معرفی و آشنایی با سختی سنج

سختی چیست؟

سختی فلزات به مقاومت آنان به تغییر شکل پلاستیک توسط نفوذ یک جسم فرو رونده تعریف شده است.

تعریف سختی

سختی یك ماده ویژگی است كه به خوبی تعریف نشده است، و متناسب با تجربه كسی كه با آن سروكار دارد معانی زیادی به خود می گیرد.

سختی (به انگلیسی: Hardness) یکی از معیارهای مقاومت مواد جامد در برابر تغییر شکل پلاستیک است. معیارها و آزمون‌های مختلفی برای سختی مواد وجود دارد اما تمام آنها از مقاومت ماده در برابر یک فرورونده یا خراشنده با اعمال نیروی مشخص بر ابزاری با شعاع یا قطر مشخص سختی ماده را ارزیابی می‌کنند.

سختی فلزات چیست؟

در مراجع متالوگرافی، سختی فلزات به مقاومت آنان به تغییر شکل پلاستیک توسط نفوذ یک جسم فرو رونده تعریف شده است.

به طور كلی معمولاً سختی حاكی از مقاومت در برابر تغییر شكل بوده و این خاصیت در فلزات معیاری از مقاومت آنها در برابر تغییر شكل مومسان یا دائم است. برای كسی كه با علم مكانیك و آزمایش مواد سروكار دارد به احتمال زیاد سختی به معنی مقاومت در برابر فرورفتگی است. برای یک مهندس طراح سختی غالباً یك كمیت معین و از نظر اندازه گیری ساده می باشد و اطلاعاتی از استحكام و عملیات حرارتی فلز به دست می دهد.

سختی یك خاصیت اساسی ماده نیست اما در رابطه با خواص پلاستیكی و الاستیكی قطعه مطرح می شود. برای مثال برای یك قطعه خاص، مقدار سختی در دو نقطه مختلف آن ممكن است فرق داشته باشد. در صورتیكه خصوصیتی مثل مدول الاستیسیته برای یك قطعه مشخص می باشد. روش آزمایش و آماده كردن نمونه معمولاً ساده است و از نتایج ممكن است در مشخص کردن خصوصیات مكانیكی دیگر استفاده شود. تست سختی به طور گسترده ای در بازرسی ها و كنترل قطعات مورد استفاده قرار می گیرد.

معمولاَ اصطلاح سختی به خاصیت اجسام در مقابل نفوذ جسم دیگری به سطح آنها و میزان مقاومت و نفوذپذیری آنها اطلاق می شود.
رایج ترین آزمایش سختی، مشتمل بر حركت یك جسم نفوذ كننده و یا فرو رونده بداخل جسم مورد آزمایش و ثبت نیروی لازم برای این كار و یا اندازه گیری مقدار فرو رفتگی در برابر یك نیروی معین می باشد، كه این ازمایش، آزمایش سختی فرو روندگی نامیده می شود. چنانچه جرم معینی از یك ارتفاع مشخص بر روی سطح قطعه(که خاصیت الاستیک زیادی دارد) مورد آزمایش انداخته شود و مقدار واجهش آن جرم معین اندازه گرفته شود، به این آزمایش، آزمون سختی واجهشی گفته می شود. ساده ترین نوع سختی سنجی، خراشیدن سطح جسم نمونه به وسیله یك سوهان می باشد. مقدار خراشهای ایجاد شده از نظر كمی و كیفی نشان دهنده میزان سختی نسبی جسم خواهد بود. مقدار ساییدگی سطح جسم تحت شرایط تعیین شده، به عنوان سختی سایشی و مقاومت در مقابل سایش نامیده می شود.

اصول سختی سنجی بر پایه اندازه گیری مقاومت جسم در مقابل فرو رفتگی است كه اساس و مبنای دستگاههای اندازه گیری مختلف می باشد. ابزار فرو رونده، در جسم، در آزمون سخت سنجی ممكن است به صورت ساچمه، مخروط ناقص، یك سطح و یا هرم باشد كه معمولا از فولاد سخت یا الماس ساخته شده و تحت یك نیروی ایستا (استاتیك) بكار برده می شود.
در سختی سنجی فرو روندگی، به دو طریق ممكن است سختی را اندازه گیری نمود. یا باری كه بایستی تا عمق معینی فرو رفتگی را ایجاد نماید، اندازه گیری می شود و یا مقدار گودی ایجاد شده توسط یك بار مشخص اندازه گرفته خواهد شد. در آزمایش واجهش، یك بار متحرك و یا ضربه ای بر روی سطح قطعه مورد آزمایش انداخته می شود.
مقدار واجهش اندازه گرفته شده، سختی قطعه مورد آزمایش را نشان می دهد. شاید متداول ترین آزمایش های سختی سنجی بر روی فلزات، آزمونهای برینل و راكول باشد، هر چند انواع آزمایشات سختی سنجی دیگری نیز امروزه با توجه به زیاد شدن فولادهای سخت و سخت تر شدن سطوح فولادها مورد استفاده قرار گرفته اند.
این آزمایشات شامل سختی سنج شور، ویكرز، مونوترون (آزمایش با گلوله الماس)، راكول سوپرفیشیال (سختی سطحی راكول) و سختی سنج هربرت می باشد.
همچنین لزوم تعیین سختی قطعات بسیار نازك، قطعات بسیار ریز و تعیین گرادیان سختی (افت نسبی سختی) در فواصل بسیار كم و در لایه های نازك، سبب ابداع دستگاههای ریز سختی سنج ها مثل ریز سختی سنج نوپ شده است.

تاریخچه سختی

سختی، یک آزمون مکانیکی ارزشمند، واضح و معمول است که حدود 250 سال است که در اشکال مختلف برای اکثر مواد و مخصوصا فلزات مورد استفاده قرار میگیرد. شواهد نشان می دهد سختی سنجی اولیه در سال 1772 شروع شد. در آن زمان ریومر ( Reaumur ) فشردن لبه های شمش منشوری نسبت به هم را پیشنهاد کرد.

معیارهای سختی

سختی ویکرز
سختی برینل
سختی راکول

سختی ویکرز (به انگلیسی: Vickers hardness) یکی از معیارهای سختی است که بر اساس مقاومت مواد در برابر فرورونده هرمی شکل از جنس الماس سختی آنها را تعیین می‌کند. سختی‌سنجی به این روش اولین بار در سال ۱۹۲۲ توسط اسمیت و ساندلند در ویکرز لیمیتد به عنوان جایگزینی برای سختی برینل توسعه یافت.

فرورونده بکار رفته در این روش، الماس هرمی با قاعده مربع شکل است که سطوح مقابل آن با زاویه ۱۳۶ درجه به یکدیگر می‌رسند. مقدار سختی ماده پس از آزمایش توسط رابطه زیر بدست می‌آید: واحد سختی ویکرز کیلوگرم نیرو بر میلی‌متر مربع است و مقادیر حاصل بصورت xxxHVyy گزارش می‌شوند که xxx میزان سختی و yy نیروی اعمال شده بر فرورونده است.

سختی برینل (به انگلیسی: Brinell hardness) یکی از معیارهای سختی است که بر اساس مقاومت مواد در برابر فرورونده کروی شکل از جنس فولاد یا کاربید تنگستن سختی آنها را تعیین می‌کند. این روش در سال ۱۹۰۰ توسط مهندس سوئدی یوهان آگوست برینل پیشنهاد شد. سختی مواد در این روش بصورت زیر محاسبه می‌شود: که در آن P میزان نیروی اعمالی به فرورونده ‏(kgF)‏، D قطر فرورونده (mm) و d قطر فرورفته در نمونه (mm) است.

استانداردهای سختی سنج

روش استاندارد این سختی‌سنجی در استانداردهای ‏EN ISO 6506-1‏، ‏EN ISO 6506-2‏، ‏EN ISO 6506-3‏ و ‏ASTM E10‏ آمده است.

روش های ابتدائی اندازه گیری سختی فلزات

• تعیین سختی مقایسه ای با روش ریومر

در این روش لبه دو نمونه فلزی منشوری شکل بر روی هم فشار داده می شوند.

• روش سختی سنجی فوپل

در این روش دو نمونه نیمه استوانه ای شکل فلزی بر روی هم فشار داده شده و اندازه سطح تماس پهن شده تعیین می گردد، این تکنیک برای سختی سنجی گرم نیز به کار رفته است. در این روش نیروی اعمال شده بر هر دو شمش مساوی بود و به این ترتیب می شد سختی دو قطعه فلزی را مستقیما با همدیگر مقایسه کرد. در سال 1897 فوپل ( Foeppl ) به جای شمش های منشوری از دو نیم استوانه استفاده کرد. وی نسبت سطح پهن شده به نیروی وارده را معیار سختی معرفی نمود.

اهمیت سختی سنجی مواد

مطمئنا ارزش و اهمیت ویژگی های مواد را نمی توان نادیده گرفت. اطلاعات حاصل از تست سختی می تواند به همراه سایر تکنیک های تائید کیفیت مواد از قبیل تست کشش و فشار مورد استفاده قرار گرفته و مکمل آنها باشد.

اطلاعات بدست آمده از سختی سنجی و اهمیت آن در سازه های ساختمانی، صنعت خودرو، هوا فضا، کنترل کیفیت و... را در نظر بگیرید. با در دست داشتن این ویژگی ها، بینش ارزشمندی برای دوام، قدرت، انعطاف پذیری و قابلیت های انواع مختلف قطعات که از مواد خام به کالای نهایی تبدیل می شوند فراهم می گردد.

دربسیاری از كاربردهای صنعتی نیاز به قطعاتی است كه دارای سطحی سخت بوده، و در عین حال از چقرمگی و مقاومت به ضربه خوبی نیز برخوردار باشند. از جمله مواردی كه می توان در این رابطه به عنوان مثال به آنها اشاره كرد عبارتند از : میل لنگ، میل بادامك، چرخ دنده و قطعات مشابه. این قطعات باید سطحی بسیار سخت و مقاوم در برابر سایش داشته و همچنین بسیار چقرمه و مقاوم در برابر ضربه های وارده در حین كار باشند .

چه بلوک سختی باید تهیه کنیم؟

جهت تایید صحت عملکرد دستگاه سختی سنج باید بلوک سنجه ایی داشته باشیم که مقدار سختی آن مورد تایید آزمایشگاه با صلاحیت باشد. به این دلیل بلوک های استانداردی در بازار موجود است که سختی آن نیاز به تست بلوک استاندارد سختی می باشد.

برای انتخاب تست بلوک سختی مناسب بایستی نکات زیر را در نظر داشت:

• روش سختی سنجی

روش های سختی سنجی مختلفی برای اندازه گیری سختی وجود دارند از جمله راکول سی، برینل و یا ویکرز. در مجموع 15 روش راکول، 15 روش راکول سوپرفیشیال، روش های ویکرز با نیروهای مشخص و روش های برینل با نیرو و قطر ساچمه ایندنتور مشخص وجود دارند. البته روش های سختی سنجی دینامیک که مهمترین آنها روش لیب است نیز وجود دارند. هر کدام از این روش ها پارامترهای خاصی را از خواص مواد فلزی اندازه گیری کرده و به عنوان سختی فلز ارایه می کنند. بنابراین برای کالیبره کردن یک دستگاه سختی سنج برای یک روش مشخص بایستی بلوک تست استاندارد سختی همان روش را تهیه کرد. استفاده از بلوک های سختی که با روش های دیگر سختی اندازه گیری و استاندارد شده اند و استفاده از جدول تبدیل برای تبدیل به واحد سختی مورد نظر ایجاد خطا کرده و از نظر استاندارد مورد تایید نمی باشد.

نکته دیگر در انتخاب روش های ویکرز و برینل رعایت نیرو در روش ویکرز و نیرو و قطر ساچمه در روش برینل است. اگر در روش های ویکرز نیرو تغییر کند ممکن است عدد سختی ویکرز یک قطعه مشخص نیز تغییر کند. این امر وقتی سختی قطعه از سطح به سمت عمق قطعه یکسان نباشد، ممکن است اتفاق بیافتد. به همین ترتیب در روش برینل نیز مقدار نیرو مهم است و با تغییر آن ممکن است عدد سختی برینل عوض شود. در روش برینل علاوه بر نیرو، قطر ساچمه نیز اهمیت دارد. یعنی برای یک قطعه مشخص و یک نیروی مشخص روش برینل، اگر قطر ساچمه تغییر کند مقدار سختی تغییر خواهد کرد.

• مقدار سختی

برای کالیبره کردن دستگاه در کل محدوده سختی، طبق استاندارد بایستی از سه تست بلوک نرم، متوسط و سخت استفاده کرد. استاندارد ASTM E18 

روش های سختی سنجی فلزات

امروزه از روش های مختلف سختی سنجی به منظور اندازه گیری میزان سختی فلزات به ویژه پس از سخت کاری و عملیات حرارتی استفاده می شود. اساس کار دستگاه های سختی سنجی شامل ایجاد نقطه اثر بر سطح فلز و بررسی آن می باشد.

هر روش سختی سنجی کاربرد خاصی دارد. جهت انتخاب روش سختی سنجی متناسب با نیازها و فعالیت کاری خاص، در ادامه، کاربردها و نیازمندی های روش های سختی سنجی ارائه شده است:

• سختی سنجی لیب

جهت سختی سنجی قطعات سنگین که جابجایی آن دشوار است، این روش بسیار موثر بوده و شاید گاهی اوقات تنها گزینه همین روش باشد. از دیگر کاربردهای این روشِ سختی سنجی، چک کردن سختی در زمان خرید مواد اولیه فلزی است. همچنین در انتهای پروسه ی تولید، زمانی که قطعات مونتاژ شده باشند برای تست سختی قطعات نیاز به باز کردن آنها نیست. در این روش جهت سختی سنجی اطراف و زیر قطعه نیاز به تغییر وضعیت آن نبوده و شکل قطعه مشکلی در سختی سنجی آن ایجاد نمی کند.

این روش محدودیتی از نظر سختی ندارد. جهت انجام آزمون سختی به روش لیب می بایست وزن قطعه بالای 1 کیلو و ضخامت آن بیشتر از 12 میلیمتر باشد.

انواع دستگاه های سختی سنج یونیورسال (راکول – سوپرفیشیال – ویکرز – میکرو ویکرز- برینل) به دو روش مستقیم و غیر مستقیم انجام می شود.

• سختی سنجی راکول

روش های راکول از پرکاربردترین روش های سختی سنجی است. در این روش، سرعت سختی سنجی بالا بوده و به علت عدم دخالت اپراتور در فرایند تست، خطای کاربری حداقل است یا اصلاً وجود ندارد. در سختی سنجی به روش های راکولی می بایست ضخامت قطعه ی تحت آزمون، حداقل 10 برابر عمق فرورفتگی ایندنتور راکول باشد. در روش فوق، نیازی به پولیش کامل و آینه بودن قطعه کار نیست.

از محدودیت های سختی سنجی به روش راکول می توان به ضعف در سختی سنجی قطعات نرم و نازک به علت نیروی بالای تست، و همچنین ایجاد خطا در نتایج تست لوله به علت خم شدن لوله در اثر اعمال نیروی بالا اشاره کرد.

کاربردهای روش های سختی سنجی راکول مطابق جدول 5 استاندارد ASTME18 به ترتیب زیر می باشد:

جدول مقیاس های سختی سنجی راکول

راکول برای اندازه گیری سختی فلزات نسبتاً سخت مورد استفاده قرار می گیرد که بر سه نوع است :

راکول A : که نیروی ۶۰ کیلوگرم را اعمال می کند

راکول B که نیروی ۱۰۰ کیلوگرم را اعمال می کند

راکول C که نیروی ۱۵۰ کیلوگرم را اعمال می کند

راکول هم بصورت ساچمه ای و هم بصورت سوزنی موجود است.

اساس کار اغلب این دستگاهها به نقطه اثر ایجاد شده به روی سطح فلز است. راکول ساچمه ای به کمک ۱ ساچمه کار می کند بطوریکه وزن اعمال شده به روی فلز بواسطه ی این ساچمه فلز منتقل می شود که دارای اندازه های مختلفی است ولی راکول سوزنی به کمک یک سوزن این نیرو را روی فلز ایجاد می کند که نقطه اثر آن بصورت یک مخروط ۱۲۰ درجه خواهد بود. راکول های از نوع A و C هردو نقطه اثر آن ها بصورت یک مخروط ۱۲۰ درجه است ولی راکول، ساچمه ندارد و دارای سوزن هرمی شکل با زاویه ۱۳۰ درجه است که نقطه اثر آن یک چهار گوش است.

آزمایش سختی راكول شبیه آزمایش برینل است كه در آن عدد سختی، نسبتی از بزرگی حفره ای است كه توسط یك دندانه(عمق نفوذ) و با وارد آوردن یك بار ثابت معین بر روی قطعه نمونه بوجود می آید. آزمایش راكول با آزمایش برینل از نظر اصول متفاوت است، زیرا در آزمایش راكول سه نوع بار و دندانه مختلف را می توان انتخاب نمود.
اختلاف آزمایش راكول با آزمایش برینل در كوچكتر بودن بار وارده و شكل دندانه ایجاد كننده حفره است و در نتیجه حفره ایجاد شده كوچكتر و كم عمیق تر خواهد بود. بنابراین طیف كاربرد آن وسیعتر از آزمایش برینل و انجام آن سریعتر می باشد چون می توان مستقیماَ قرائت عدد سختی را انجام داد.

 دندانه فرو رونده یا نفوذ كننده ممكن است یك ساچمه فولادی سخت شده بوده و یا یك مخروط الماسه با زاویه ۱۲۰ درجه كه نوك مخروط آن گرد شده و بریل نامیده می شود، باشد. عدد سختی كه روی نشانگر مدرج می توان قرائت نمود، یك عدد دلخواه قراردادی است كه به طور معكوس با عمق حفره ایجاد شده، متناسب می باشد. مقیاس بكار رفته برای آزمایش، نشان دهنده بار وارده و نوع دندانه استفاده شده می باشد.

بعضی از دستگاههای آزمایش راكول، به صورت خاص برای تعیین سختی سطح ساخته شده اند. این آزمایش برای تعیین سختی سطح قطعاتی طراحی شده است كه در آن فقط یك فرو رفتگی سطحی و كم عمق، مورد نظر می باشد. دستگاههای آزمایش سختی سنجی سطحی از لحاظ اصول كاركرد، بادستگاههای معمولی راكول یكسان می باشند هر چند این دستگاهها، نیروهای كوچك تر و سبكتری را مورد استفاده قرار داده و دارای سیستم های دقیق تری جهت اندازه گیری عمق فرو رفتگی می باشند. دستگاههای آزمایش سختی سنجی سطحی راكول می توانند بار كوچكی به مقدار ۳ كیلوگرم و بارهای بزرگی به مقدار ۱۵، ۳۰ یا ۴۵ كیلوگرم را به كار ببرند. یك درجه بر روی نشانگر دارای دندانه هایی مشابه با سایر دستگاههای سختی سنج راكول می باشند. آزمایش راكول هم مثل آزمایش برینل دارای مزایا، معایب و محدودیت هایی می باشد. آزمایش راكول یك آزمایش دقیق و حساس است و می توان آن را سریع اجراء نمود و نتیجه را مستقیماَ از روی دستگاه قرائت نمود، بدون اینكه نیاز به محاسبه داشته باشد. این آزمایش مانند آزمایش برینل در سطح جهانی مورد قبول قرار گرفته است.
آزمایش راكول یك ازمایش معتبر است كه هر كس می تواند‌ آن را انجام داده و نتایج یكسانی را بر روی یك نمونه بدست آورد و بستگی به مهارت اپراتور ندارد.
آزمایش راكول را بر روی طیف وسیعی از مواد گوناگون می توان انجام داده و سختی آنها را بدست آورد. معایب آزمایش راكول بسیار شبیه آزمایش برینل است. دستگاه آزمایش نسبتاَ گران و مناسب استفاده در خارج از آزمایشگاه نبوده و ازمایش عموماَ مخرب محسوب می شود.

 

• سختی سنجی برینل

جهت سختی سنجی قطعات نرم و فلزات رنگین از قبیل مس، برنج و آلومینیوم، از روش برینل استفاده می شود. در این روش سختی سنجی باید به مقدار نیرو در گزارش ها توجه کرد. زیرا تغییر نیروی روش برینل باعث تغییر سختی قرائت شده می شود. در روش برینل، دقت کاربر در قرائت قطر اثر و در نهایت سختی اندازه گیری شده موثر است.

در این روش، نسبت به سایر روش های سختی سنجی، سطح بیشتری از قطعه تحت آزمون قرار می گیرد. و اثر برجای مانده از نوک ایندنتور بیشتر از سایر روش های سختی سنجی است.

از محدودیت های روش فوق می توان به پیچیدگی کار به منظور اضافه شدن سیستم اپتیک به دستگاه سختی سنج اشاره کرد. همچنین دو پهن شدن احتمالی ساچمه ایندنتور در نیروهای زیاد و قطعات سخت، خارج شدن دستگاه از کالیبره را به همراه دارد.

یكی از قدیمی ترین آزمایشات سختی سنجی، آزمایش برینل می باشد. این آزمایش، یك آزمون سختی سنجی ایستایی می باشد كه عبارتست از فشردن یك ساچمه فولادی سخت بر روی سطح یك قطعه نمونه.
در این آزمون معمولاَ از یك ساچمه به قطر ۱۰ میلی متر از جنس فولاد سخت و یا كربور تنگستن، برای اعمال یك بار بر روی سطح ماده استفاده می شود كه برای فلزات سخت، مقدار بار ۳۰۰۰ كیلوگرم، برای فلزات نیمه سخت ۱۵۰۰ كیلوگرم و برای نرم ۵۰۰ كیلوگرم و یا كمتر می باشد.

تفاوت انواع مختلف این دستگاهها به شرح زیر است: 

۱-روش وارد آوردن بار، به عنوان مثال اعمال نیرو توسط فشار روغن، چرخ دنده و پیچ و یا استفاده از اهرم و وزنه.
۲-روش اجرای عملیات، به عنوان مثال استفاده از نیروی دست و یا نیروی ماشین.
۳-روش اندازه گیری بار وارده، به عنوان مثال استفاده از پیستون و وزنه، فشار سنج بوردون، نیروسنج و یا اهرم و وزنه.
۴-اندازه دستگاه، برای مثال دستگاه بزرگ و یا دستگاه كوچك (سیار و قابل حمل).

آزمایش برینل را می توان توسط یك دستگاه آزمون عمومی (یونیورسال) با اضافه كردن یك مبدل مناسب كه ساچمه را نگهدارد، انجام داد. آزمایش بر روی ورق های فلزی را می توان با استفاده از ابزارهای دستی مثل انبردست و  ساچمه و گیره فنری با قدرت ۲۲ پوند انجام داد. برای انجام آزمایش برینل، قطعه نمونه را بر روی سندان قرار داده و سندان را بالا می برند به طوری كه یا ساچمه مماس شود. پمپ نمودن روغن به داخل سیلندر اصلی، سبب اعمال یك نیروی رو به پایین به پیستون اصلی دستگاه و در نتیجه فشار وارد آوردن بر روی ساچمه می شود. این فشار باعث فرو رفتن ساچمه بر روی سطح قطعه مورد آزمایش می گردد. پیستون كاملاَ روان، كار می نماید لذا تلفات اصطكاك قابل چشم پوشی است. با نصب یك فشار سنج بوردون، مقدار تقریبی بار وارده نشان داده می شود. هنگامی كه بار وارده، به مقدار مورد نظر برسد، وزنه تعادل بالای دستگاه با عمل یك پیستون كوچك، به بالا كشیده می شود. این عمل به منزله ضامن اطمینانی است كه بار زیادی بر روی ساچمه وارد نشود. در آزمایشات استاندارد، قطر حفره ایجاد شده توسط ساچمه، به وسیله یك میكروسكوپ میكرومتر و یا میكروسكوپ برینل كه یك صفحه شفاف مدرج در میان دید آن می باشد، اندازه گرفته می شود. آزمایش برینل معیار خوبی برای اندازه گیری سختی می باشد ولی دارای محدودیت هایی است. یكی از این محدودیت ها، مناسب نبودن آن برای مواد بسیار سخت می باشد. در این موارد، ساچمه اكثراَ تغییر شكل می دهد. همچنین برای قطعات خیلی نازك كه احتمالاَ عمق حفره ایجاد شده بیشتر از ضخامت قطعه باشد، این روش مناسب نمی باشد. یكی دیگر از محدودیت ها، مناسب نبودن آن برای قطعاتی است كه سطح آنها سخت شده باشد. در این موارد ممكن است عمق حفره ایجاد شده از ضخامت لایه سخت شده بیشتر باشد، و در نتیجه نرمی مغز قطعه، نتیجه آزمون را بی اعتبار نماید. در آزمایشات استاندارد، بار كامل بمدت ۳۰ ثانیه بر روی فلزات آهنی و ۶۰ ثانیه بر روی فلزات نرمتر وارد می آید. عدد سختی برینل، مقدار اسمی فشار بر واحد سطح حفره ایجاد شده برحسب كیلوگرم بر میلیمتر مربع می باشد. این عدد با تقسیم بار وارده بر سطح حفره ایجاد شده كه كره در نظر گرفته می شود محاسبه می گردد. مقدار بار وارده و قطر حفره ایجاد شده در فرمول زیر قرار داده می شود:

كه در این فرمول BHN عدد سختی برینل (كیلوگرم بر میلی مترمربع)، P مقدار بار اعمال شده (به كیلوگرم)، D قطر ساچمه (میلی متر) و d قطر حفره ایجاد شده به میلی متر می باشد. به منظور آزادی عمل قابل قبول در ازمایشات، این اعداد به گونه ای انتخاب شده اند كه با یكدیگر همپوشی داشته باشند. ضخامت قطعات نمونه جهت آزمایش نبایستی كمتر از ده برابر عمق حفره ایجاد شده باشد. چنانچه قطعات نازكتر بعنوان نمونه مورد آزمایش قرار گیرند، عدد سختی بدست آمده، در حقیقت عدد سختی اندازه گیری شده مربوط به سندان زیر قطعه مورد آزمایش می باشد. آزمایش برینل دارای محدودیت ها و معایبی نیز می باشد. یكی از این معایب این است كه این آزمایش، مخرب می باشد، زیرا بر روی نمونه آزمایش ، حفره ای بر جا  می ماند. در بیشتر موارد باقی ماندن این حفره، قطعه را غیرقابل استفاده می نماید. از طرف دیگر اكتریت دستگاه های آزمایش برینل سنگین هستند (بیشتر از ۲۰۰ پوند) كه باعث ایجاد اشكال در جابجایی و  تحرك گردیده و مناسب استفاده در خارج از آزمایشگاه نمی باشد. همچنین دستگاه برینل نسبت به سایر دستگاه ها گرانتر می باشد. برای مثال یك دستگاه برینل ساده با متلقات و میكروسكوپ، معمولاَ بیش از ۵۰۰۰ دلار قیمت دارد. از طرف دیگر این آزمایش یك آزمایش نظری است كه عواملی مثل آموزش كاربران، تجربه و استعداد آنها در اندازه گیری ابعاد حفره ایجاد شده، ممكن است در نتایج آزمایش اثر داشته باشد. اگرچه این اثرات معمولا كم است، ولی نتایج خوانده شده توسط دو نفر از كاربران بر روی یك قطعه نمونه و در یك آزمایش، ممكن است به طور متوسط تا ۱۰ درصد اختلاف داشته باشد. هم چنین لزوم محاسبه شده عدد برینل (BHN) بجای خواندن مستقیم، یك محدودیت و نقص محسوب می شود.
از طرفی آزمایش برینل هم محاسنی دارد، چون قدمت آن زیاد و كاملاَ جا افتاده است، بیشتر مردم با آن آشنایی داشته و عموماَ نتایج آزمایشات برینل، در صنایع مورد قبول واقع گردیده است. این آزمایش را می توان سریع و معمولا در كمتر از دو دقیقه انجام داد. صرفنظر از قیمت و هزینه اولیه دستگاه، انجام آزمایش معمولا ارزان تمام می شود و در نهایت وجود نقایص درونی مواد از جمله وجود یك نقطه سخت و یا یك حفره ، اثر بزرگی در نتیجه آزمایش برینل نخواهد داشت.

 

• سختی سنجی ویکرز

ویکرز تنها روشی است که گستره ی سختی از نرم ترین تا سخت ترین فلز را پوشش می دهد. کاربرد این روش بیشتر آزمایشگاهی است تا تولیدی. در این روش، سختی حاصله قابل تبدیل به تمام واحدهای دیگر سختی است.

از مزایای این روش می توان به حذف مشکل تغییر شکل ایندنتور به علت دارا بودن الماس طبیعی در نوک آن اشاره کرد.

از محدودیت های این روش سختی سنجی می توان به حساسیت بیشتر نسبت به ساختار دستگاه اشاره کرد که در صورت عمود نبودن ایندنتور به قطعه کار، اثر به جا مانده مربع نخواهد بود. همچنین اضافه شدن سیستم اپتیک به دستگاه سختی سنج، بر پیچیدگی دستگاه می افزاید.

در سختی سنجی ویکرز نیز همانند روش برینل می بایست به مقدار نیرو در گزارش ها توجه کرد. زیرا تغییر نیرو باعث تغییر سختی قرائت شده می شود.

دستگاه سختی سنج ویکرز گرانتر از سایر مدل بوده و نسبت به سایر روش های سختی سنجی (به جز میکرو ویکرز)، سطح قطعه ی تحت آزمون باید بیشتر پولیش گردد.

• میکرو سختی سنجی ویکرز

روش میکرو ویکرز جهت سختی سنجی لایه های سطحی قطعه، بکار گرفته می شود. این روش به علت استفاده از نیروهای زیر 1 کیلو، برای سختی سنجی لبه های کار مناسب است. جهت رسم گراف سختی در قطعه و یا برش های آن از این روش استفاده می شود. در صنایع مختلف مانند پروتزهای پزشکی کاربرد دارد.

روش میکرو ویکرز نیاز به سیستم اپتیک با بزرگنمایی بیشتر و دقیق تر دارد. سطح قطعه کار باید کاملاً آینه باشد، در غیر اینصورت اثر ایجاد شده قابل مشاهده یا اندازه گیری نخواهد بود. در روش فوق به علت حساسیت بالا، پراکندگی سختی زیاد است.

از مزایای این روش می توان به دقت بالای ایندنتور میکروویکرز نسبت به ایندنتور ویکرز معمولی اشاره کرد.

محاسبه سختی مواد با استفاده از نسبت بار وارده به سطح فرو رفتگی (مثل آزمایش برینل) شامل سایر آزمونها نیز می گردد كه یكی از آنها آزمایش تعیین سختی به طریقه ویكرز می باشد. در این ازمایش از یك دندانه الماسه كوچك، به شكل هرم مربع القاعده استفاده می گردد كه زاویه نوك آن ۱۳۶ درجه و بار وارده از ۵ تا ۱۲۰ كیلوگرم با تقسیمات ۵ كیلوگرمی می تواند تغییر نماید.

به منظور اجرای آزمایش، قطعه نمونه را روی سندان قرار داده و به وسیله یك پیچ، سندان به سمت بالا حركت می نماید تا قطعه دقیقا نزدیك نوك دندانه قرار گیرد. سپس با آزاد كردن اهرم شروع كننده آزمایش، یك بازوی سنگین كه نسبت آن ۲۰ به یك می باشد، رها شده و وزن بازو به ارامی بر روی وارد می آید و سپس بازو به محل اولیه بر می گردد. آماده كرده مجدد دستگاه برای ازمای، به وسیله فشار دادن یك پدال پایی انجام می شود. پس از آنكه سندان به پایین آورده شده یك میكروسكوپ بر روی قطعه قرار گرفته و قطر مربع فرور فتگی با دقت ۰٫۰۰۱ میلی متر اندازه گرفته می شود. در صورت لزوم از ساچمه ای به قطر ۱ یا ۲ میلی متر به عنوان دندانه نیز می توان استفاده نمود. از دستگاه و یكرز اصولا در پژوهشها استفاده می شود، یكی از مزایای دستگاه و یكرز كه بعضی از كاربران این دستگاه به آن اعتراف كرده اند، دقت اندازه گیری ابعاد فرو رفتگی حاصله است. اندازه گیری قطر یك مربع، بسیار دقیق تر از اندازه گیری قطر یك دایره است زیرا برای اندازه گیری قطر دایره بایستی فاصله دو خط مماس بر دایره اندازه گرفته شود. روش ویكرز، نسبتاض سریع بوده و با آن می توان سختی نمونه های نازك تا ۰٫۰۰۶ اینچ ضخامت را اندازه گرفت. گفته شده است كه تا محدوده ۱۳۰۰ درجه سختی (تقریباَ ۱۵۰ درجه سختی برینل) نتایج این روش دارای دقت مطلوب می باشد. به نظر می رسد كه امكان مسطح شدن دندانه دستگاه و یكرز كمتر از دندانه برینل باشد. از معایب آزمایش ویكرز این است كه این آزمایش، مخرب بوده و سرعت اجرای آنم كمتر از ازمایش برینل و راكول است و سطح قطعه نمونه را بایستی قبل از آزمایش پرداخت نمود كه این كار وقت زیادی را می گیرد. اگرچه آزمایش ویكرز بسیار دقیق تر از راكول و برینل است ولی قیمت دستگاه آن نیز بسیار گرانتر می باشد. در مقابل، نتایج ازمایش ویكرز در سطح وسیعی از صنایع پذیرفته شده است. عدد سختی دستگاه ویكرز با دندانه الماس هرمی شكل، كه به صورت خلاصه، HV نوشته می شود، از فرمول زیر محاسبه می شود.

 
كه در این فرمول، HV عبارتست از عدد سختی و یكرز با دندانه الماسه هرمی شكل برحسب كیلوگرم بر میلی متر مربع، F بار وارده بر حسب كیلوگرم و d قطر مربع فرو رفتگی برحسب میلی متر است.

 

روش کالیبراسیون مستقیم

کالیبراسیون دستگاه های سختی سنج راکول

• کالیبراسیون نیروی دستگاه
• کالیبراسیون Hysteresis
• کالیبراسیون سیکل دستگاه
• کالیبراسیون عمق نفوذ

 

کالیبراسیون دستگاه های سختی سنجی ویکرز – میکرو ویکرز

• کالیبراسیون نیرو
• کالیبراسیون ایندنتور
• کالیبراسیون قرائت دستگاه
• کالیبراسیون سیکل دستگاه

 

کالیبراسیون دستگاه های سختی سنجی برینل

• کالیبراسیون نیرو
• کالیبراسیون ایندنتور
• کالیبراسیون دستگاه قرائت قطر
• کالیبراسیون سیکل دستگاه

 

روش کالیبراسیون غیر مستقیم

• کالیبراسیون دستگاه های سختی سنج راکول

کالیبراسیون با استفاده از تست بلوک های مرجع راکول

 

• کالیبراسیون دستگاه برینل

کالیبراسیون با تست بلوک های مرجع برینل

 

• کالیبراسیون دستگاه میکرو ویکرز و ماکرو ویکرز

کالیبراسیون با تست بلوک های مرجع ویکرز

 

انواع تست بلوک های سختی سنجی

• راکو
• راکول سوپر فیشیال
• برینل
• ویکرز
• میکرو ویکرز
• لیب

تست بلوک های سختی سنجی لیب

مورد استفاده در سختی سنج های پرتابل لیب

تست بلوک های سختی سنجی راکول، راکول سوپر فیشیال، ویکرز و برینل

مورد استفاده در سختی سنج های یونیورسال

تست بلوک های سختی سنجی میکرو ویکرز

مورد استفاده در سختی سنج های میکرو هاردنس

 

رنج تست بلوک های ویکرز - VICKERS

700 - 800	HV 3
75 - 150	HV 5
175 - 225	HV 5
400 - 600	HV 5
700 - 800	HV 5
400 - 600	HV 10
700 - 800	HV 10
400 - 600	HV 30
700 - 800	HV 30
700 - 800	HV 50

 

رنج تست بلوک های برینل- BRINELL

25 - 125	HBW 1/10
150 - 250	HBW 1/30
60 - 75	HBW 2.5/62.5
75 - 125	HBW 2.5/62.5
150 - 250	HBW 2.5/187.5
250 - 350	HBW 2.5/187.5
75 - 125	HBW 5/250
150 - 250	HBW 5/750
250 - 350	HBW 5/750
75 - 125	HBW 10/1000
75 - 125	HBW 10/1500
150 - 250	HBW 10/1500
150 - 250	HBW 10/3000
150 - 250	HBW 10/3000
500 - 600	HBW 10/3000

 

رنج تست بلوک های راکول – ROCKWELL C

20 - 30	HRC
30 - 35	HRC
40 - 50	HRC
50 - 55	HRC
60 - 70	HRC

 

رنج تست بلوک های راکول – ROCKWELL A

60 - 70	HRA
70 - 85	HRA
85 - 95	HRA

 

رنج تست بلوک های راکول – ROCKWELL B

30 - 40	HRB
45 - 55	HRB
60 - 70	HRB
85 - 95	HRB

 

رنج سایر تست بلوک های راکول – ROCKWELL

70 - 84	HRE
100 - 120	HRL
85 - 100	HRM
80 - 90	HRF
90 - 100	HRF
80 - 120	HRH
100 - 120	HRS

 

رنج تست بلوک های بارکول –BARCOL

HBA	42 - 45
HBA	82 - 88

رنج تست بلوک های بارکول –BARCOL

HW	8 - 12
HW	14 - 18

 

تست بلوک های لاستیک و پلاستیک

SHORE A	7 PC
SHORE D	3 PC

 

 

راهنمای خرید و فروش  سختی سنج 
شرکت سنجش دقیق پاسارگاد یکی از مراجع فروش تجهیزات آزمایشگاهی و مراکز فروش سختی سنج  در ایران می باشد که همواره در تلاش است تا با ارائه محصولاتی با کیفیت از مطرح ترین برند های موجود در دنیا، کاربران را در خرید وسایل مورد نیاز یاری نماید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر از طریق یکی ار راه های ارتباطی شرکت با در تماس باشید