گیری کنید تا مقدار سختی را بدست آورید. آنچه بین روشهای آزمایش تفاوت دارد، هندسه فرورفتگی، بار اعمالشده، و اینکه آیا اندازهگیری بر اساس عمق فرورفتگی است که مستقیماً توسط دستگاه اندازهگیری میشود یا اندازه فرورفتگی، که پس از برداشتن بار به صورت نوری اندازهگیری میشود، است.
آزمایش راکول عمق فرورفتگی را مستقیماً با استفاده از مخروط الماس یا توپ فولادی سخت شده بسته به مقیاس خاصی که استفاده میشود اندازهگیری میکند و تقریباً فوراً مقدار سختی را نشان میدهد زیرا دستگاه به طور خودکار مقدار را از تفاضل عمق بین اعمال بار جزئی و اصلی محاسبه میکند. آزمایشهای ویکرز و برینل، در مقابل، بر اندازهگیری ابعاد فیزیکی فرورفتگی باقیمانده در سطح ماده، معمولاً زیر میکروسکوپ یا با یک سیستم اندازهگیری نوری یکپارچه، و محاسبه سختی از ناحیه فرورفتگی اندازهگیری شده تکیه میکنند.
انتخاب سختی سنج و مقیاس مناسب برای یک ماده و کاربرد معین به عواملی از جمله محدوده سختی مورد انتظار ماده، ضخامت و پرداخت سطح قطعه آزمایش، و اینکه آیا این برنامه به بررسی سریع کف تولید یا اندازه گیری دقیق درجه آزمایشگاهی نیاز دارد، بستگی دارد. استانداردهای آزمایشی مانند ASTM E18 برای راکول و ASTM E92 برای ویکرز، رویههای دقیق، بارها و الزامات کالیبراسیون را که انتظار میرود تولیدکنندگان و آزمایشگاهها برای نتایج قابل ردیابی و تکرار دنبال کنند، تعریف میکنند.
نحوه استفاده از سختی سنج راکول
استفاده صحیح از سختی سنج راکول با آماده سازی قطعه آزمایش شروع می شود: سطح مورد آزمایش باید تمیز، مسطح و عاری از رسوب، اکسیداسیون یا بی نظمی های سطحی باشد که می تواند قرائت را مخدوش کند، زیرا حتی آلودگی جزئی سطح می تواند به طور قابل توجهی نتایج را منحرف کند. قطعه آزمایش بر روی سندان دستگاه قرار می گیرد و بر اساس نوع ماده و محدوده سختی مورد آزمایش، دندانه مناسب، یا یک مخروط الماس برای مواد سخت تر یا یک توپ فولادی برای مواد نرم تر، همراه با بار ویژه مقیاس مناسب انتخاب می شود.
فرآیند آزمایش خود از یک توالی بارگذاری دو مرحلهای پیروی میکند: ابتدا یک بار جزئی اعمال میشود تا فرورفتگی محکم روی سطح ماده قرار گیرد و یک نقطه مرجع پایدار ایجاد شود، پس از آن بار اصلی اعمال میشود و برای مدت زمان ماندگاری مشخصی نگه داشته میشود تا ماده بتواند به طور کامل به نیروی اعمال شده پاسخ دهد. هنگامی که بار اصلی حذف می شود در حالی که بار جزئی باقی می ماند، دستگاه تفاوت عمق فرورفتگی بین دو مرحله بار را اندازه گیری می کند و آن اختلاف عمق مستقیماً به مقدار سختی راکول که روی صفحه نمایشگر تستر یا بازخوانی دیجیتال نمایش داده می شود تبدیل می شود.
برای نتایج دقیق و ثابت، اپراتورها باید به جای تکیه بر یک اندازه گیری، چندین قرائت را در نقاط مختلف قطعه آزمایش انجام دهند، زیرا ناهماهنگی های جزئی مواد یا تغییرات سطحی می تواند باعث تغییر خوانش های فردی شود. فاصله دادن نقاط آزمایش به اندازه کافی از هم برای جلوگیری از تداخل میدان تنش ایجاد شده توسط فرورفتگیهای مجاور، و حفظ کالیبراسیون تستر از طریق تأیید منظم با بلوکهای آزمایشی تأیید شده، هر دو از اقدامات ضروری برای تولید دادههای سختی راکول قابل اعتماد در طول زمان هستند.
دستگاه سختی سنج ویکرز: تفاوت آن چگونه است
A دستگاه سختی سنج ویکرز از یک فرورفتگی الماس شکل دقیق به شکل یک هرم مربعی استفاده می کند که تحت یک بار انتخابی به سطح مواد فشار داده می شود و بر خلاف آزمایش راکول، مقدار سختی از طول قطری اندازه گیری شده فرورفتگی باقی مانده به جای عمق فرورفتگی اندازه گیری شده در طول آزمایش محاسبه می شود. این رویکرد اندازهگیری نوری به یک میکروسکوپ یا سیستم دوربین یکپارچه نیاز دارد که بتواند قطرهای فرورفتگی را با دقت بالا اندازهگیری کند، زیرا حتی خطاهای اندازهگیری کوچک مستقیماً به عدم دقت مقدار سختی تبدیل میشوند.
یکی از مزایای کلیدی تست ویکرز، محدوده سختی بسیار وسیع و قابل استفاده آن و توانایی آن در آزمایش طیف وسیعی از مواد، از فلزات بسیار نرم گرفته تا مواد بسیار سخت و شکننده، با استفاده از هندسه فرورفتگی یکسان در سراسر آن است، که در آزمایش راکول، که در آن مقیاسهای مختلف نیاز به فرورفتگیها و بارهای متفاوت برای محدودههای سختی متفاوت دارند، صادق نیست. این تطبیق پذیری باعث می شود تسترهای ویکرز در محیط های تحقیقاتی و کنترل کیفیت که انواع مختلفی از انواع مواد و سطوح سختی را بدون نیاز به تعویض پیکربندی تجهیزات انجام می دهند، ارزشمند باشد.
ماشینهای سختی سنج مدرن ویکرز به طور فزایندهای از نرمافزار اندازهگیری نوری خودکار استفاده میکنند که تصویر فرورفتگی را میگیرد و اندازهگیریهای مورب و مقدار سختی حاصل را بهطور خودکار محاسبه میکند، و به طور قابلتوجهی ذهنیت اپراتور را کاهش میدهد که از لحاظ تاریخی یک محدودیت برای اندازهگیری مبتنی بر میکروسکوپ دستی بود. این اتوماسیون آزمایش ویکرز را به طور قابل توجهی سریعتر و سازگارتر از روشهای اندازهگیری دستی قبلی کرده است، در حالی که همچنان دقت خوب و کاربرد گسترده مواد را حفظ میکند که آزمایش ویکرز را به روش ترجیحی برای تست میکروسختی پوششهای نازک، قطعات کوچک و لایههای سطحی سخت شده تبدیل میکند.
مقایسه روش های رایج تست سختی بر اساس نوع دندانه دار، مبنای اندازه گیری و کاربرد معمولی.
