سختی چیست؟ تعیین سختی

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 05:24

کدام سخت تر است، گرانیت یا مرمر، نیکل یا آلومینیوم؟ و به هر حال سختی چیست؟ ما سعی خواهیم کرد در مقاله خود به این سوالات پاسخ دهیم. تعدادی از دانشمندان خارجی به مشکل تعیین سختی مواد معدنی و مواد پرداختند. از جمله آلبرت شور، فردریش موس، یوهان آگوست برینل، ویلیام ویکرز و دیگران هستند. با این حال، تنها روش و به طور کلی پذیرفته شده برای محاسبه سختی در علم هنوز وجود ندارد.

سختی چیست؟

هر یک از مواد شناخته شده برای علم دارای تعدادی ویژگی و کیفیت فیزیکی خاص است. در این مقاله سختی چیست. این توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر نفوذ یک بدنه بادوام دیگر به داخل آن است (به عنوان مثال، ابزار برش یا سوراخ).

سختی مواد اغلب در واحدهای ویژه اندازه گیری می شود - kgf/mm² (کیلوگرم نیرو بر میلی متر مربع مساحت). بسته به مقیاس انتخابی، با حروف لاتین HB، HRC یا HRB تعیین می شود.

سخت ترین ماده معدنی روی زمین الماس است. اگر در مورد مواد با منشاء مصنوعی صحبت کنیم، بادوام ترین آنها فولریت است. این یک کریستال مولکولی است که در دماهای بالا (حدود 300 درجه سانتیگراد) و فشارهای بسیار بالا (بیش از 90000 اتمسفر) تشکیل می شود. به گفته دانشمندان، فولریت تقریباً یک و نیم برابر سخت تر از الماس است.

سختی چیست؟

سه گزینه سختی اصلی وجود دارد:

• سطح (تعیین شده با نسبت بار به سطح چاپ).
• پروجکشن (نسبت بار به ناحیه برآمدگی اثر).
• Volume (نسبت بار به حجم چاپ).

علاوه بر این، سختی اجسام فیزیکی در چهار محدوده اندازه گیری می شود:

1. سختی نانو (بارگیری کمتر از 1 gf).
2. Microhardness (1 تا 200 gf).
3. سختی در بارهای کم (200 gf - 5 kgf).
4. ماکروسختی (بیش از 5 kgf).

سختی فلزات

از 104 عنصر سیستم تناوبی مندلیف، 82 عنصر فلز هستند. و تعداد کل آلیاژهای شناخته شده برای بشر به پنج هزار می رسد! دامنه فلزات در دنیای مدرن فوق العاده گسترده است. اینها صنایع نظامی و شیمیایی، متالورژی، مهندسی برق، صنایع فضایی، جواهرات، کشتی سازی، پزشکی و غیره هستند.

در بین تمام خصوصیات فیزیکی و شیمیایی فلزات، سختی با آخرین آن فاصله دارد.نقش. پس از همه، او به وضوح نشان می دهد:

• درجه مقاومت سایشی فلز؛
• مقاومت فشار؛
• توانایی آن در برش مواد دیگر.

از جمله موارد دیگر، سختی یک فلز نشان می دهد که آیا می توان آن را روی ماشین های خاصی پردازش کرد، آیا می توان آن را پرداخت کرد یا خیر. به هر حال، دانشمندان مدت‌هاست ثابت کرده‌اند که سختی فلز تا حد زیادی سایر خواص مکانیکی آن را تعیین می‌کند.

سختی آهن، مس و آلومینیوم چقدر است؟ و کدام فلز سخت ترین و بادوام ترین است؟

منیزیم و آلومینیوم از نرم ترین فلزات هستند. مقادیر سختی آنها در 5 kgf/mm² متفاوت است. تقریباً دو برابر سخت تر - نیکل و مس (حدود 10 کیلوگرم در میلی متر²). سختی آهن 30 کیلوگرم بر میلی متر ² تخمین زده می شود. خوب، سخت ترین فلزات با منشاء طبیعی عبارتند از تیتانیوم، اسمیم و ایریدیوم.

تعیین سختی: روش ها، روش ها و رویکردها

سختی یک جسم فیزیکی چگونه اندازه گیری می شود؟ برای انجام این کار، به اصطلاح یک فرورفتگی به نمونه وارد می شود. نقش آن را می توان توسط یک توپ فلزی سنگین، مخروط هرمی یا الماس ایفا کرد. پس از اثر تماس مستقیم فرورفتگی، اثری بر روی نمونه آزمایشی باقی می ماند که اندازه آن سختی ماده را تعیین می کند.

در عمل از دو گروه روش برای اندازه گیری سختی استفاده می شود:

1. Dynamic.
2. Kinetic.

در این حالت می توان بار اعمال شده را در حین ورود فرورفتگی به بدنه انجام داد.با خراشیدن، فرورفتگی (اغلب)، بریدن یا برگشتن.

امروزه چندین روش مختلف برای تعیین سختی وجود دارد:

• Rockwell;
• Brinell;
• به گفته ویکرز؛
• توسط Shore;
• طبق گفته Mohs.

بر این اساس، تعدادی مقیاس مختلف سختی مواد وجود دارد که هیچ رابطه مستقیمی بین آنها وجود ندارد. یک یا روش دیگر اندازه گیری بر اساس تعدادی از عوامل (به عنوان مثال، خواص یک ماده خاص، شرایط آزمایش، تجهیزات مورد استفاده و غیره) انتخاب می شود. دستگاه هایی که سختی فلزات یا مواد معدنی را تعیین می کنند معمولاً سختی سنج نامیده می شوند.

روش راکول

مقدار سختی راکول با عمق فرورفتگی مخروط الماس یا توپ فلزی باقی مانده روی سطح قطعه آزمایش تعیین می شود. علاوه بر این، بدون بعد است و با حروف HR نشان داده می شود. موادی که خیلی نرم هستند ممکن است مقادیر سختی منفی داشته باشند.

به اصطلاح سختی سنج راکول در آغاز قرن گذشته توسط آمریکایی ها هیو راکول و استنلی راکول اختراع شد. در ویدیوی زیر می توانید نحوه عملکرد آن را مشاهده کنید. یک عامل حیاتی برای این روش ضخامت نمونه آزمایش است. این نباید کمتر از ده برابر عمق نفوذ فرورفتگی در بدنه آزمایش باشد.

بسته به نوع فرورفتگی و بار اعمال شده، سه مقیاس اندازه گیری وجود دارد. آنها با سه حرف لاتین A، B و C مشخص می شوند. مقدار سختی راکول یک شکل عددی دارد. به عنوان مثال: 25.5 HRC (آخرینحرف نشان دهنده مقیاسی است که در آزمون استفاده شده است).

روش برینل

مقدار سختی برینل با قطر اثری که توسط یک توپ فولادی سخت شده روی سطح فلز مورد آزمایش باقی می ماند تعیین می شود. واحد اندازه گیری kgf/mm است².

این روش در سال 1900 توسط مهندس سوئدی یوهان آگوست برینل پیشنهاد شد. آزمایش به شرح زیر انجام می شود: ابتدا پیش بار فرورفتگی روی نمونه تنظیم می شود و تنها پس از آن - اصلی. علاوه بر این، ماده تحت این بار می تواند تا 30 ثانیه مقاومت کند و پس از آن عمق فرورفتگی اندازه گیری می شود. سختی برینل (به عنوان HB) به عنوان نسبت بار اعمال شده به سطح چاپ حاصل محاسبه می شود.

برخی مقادیر سختی برای مواد مختلف (طبق گفته برینل):

• چوب - 2، 6-7، 0 HB.
• آلومینیوم - 15 HB.
• مس – 35 HB.
• فولاد ملایم - 120 HB.
• شیشه - 500 HB.
• فولاد ابزار - 650-700 HB.

روش ویکرز

سختی طبق روش ویکرز با فشار دادن یک نوک الماس به داخل نمونه که شکل یک هرم چهار گوش معمولی است، تعیین می شود. پس از برداشتن بار، دو قطر تشکیل شده روی سطح ماده را اندازه گیری کنید و مقدار میانگین حسابی d (به میلی متر) را محاسبه کنید.

سختی سنج Vickers کاملا فشرده است (عکس زیر را ببینید). آزمایش در دمای اتاق (20+ درجه) انجام می شود. مقدار سختی بدنه با حروف HV نشان داده می شود.

روش شور

این روش برای اندازه گیری سختی توسط مخترع آمریکایی آلبرت شور پیشنهاد شد. همچنین اغلب به عنوان "روش برگشتی" نامیده می شود. هنگام اندازه‌گیری سختی Shore، ضربه‌گیر با اندازه و جرم استاندارد از ارتفاع معینی روی سطح ماده مورد آزمایش انداخته می‌شود. مقدار کلیدی این آزمایش ارتفاع ریباند مهاجم است که در واحدهای معمولی اندازه گیری می شود.

سختی ساحلی در محدوده 20 تا 140 واحد اندازه گیری می شود. صد واحد مربوط به ارتفاع برگشتی 13.6 میلی متر (± 0.5 میلی متر) است. طبق استاندارد، این مقدار سختی فولاد کربنی سخت شده است. یک دستگاه مدرن برای اندازه گیری سختی مواد بر اساس Shore، اسکلروسکوپ یا طول سنج نامیده می شود (در عکس زیر قابل مشاهده است).

مقیاس Mohs

مقیاس سختی Mohs نسبی است و منحصراً برای مواد معدنی کاربرد دارد. ده کانی به عنوان کانی های مرجع انتخاب شدند که به ترتیب افزایش سختی (در عکس نمودار زیر) مرتب شدند. بر این اساس، مقیاس دارای 10 امتیاز (از 1 تا 10) است.

مقیاس کانی شناسی سختی توسط دانشمند آلمانی فردریش موس در سال 1811 پیشنهاد شد. با این وجود، هنوز هم در زمین شناسی استفاده می شود.

چگونه می توان سختی یک کانی خاص را در مقیاس Mohs تعیین کرد؟ این را می توان با بررسی دقیق خراش باقی مانده از نمونه انجام داد. استفاده از یک ناخن، یک سکه مسی، یک تکه شیشه یا یک چاقوی فولادی راحت است.

پس اگرماده معدنی آزمایش شده بدون خراش روی کاغذ می نویسد سپس سختی آن برابر با یک است. اگر سنگ به راحتی با ناخن خراشیده شود، سختی آن 2 است. سه نقطه دارای مواد معدنی است که به راحتی با چاقو خراشیده می شود. اگر لازم است کمی تلاش کنید تا اثری روی سنگ باقی بماند، پس سختی آن 4 یا 5 است. مواد معدنی با سختی 6 یا بالاتر، خود خراش هایی روی تیغه چاقو ایجاد می کنند.

در نتیجه…

پس سختی چیست؟ این توانایی یک جسم فیزیکی برای مقاومت در برابر تخریب و تغییر شکل تحت تأثیر نیروهای تماس محلی است. سخت ترین ماده معدنی روی زمین الماس و بادوام ترین فلز آن ایریدیوم است. در علم و فناوری مدرن، چندین روش اندازه گیری سختی استفاده می شود (طبق گفته های برینل، راکول، ویکرز، شور و موهس).