اختبار صلابة الدليل: شرح طرق روكويل وفيكرز
A اختبار صلابة يقيس مقاومة المادة للتشوه البلاستيكي الموضعي، عادةً عن طريق الضغط على مسافة بادئة صلبة على سطح المادة تحت حمل متحكم فيه وتقييم عمق أو حجم المسافة البادئة الناتجة. يعد اختبار الصلابة أحد اختبارات مراقبة الجودة الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في تشغيل المعادن والمعالجة الحرارية وهندسة المواد، نظرًا لأن الصلابة ترتبط ارتباطًا وثيقًا بمقاومة التآكل وقوة الشد وقابلية التشغيل الآلي، مما يمنح المصنعين طريقة سريعة وغير مدمرة إلى حد كبير للتحقق من أن الجزء يلبي مواصفات المواد الخاصة به.
على الرغم من وجود العشرات من طرق ومقاييس اختبار الصلابة، يظل روكويل وفيكرز هما الأكثر تحديدًا على نطاق واسع في البيئات الصناعية والمختبرية، حيث يناسب كل منهما أنواعًا مختلفة من المواد، وهندسة الأجزاء، ومتطلبات الدقة. يغطي هذا الدليل كيفية عمل جهاز اختبار الصلابة بشكل عام، وكيفية استخدام جهاز اختبار الصلابة Rockwell خطوة بخطوة، وما يميز جهاز اختبار الصلابة Vickers عن طرق الاختبار الأخرى.
كيف يعمل اختبار الصلابة
يعمل كل جهاز اختبار للصلابة، بغض النظر عن الطريقة، على نفس المبدأ الأساسي: تطبيق قوة معروفة من خلال أداة إندينتر ذات شكل ومادة محددة، ثم قياس التشوه الناتج لاستخلاص قيمة الصلابة. ما يختلف بين طرق الاختبار هو هندسة المسافة البادئة، والحمل المطبق، وما إذا كان القياس يعتمد على عمق المسافة البادئة، التي يتم قياسها مباشرة بواسطة الجهاز، أو حجم المسافة البادئة، والتي يتم قياسها بصريًا بعد إزالة الحمل.
يقيس اختبار Rockwell عمق المسافة البادئة مباشرة، باستخدام مخروط ماسي أو كرة فولاذية صلبة اعتمادًا على المقياس المحدد المستخدم، وينتج قراءة الصلابة على الفور تقريبًا نظرًا لأن الآلة تحسب القيمة تلقائيًا من فرق العمق بين تطبيق الحمل البسيط والكبير. على النقيض من ذلك، يعتمد اختبار فيكرز وبرينل على قياس الأبعاد الفيزيائية للمسافة البادئة المتبقية في سطح المادة، عادة تحت المجهر أو باستخدام نظام قياس بصري متكامل، وحساب الصلابة من منطقة المسافة البادئة المقاسة.
يعتمد اختيار جهاز اختبار الصلابة المناسب والمقياس المناسب لمادة وتطبيق معين على عوامل تشمل نطاق الصلابة المتوقع للمادة، وسمك قطعة الاختبار وتشطيب سطحها، وما إذا كان التطبيق يتطلب فحصًا سريعًا لأرضية الإنتاج أو قياسًا دقيقًا على مستوى المختبر. تحدد معايير الاختبار مثل ASTM E18 لـ Rockwell وASTM E92 لـ Vickers الإجراءات الدقيقة والأحمال ومتطلبات المعايرة التي من المتوقع أن يتبعها المصنعون والمختبرات للحصول على نتائج قابلة للتتبع وقابلة للتكرار.
كيفية استخدام اختبار صلابة روكويل
يبدأ استخدام جهاز اختبار الصلابة Rockwell بشكل صحيح بتحضير قطعة الاختبار: يجب أن يكون السطح الذي يتم اختباره نظيفًا ومسطحًا وخاليًا من الترسبات أو الأكسدة أو المخالفات السطحية التي قد تشوه القراءة، نظرًا لأن التلوث السطحي البسيط يمكن أن يؤدي إلى تحريف النتائج بشكل كبير. يتم وضع قطعة الاختبار على سندان الماكينة، ويتم تحديد المسافة البادئة المناسبة، إما مخروط ماسي للمواد الأكثر صلابة أو كرة فولاذية للمواد الأكثر ليونة، إلى جانب الحمل الصحيح الخاص بالمقياس، بناءً على نوع المادة ونطاق الصلابة المتوقع الذي يتم اختباره.
تتبع عملية الاختبار نفسها تسلسل تحميل من خطوتين: يتم أولاً تطبيق حمل بسيط لتثبيت المسافة البادئة بقوة على سطح المادة وإنشاء نقطة مرجعية مستقرة، وبعد ذلك يتم تطبيق الحمل الرئيسي والاحتفاظ به لفترة زمنية محددة للسماح للمادة بالاستجابة الكاملة للقوة المطبقة. بمجرد إزالة الحمل الرئيسي مع بقاء الحمل البسيط، تقوم الآلة بقياس الفرق في عمق المسافة البادئة بين مرحلتي التحميل، ويتم تحويل هذا العمق التفاضلي مباشرة إلى قيمة صلابة روكويل المعروضة على قرص الاختبار أو القراءة الرقمية.
للحصول على نتائج متسقة ودقيقة، يجب على المشغلين أخذ قراءات متعددة عبر نقاط مختلفة على قطعة الاختبار بدلاً من الاعتماد على قياس واحد، نظرًا لأن التناقضات الطفيفة في المواد أو الاختلافات السطحية يمكن أن تتسبب في اختلاف القراءات الفردية. يعد تباعد نقاط الاختبار بعيدًا بما يكفي لتجنب التداخل من مجال الضغط الناتج عن المسافات البادئة المجاورة، والحفاظ على معايرة جهاز الاختبار من خلال التحقق المنتظم باستخدام كتل اختبار معتمدة، من الممارسات الأساسية لإنتاج بيانات صلابة روكويل موثوقة بمرور الوقت.
آلة اختبار صلابة فيكرز: كيف تختلف
A آلة اختبار صلابة فيكرز يستخدم مسافة بادئة ماسية ذات شكل دقيق على شكل هرم مربع القاعدة، يتم ضغطه على سطح المادة تحت حمل محدد، وعلى عكس اختبار روكويل، يتم حساب قيمة الصلابة من الطول القطري المقاس للمسافة البادئة المتبقية بدلاً من عمق المسافة البادئة المقاسة أثناء الاختبار نفسه. يتطلب أسلوب القياس البصري هذا مجهرًا متكاملاً أو نظام كاميرا قادرًا على قياس المسافة البادئة القطرية بدقة عالية، حيث إن أخطاء القياس الصغيرة تترجم مباشرة إلى عدم دقة قيمة الصلابة.
إحدى المزايا الرئيسية لاختبار فيكرز هي نطاق الصلابة المطبق الواسع للغاية وقدرته على اختبار مجموعة واسعة من المواد، بدءًا من المعادن اللينة جدًا إلى المواد شديدة الصلابة والهشة، باستخدام نفس هندسة المسافة البادئة في كل مكان، وهذا ليس هو الحال مع اختبار روكويل، حيث تتطلب المقاييس المختلفة مسافة بادئة وأحمال مختلفة لنطاقات صلابة مختلفة. هذا التنوع يجعل من أجهزة اختبار Vickers ذات قيمة خاصة في بيئات البحث ومراقبة الجودة التي تتعامل مع مجموعة واسعة من أنواع المواد ومستويات الصلابة دون الحاجة إلى تبديل تكوينات المعدات.
تشتمل آلات اختبار الصلابة الحديثة من فيكرز بشكل متزايد على برنامج قياس بصري آلي يلتقط صورة المسافة البادئة ويحسب القياسات القطرية وقيمة الصلابة الناتجة تلقائيًا، مما يقلل بشكل كبير من ذاتية المشغل التي كانت تاريخيًا قيدًا على القياس اليدوي القائم على المجهر. جعلت هذه الأتمتة اختبار فيكرز أسرع بكثير وأكثر اتساقًا من أساليب القياس اليدوي السابقة، مع الحفاظ على الدقة الدقيقة وإمكانية تطبيق المواد على نطاق واسع مما يجعل اختبار فيكرز الطريقة المفضلة لاختبار الصلابة الدقيقة للطبقات الرقيقة والأجزاء الصغيرة والطبقات السطحية الصلبة.
مقارنة طرق اختبار الصلابة الشائعة حسب نوع إندينتر وأساس القياس والتطبيق النموذجي.
