به میزان مقاومت یک ماده در برابر یک جسم فرورونده سختی می گویند. جسم فرورونده باعث تغییر شکل دائمی یا پلاستیکی در سطح نمونه می شود و مقدار فرورفتگی معیاری از سختی ماده است، به گونه ای که هر چقدر فرورفتگی بیشتر باشد سختی نمونه کمتر است.
اگر چه روش های سختی سنجی دیگری همچون خراش دو ماده بر روی یکدیگر نیز وجود دارد که برای مقایسه سختی دو کانی معدنی با یکدیگر استفاده می شود، با این حال روش پذیرفته شده در دنیای علم و مهندسی مواد روش فرورونده است.
با اینکه داده های حاصل از سختی سنجی به طور مستقیم در طراحی قابل استفاده نیستند اما می توانند اطلاعات مهمی از استحکام های تسلیم و کششی، مقاومت سایشی، داکتیلیتی، کیفیت قطعه تولیدی، استکام خستگی، فازها و ناهمگنی های موجود و عمر کاری قطعه فراهم نمایند.
به گونه ای که در بعضی از مواد همچون فولادهای ساده کربنی، فلزات شیشه ای یا آمورف و تعدادی از مواد سرامیکی روابطی برای تبدیل میزان سختی به پارامترهایی چون استحکام به دست آمده است. علاوه بر این در جایی که به دلیل محدودیت ابعادی نمونه امکان تست کشش وجود نداشته باشد سختی سنجی بهترین گزینه است.
بسیار جالب توجه است که در سال های اخیر چندین تحقیق در زمینه ی شبیه سازی فرایندهای سختی سنجی با روش المان محدود انجام گرفته است که می تواند به شناخت بیشتر و بهینه سازی این فرایندها کمک کند.
سختی سنجی می تواند در مقیاس های ماکرو، میکرو و نانو انجام شود. روش های برینل، راکول و ویکرز از جمله انواع سختی سنجی در مقیاس ماکرو هستند.
همچنین از روش های سختی سنجی در مقیاس میکرو می توان به روش های ویکرز و نوپ اشاره کرد. در ادامه این مطلب به بررسی روش سختی سنجی برینل می پردازیم.
روش برینل، قدیمی ترین روش سختی سنجی با استفاده از عامل فرورونده است. این روش اولین بار در سال 1900 میلادی توسط مهندس متالورژ سوئدی، دکتر یوهان آگوست برینل معرفی شد. عدد سختی برینل از تقسیم نیروی اعمالی با واحد کیلوگرم بر سطح عرقچین اثر فرورونده با واحد میلی متر مربع حاصل می شود.
روش برینل اولیه از نیروی 3000 کیلوگرم و یک ساچمه فولادی سخت شده با عملیات حرارتی با قطر 10 میلی متر استفاده می نمود.
اما ساچمه فولادی عملیات حرارتی شده به دلیل سختی همسان، قادر به اندازه گیری سختی فولادهای عملیات حرارتی شده دیگر نبود.
لذا با بهینه سازی این روش، گلوله کاربید تنگستن جایگزین ساچمه فولادی شد. در این روش بعد از انتخاب ساچمه و نیرو، بارگذاری به مدت چندین ثانیه روی قطعه انجام می شود.
بعد از برداشتن بار، قطر حفره ایجاد شده توسط یک میکروسکوپ اندازه گیری می شود و با استفاده از جداول استاندارد و یا فرمول های مربوطه به اعداد سختی تبدیل می شوند.
نیروی 3000 کیلوگرم و ساچمه بزرگ 10 میلی متر باعث ایجاد فرورفتگی بزرگی می شود ولی بسیاری از فلزات غیرآهنی نمی توانند چنین نیروهایی را تحمل کنند.
همچنین تولید این میزان نیرو نیازمند یک دستگاه قدرتمند است. لذا به منظور اندازه گیری سختی فلزات و آلیاژهای غیر آهنی در این روش از نیروها و ساچمه های با قطر کمتر استفاده می شود.
ساچمه ی برینل، فرورفتگی بزرگی ایجاد می کند که می تواند به عنوان منبع تمرکز تنش بر عملکرد قطعه تأثیر بگذارد و بنابراین این روش یک تست غیر مخرب محسوب نمی شود.
همچنین عیب دیگر این روش احتمال وقوع خطای دید در حین اندازه گیری قطر فرورفتگی با میکروسکوپ است که بر عدد سختی اثر می گذارد. اما مزیت بزرگ روش برینل این است که نتایج آن به دلیل وجود ساچمه بزرگ، زیاد تحت تأثیر وجود ناهمگنی ها در ساختار قرار نمی گیرد و یک سختی متوسط را نشان می دهد.
لذا برای اندازه گیری سختی فلزاتی همچون چدن و یا قطعات متالورژی پودر بسیار مناسب است. به طور کلی این روش برای سختی سنجی فولادهای عملیات حرارتی شده توصیه نمی گردد و بهتر است در این موارد از روش سختی سنجی راکول استفاده شود. همچنین لازم به ذکر است اعداد سختی برینل از طریق جداول مربوطه قابل تبدیل به مقادیر سختی های راکول و ویکرز هستند.
سختی سنجی برینل طبق استانداردهایی از جمله EN ISO 6506 و ASTM E10 انجام می شود. استاندارد ASTM E10 که به دستورالعمل های مربوط به تجهیزات و انجام آزمون سختی سنجی به روش برینل در مواد فلزی می پردازد، توسط انجمن مواد و آزمون آمریکا (ASTM) تهیه شده است.
این مؤسسه در سال 1898 تأسیس شد و یکی از بزرگ ترین سازمان های توسعه دهنده استاندارد در جهان است.
ویرژن 2018 این استاندارد شامل موارد و الزامات زیر است:
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
