تحقیق مقاله آزمون های سختی

Hardness Tests

سختی یک ماده عبارتی است که به خوبی تعریف نشده است، ولی بسته به تجربه کسی که با آن سروکار دارد معانی زیادی به خود می گیرد. به طور کلی معمولاً سختی حاکی از مقاومت در برابر تغییر شکل بوده و این خاصیت در فلزات معیاری از مقاومت آنها در برابر تغییر شکل مومسان یا دائم است. برای کسی که با علم مکانیک آزمایش مواد سروکار دارد به احتمال زیاد سختی به معنی مقاومت در برابر فرورفتگی است. برای مهندس طراح غالباً یک کمیت معین و از نظر اندازه گیری ساده می باشد و اطلاعاتی از استحکام و عملیات حرارتی فلز به دست می دهد.

سختی یک خاصیت اساسی ماده نیست اما در رابطه با خواص پلاستیکی و الاستیکی قطعه مطرح می شود. برای مثال برای یک قطعه سختی در دو نقطه مختلف ممکن است فرق داشته باشد. در صورتیکه خصوصیاتی مثل مدول الاستیسیته برای یک قطعه مشخص می باشد. روش آزمایش و آماده کردن نمونه معمولاً ساده است و نتایج ممکن است در برآورد کردن خصوصیات مکانیکی دیگر مورد استفاده قرار گیرد. تست سختی به طور گسترده ای در بازرسیها و کنترل قطعات مورد استفاده قرار می گیرد.

دربسیاری از کاربردهای صنعتی نیاز به قطعاتی است که دارای سطحی سخت بوده، و در عین حال از چقرمگی و مقاومت به ضربه خوبی نیز برخوردار باشند. از جمله مواردی که می توان در این رابطه به عنوان مثال به آنها اشاره کرد عبارتند از : میل لنگ، میل بادامک، 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 کار باشند .

به طور کلی بسته به نحوه اجرای آزمایش سختی، می توان آزمون های موجود را به سه دسته کلی تقسیم بندی نمود :

1- آزمون سختی الاستیک: Elastic Hardness Test (سختی برگشت یا انعکاس )

 ( مقاومت در برابر برش یا سایش ) Scratch Hardness Test 2- آزمون سختی خراش:

 (مقاومت در برابر فرورفتگی) Penetration Hardness Test 3- آزمون سختی فرو رفتگی:

1- آزمون سختی الاستیک: Elastic Hardness Test

دراندازه گیری سختی به این طریق، معمولاً ساچمهء سختی از فاصله ای معین بر سطح فلز

مورد آزمون می افتد و با توجه به ارتفاع برگشت ساچمه که خود نشانگر میزان انرژ ی جذب شده توسط سطح فلزات است، سختی فلز تعیین می شود. دستگاه اسکلروسکوپ را که متداولترین دستگاه آزمایش سختی دینامیک است و سختی را بر حسب ارتفاع بازگشت ساچمه اندازه می گیرد در شکل 1 مشاهده می کنیم.

(تصاویر در فایل اصلی موجود است)

Scratch Hardness Test 2- آزمون سختی خراش:

این روش آزمون از اولین روشهای بررسی سختی اجسام می باشد، که توسط زمین شناس معروف، موس بنیان نهاده شده است. این روش بر اساس رده بندی کانیهای مختلف بر اساس توانائیهای ر یک در ایجاد خراش بر روی دیگری است. بدین ترتیب جسم سخت تر قابلیت ایجاد خراش بر روی جسم نرم تر را دارا می باشد. بر اساس این اصل می توان جدولی تهیه نمود که در آن نرم ترین کانی با شماره 1 « تالک » بوده و سخت ترین آن با شماره 10 « الماس » است. مزیت این روش سهولت آن بوده و یک دید سریع به کارشناسان می دهد. آزمون سختی موس در بین زمین شناسان بسیار رایج بوده لکن استفاده عملی در مباحث مهندسی ندارد. عیب بزرگ این روش حدودی بودن آن و عدم یکنواختی بین مقیاسهاست.

عدد سختی مواد مختلف در مقیاس موس در جدول 1 آورده شده است.

(جداول در فایل اصلی موجود است)

در نوع دیگری از آزمایش سختی خراش، عمق یا عرض خراشی که در اثر کشیدن سوزن الماسه با یک بارمعین روی سطح ایجاد شده، اندازه گرفته می شود. این وسیله گرچه برای اندازه گیری سختی نسبی اجزای ریز ابزار مفیدی است، ولی دقت زیاد نداشته و تکرار پذیر نیست.

اگر یک ماده نامشخص با شماره 6 خراشیده شود ولی با شماره 5 خراشیده نشود، سختی آن بین 5 و 6 خواهد بود. بزر گترین عیب این روش آنست که مقیاس سختی یکنواخت نیست. وقتی که سختی مواد معدنی با روشهای دیگر سختی سنجی اندازه گرفته می شود، درمی یابیم که مقادیر بین 1 و 9 خلاصه شده و بین 9 تا 10 یک فاصله و خلاء بزرگی افتاده است.

File test : این روش به روش مقاومت در برابر سایش موسوم می باشد. در این روش به صورتی قطعه را مورد بررسی قرار می دهند که مشاهده کنند قطعه مزبور توسط سوهانی که زبری یا سختی آن مشخص است ساییده می شود یا خیر. آزمایشهای مقایسه ای با یک سوهان یا ابزار ساییدگی بستگی دارد به : اندازه، شکل، و سختی ابزار و سرعت، فشار و زاویه سایش در طی آزمایش، و به ترکیب و عملیات حرارتی مواد تحت آزمایش. این روش بطور کلی در صنعت به عنوان یک معیار قبول یا رد مواد مورد استفاده قرار می گیرد.

Penetration Hardness Test 3- آزمون سختی فرو رفتگی:

این آزمون و روش های مختلف آن از مهم ترین ابزارهای مهندسی به شمار می آیند. در این آزمون

که به آزمون سختی نفوذ نیز موسوم می باشد، میزان سختی را بوسیله مقاومت جسم در مقابل فرورونده می سنجند.

بطور کلی عدد سختی، عدد و ارزشی است که در روشهای مختلف این آزمون بدست می آید و تا حدود زیادی با یکدیگر و با  « استحکام کششی نهایی » فلزات غیر شکننده متناسب است.

در این روشها با فروبردن یک فرورونده ( ساچمه، هرم یا مخروط های سخت فولادی ) و گودکردن جسم، سختی آن را از روی عمق فرورفتگی یا عرقچین حاصله اندازه گیری می کنند.

چهار روش متداول برای انجام آزمایش سختی فرورفتگی یا سختی نفوذی وجود دارد که

عبارتند از :

Brinell Hardness test الف) آزمون سختی برینل

Rockwell Hardness test ب) آزمون سختی راکول

Vickers Hardness test  ج) آزمون سختی ویکرز

Microhardness Hardness test د) آزمون ریزسختی

Brinell Hardness testالف) آزمون سختی برینل

10 با mm این آزمون عبارتست از ایجاد فرورفتگی در سطح فلزبه وسیله یک گلوله فولادی به قطر500 کاهش می یابد تا از عمیق شدن زیاد اثر Kg 3000 . برای فلزات نرم، بار تا Kg نیروی فرورفتگی اجتناب شود. برای فلزات خیلی سخت از گلوله ای با جنس کاربید تنگستن استفاده می در سنبه به حداقل برسد. بار در زمان استانداردی که معمولاً 30 distortion شود تا واپیچش یا ثانیه است وارد شده و قطر فرورفتگی پس از برداشتن بار با یک میکروسکوپ کم قدرت اندازه گیری می شود. سطحی که فرورفتگی روی آن ایجاد می شود باید نسبتاً صاف و بدون جرم وکثافت باشد.

عدد سختی برینل (BHN) بر حسب بار تقسیم بر مساحت داخلی فرورفتگی بیان می شود. این عدد از فرمول زیر بدست می آید :

P = Kg بار وارده برحسب

D = mm قطر لوله بر حسب

d = mm قطر فرورفتگی برحسب

t = mm عمق اثر برحسب

توجه شود که واحد BHN کیلوگرم به میلی متر مربع است