برای استفاده مؤثر از فلزات در طرح های مختلف، دانستن میزان استحکام آنها مهم است. سختی رایج ترین مشخصه کیفی محاسبه شده فلزات و آلیاژها است. چندین روش برای تعیین آن وجود دارد: برینل، راکل، سوپر راکول، ویکرز، لودویک، شور (مونوترون)، مارتنز. این مقاله روش برادران راکول را در نظر می گیرد.
روش چیست
روش روکول روشی برای آزمایش سختی مواد است. برای عنصر مورد مطالعه، عمق نفوذ نوک سخت نشانگر محاسبه می شود. در این حالت، بار برای هر مقیاس سختی ثابت می ماند. معمولاً 60، 100 یا 150 کیلوگرم است.
شاخص در این مطالعه توپ هایی از مواد بادوام یا مخروط های الماس هستند. آنها باید انتهای نوک تیز گرد و زاویه راس 120 درجه داشته باشند.
این روش ساده و به سرعت قابل تکرار است. که به آن نسبت به سایر روش ها برتری می دهد.
تاریخ
پروفسور محقق وین، لودویگ، برای اولین بار استفاده از دندانه دار را برای تحقیق پیشنهاد کرد.سختی با نفوذ در ماده و محاسبه عمق نسبی. روش او در کار 1908 Die Kegelprobe شرح داده شده است.
این روش دارای اشکالاتی بود. برادران هیو و استنلی راکول فناوری جدیدی را پیشنهاد کردند که خطاهای نقص مکانیکی سیستم اندازه‌گیری (بازخوردها و عیوب سطحی، آلودگی مواد و قطعات) را از بین می‌برد. پروفسورها سختی سنج را اختراع کردند - دستگاهی که عمق نسبی نفوذ را تعیین می کند. برای آزمایش بلبرینگ های فولادی استفاده شد.
تعیین سختی فلزات به روش برینل و راکول در جامعه علمی شایسته توجه است. اما روش برینل ضعیف بود - کند بود و برای فولادهای سخت شده استفاده نمی شد. بنابراین، نمی توان آن را یک روش آزمایش غیر مخرب در نظر گرفت.
در فوریه 1919، سختی سنج با شماره 1294171 به ثبت رسید. در آن زمان، راکولز برای یک شرکت بلبرینگ کار می کرد.
در سپتامبر 1919، استنلی راکول شرکت را ترک کرد و به ایالت نیویورک نقل مکان کرد. در آنجا درخواستی برای بهبود دستگاه ارائه کرد که پذیرفته شد. دستگاه جدید ثبت اختراع و تا سال 1921 بهبود یافته است.
در اواخر سال 1922، راکول یک کارخانه تصفیه حرارتی را تأسیس کرد که هنوز در کانکتیکات کار می کند. بخشی از شرکت Instron از سال 1993.
مزایا و معایب روش
هر روش محاسبه سختی منحصر به فرد است و در برخی مناطق قابل استفاده است. روش های سختی برینل و راکولپایه هستند.
تعدادی از مزایای روش وجود دارد:
- امکان آزمایش های سختی بالا؛
- آسیب سطحی جزئی در طول آزمایش؛
- روش ساده که نیازی به اندازه گیری قطر فرورفتگی ندارد؛
- روند آزمایش به اندازه کافی سریع است.
عیوب:
- در مقایسه با سختی سنج های برینل و ویکرز، روش راکول به اندازه کافی دقیق نیست؛
- باید سطح نمونه را با دقت آماده کرد.
ساختار مقیاس راکول
برای آزمایش سختی فلزات به روش راکول، تنها ۱۱ مقیاس استخراج شده است. تفاوت آنها در نسبت نوک و بار است. نوک می تواند نه تنها یک مخروط الماس، بلکه یک توپ از آلیاژ کاربید و تنگستن یا فولاد سخت شده به شکل یک کره باشد. نکته ثابت شده در نصب، شناسه نامیده می شود.
مقیاس ها معمولاً با حروف الفبای لاتین نشان داده می شوند: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.
تست های قدرت با مقیاس های اصلی - A, B, C: انجام می شود.
- مقیاس A: آزمایش با مخروط الماس با بار 60 کیلوگرم. تعیین - HRA. چنین آزمایشاتی برای مواد سخت نازک (0.3-0.5 میلی متر) انجام می شود؛
- مقیاس B: تست توپ فولادی 100 کیلوگرمی. تعیین - HRB. آزمایش‌ها بر روی فولاد نرم و آلیاژهای غیرآهنی آنیل شده انجام می‌شود؛
- مقیاس C: آزمایش مخروط 150 کیلوگرمی. تعیین - HRC. آزمایش‌ها برای فلزات متوسط سخت، فولاد سخت شده و حرارت‌دیده یا لایه‌هایی با ضخامت حداکثر 0.5 میلی‌متر انجام می‌شود.
سختی با روشراکول معمولاً با حرف سوم مقیاس HR نشان داده می شود (به عنوان مثال HRA، HRC).
فرمول محاسبه
سختی مواد بر عمق نفوذ نوک تأثیر می گذارد. هرچه جسم آزمایشی سخت‌تر باشد، نفوذ کمتری خواهد داشت.
برای تعیین عددی سختی یک ماده، یک فرمول مورد نیاز است. ضرایب آن به مقیاس بستگی دارد. برای کاهش خطای اندازه‌گیری، باید تفاوت نسبی در عمق نفوذ فرورفتگی در لحظه اعمال بار اصلی و اولیه (10 کیلوگرم بر فوت) را پذیرفت.
روش اندازه گیری سختی راکول شامل استفاده از فرمول است: HR=N-(H-h)/s، که در آن اختلاف H-h بیانگر عمق نفوذ نسبی فرورفتگی تحت بارها (مقدماتی و اصلی) است. بر حسب میلی متر محاسبه می شود. N، s ثابت هستند، آنها به مقیاس خاص بستگی دارند.
سختی سنج راکول
سختی سنجدستگاهی برای تعیین سختی فلزات و آلیاژها به روش راکول است. دستگاهی است با مخروط (یا توپ) الماس و موادی که مخروط باید در آن وارد شود. یک وزنه نیز برای تنظیم نیروی ضربه وصل شده است.
نشانگر زمان نمایش داده می شود. این فرآیند در دو مرحله انجام می شود: ابتدا فشار دادن با نیروی 10 کیلوگرم انجام می شود، سپس قوی تر. برای پرس بیشتر از مخروط و برای کمتر از توپ استفاده می شود.
مواد آزمایش به صورت افقی قرار می گیرد. الماس با یک اهرم روی آن پایین می آید. برای فرود صاف، دستگاه از یک دسته با کمک فنر روغن استفاده می کند.
زمان بارگذاری اصلی معمولاً استبسته به مواد 3 تا 6 ثانیه است. پیش بارگیری باید تا زمانی که نتایج آزمایش در دسترس باشد حفظ شود.
پیکان بزرگ نشانگر در جهت عقربه های ساعت حرکت می کند و نتیجه آزمایش را منعکس می کند.
محبوب ترین در عمل چنین مدل های سختی سنج راکول هستند:
- دستگاه های ثابت "Metrotest" مدل "ITR"، به عنوان مثال، "ITR-60/150-M".
- Qness GmbH مدل Q150R.
- دستگاه خودکار ثابت TIME Group Inc مدل TH300.
روش آزمون
تحقیق نیاز به آمادگی دقیق دارد. هنگام تعیین سختی فلزات به روش راکول، سطح نمونه باید تمیز، بدون ترک و فلس باشد. مهم است که دائماً بررسی کنید که آیا بار به صورت عمود بر سطح ماده اعمال می شود و آیا روی میز پایدار است یا خیر.
نشان در هنگام هل دادن مخروط باید حداقل 1.5 میلی متر و هنگام هل دادن توپ - بیش از 4 میلی متر باشد. برای محاسبات موثر، نمونه باید 10 برابر ضخیم‌تر از عمق نفوذ فرورفتگی پس از برداشتن بار اصلی باشد. همچنین حداقل 3 تست از یک نمونه باید انجام شود و پس از آن نتایج باید میانگین گیری شود.
مراحل تست
برای اینکه آزمایش نتیجه مثبت و خطای کوچکی داشته باشد باید ترتیب انجام آن را رعایت کنید.
مراحل آزمایش روش تعیین سختی توسطراکول:
- انتخاب مقیاس را تعیین کنید.
- Indenter و بارگیری مورد نیاز را نصب کنید.
- برای تصحیح نصب دستگاه و نمونه، دو چاپ آزمایشی (که در نتایج گنجانده نشده است) انجام دهید.
- بلوک مرجع را روی میز ابزار قرار دهید.
- پیش بارگیری (10 kgf) را آزمایش کنید و مقیاس را تنظیم مجدد کنید.
- بار اصلی را اعمال کنید، منتظر حداکثر نتایج باشید.
- بار را بردارید و مقدار دریافتی را روی شماره گیری بخوانید.
مقررات اجازه آزمایش یک نمونه را هنگام آزمایش محصولات انبوه می دهد.
که بر دقت تأثیر می گذارد
هنگام انجام هر آزمایشی، در نظر گرفتن عوامل زیادی مهم است. تشخیص سختی راکول نیز ویژگی های خاص خود را دارد.
عواملی که باید به آنها توجه کرد:
- ضخامت قطعه آزمایش. طبق قوانین آزمایش استفاده از نمونه ای که کمتر از ده برابر عمق نفوذ نوک باشد ممنوع است. یعنی اگر عمق نفوذ 0.2 میلی متر باشد، پس مواد باید حداقل 2 سانتی متر ضخامت داشته باشد.
- باید فاصله ای بین چاپ روی نمونه وجود داشته باشد. سه قطر بین مراکز چاپ نزدیک است.
- باید بسته به موقعیت محقق، تغییر احتمالی نتایج آزمایش روی صفحه را در نظر گرفت. یعنی خواندن نتیجه باید از یک دیدگاه انجام شود.
خواص مکانیکی در آزمایشاتقدرت
ارتباط و کشف ویژگی های مقاومتی مواد و نتایج آزمایش سختی با روش سختی راکول توسط دانشمندان موادی مانند Davidenkov N. N.، Markovets M. P. و دیگران به دست آمد.
با توجه به نتایج آزمون سختی فرورفتگی، از روش‌هایی برای محاسبه مقاومت تسلیم استفاده می‌شود. این رابطه برای فولادهای ضد زنگ با کروم بالا که تحت چندین عملیات حرارتی قرار گرفته اند محاسبه می شود. میانگین مقدار انحراف، هنگام استفاده از یک فرورفتگی الماس، تنها +0.9٪ بود.
تحقیق برای تعیین سایر خواص مکانیکی مواد مرتبط با سختی نیز در حال انجام است. به عنوان مثال، استحکام کششی (یا استحکام کششی)، مقاومت واقعی در برابر شکست و انقباض نسبی.
روشهای جایگزین برای تعیین سختی
اندازه گیری سختی نه تنها با روش راکول امکان پذیر است. نکات اصلی هر روش و تفاوت آنها را در نظر بگیرید. تست بار استاتیک:
- نمونه های مطالعه. روش های Rockell و Vickers آزمایش مواد نسبتاً نرم و با استحکام بالا را ممکن می سازد. روش برینل برای مطالعه فلزات نرم تر با سختی تا 650 HBW طراحی شده است. روش Super-Rockwell امکان تست سختی در بارهای کم را فراهم می کند.
- GOSTs. روش راکول مطابق با GOST 9013-59، روش برینل - 9012-59، روش ویکرز - 2999-75، روش شور - GOST 263-75، 24622-91، 24621-91، ASTM D2240، ISO868-8.
- دورومتر. دستگاه های محققان Rockwell و Shore ساده هستنداستفاده و اندازه کوچک تجهیزات ویکرز امکان آزمایش بر روی نمونه های بسیار نازک و کوچک را فراهم می کند.
آزمایشات تحت فشار دینامیکی طبق روش مارتل، پولدی، با استفاده از دستگاه ضربه سنج عمودی نیکولایف، دستگاه فنر شوپر و باومن و غیره انجام شد.
سختی را می توان با خراشیدن نیز اندازه گیری کرد. چنین آزمایشاتی با استفاده از فایل Barb، Monters، Hankins، Birbaum microcharacterizer و غیره انجام شد.
روش راکول علیرغم کاستی هایی که دارد، به طور گسترده برای تست سختی در صنعت استفاده می شود. انجام آن آسان است، عمدتاً به این دلیل که نیازی به اندازه گیری چاپ زیر میکروسکوپ و صیقل دادن سطح نیست. اما در عین حال، این روش به اندازه مطالعات پیشنهادی برینل و ویکرز دقیق نیست. سختی که به روش های مختلف اندازه گیری می شود، وابستگی دارد. یعنی واحدهای موثر راکول را می توان به واحدهای برینل تبدیل کرد. در سطح قانونگذاری، مقرراتی مانند ASTM E-140 وجود دارد که مقادیر سختی را با هم مقایسه می کند.
