كم تعرف عن صلابة المادة؟

لضمان الأداء والعمر، يجب أن تتمتع المواد المستخدمة في أدوات القطع والقياس والقوالب في التصنيع الميكانيكي بصلابة كافية.اليوم، سأناقش معكم صلابة المواد.الصلابة هي مقياس لقدرة المادة على مقاومة التشوه الموضعي، وخاصة التشوه اللدن، أو الانبعاج، أو الخدش. بشكل عام، كلما زادت صلابة المادة، زادت مقاومتها للتآكل، مثل التروس والأجزاء الميكانيكية الأخرى التي تتطلب صلابة معينة لضمان مقاومة كافية للتآكل وعمر خدمة طويل.

أنواع الصلابة

كما هو موضح أعلاه، كانت هناك العديد من أنواع الصلابة. سأقدم لكم اختبار الصلابة بالانبعاج الشائع والعملي في صلابة المعادن.

تعريف الصلابة

1. صلابة برينل

طريقة اختبار صلابة برينل (رمز HB)، والتي أصبحت مواصفة صلابة مقبولة، هي واحدة من أوائل الطرق التي تم تطويرها وتلخيصها، وقد ساهمت في ظهور طرق اختبار صلابة أخرى.

مبدأ اختبار صلابة برينل هو: يقوم المحقن (كرة فولاذية أو كرة كربيدية، قطر D مم) بتطبيق قوة الاختبار F، وبعد ضغط العينة، يتم حساب مساحة التلامس S (مم مربع) بين المحقن الكروي والعينة من قطر التجويف d (مم) المتبقي من المحقن، ويتم استبعاد القيمة التي تم الحصول عليها من قوة الاختبار. عندما يكون المحقن كرة فولاذية، يكون الرمز HBS، وعندما يكون كرة كربيد الأسمنت HBW. k هو ثابت (1/g= 1/9.80665 = 0.102).

2. صلابة فيكرز

صلابة فيكرز (رمز HV) هي طريقة الاختبار الأكثر استخدامًا والتي يمكن اختبارها بأي قوة اختبار، خاصة في مجال الصلابة المنخفضة أقل من 9.807 نيوتن.

صلابة فيكرز هي القيمة التي يتم الحصول عليها بقسمة قوة الاختبار F (نيوتن) على مساحة التلامس S (مم مربع) بين اللوحة القياسية والمحقن، محسوبة بناءً على طول القطر d (مم، متوسط الطول في اتجاهين) للانبعاج المتكون على اللوحة القياسية بواسطة المحقن (ماس مخروطي رباعي، زاوية السطح النسبية = 136 درجة) عند قوة الاختبار F (نيوتن). k هو ثابت (1/g=1/9.80665)

3. صلابة كنووب

يتم حساب صلابة كنووب (رمز HK)، كما هو موضح في الصيغة التالية، بقسمة قوة الاختبار على مساحة إسقاط الانبعاج A (مم مربع) بناءً على طول القطر الأطول d (مم) للانبعاج المتكون على اللوحة القياسية عند قوة الاختبار F عن طريق ضغط محقن ماسي طويل بزوايا جانبية نسبية تبلغ 172 درجة و 30 دقيقة و 130 درجة.

يمكن أيضًا قياس صلابة كنووب عن طريق استبدال محقن فيكرز لجهاز قياس الصلابة الدقيقة بمحقن كنووب.

4. صلابة روكويل

يتم قياس صلابة روكويل (رمز HR) أو صلابة سطح روكويل عن طريق تطبيق قوة تحميل مسبق على اللوحة القياسية باستخدام محقن ماسي (زاوية طرف المخروط: 120 درجة، نصف قطر الطرف: 0.2 مم) أو محقن كروي (كرة فولاذية أو كرة كربيدية)، ثم تطبيق قوة اختبار واستعادة قوة التحميل المسبق.

تُشتق قيمة الصلابة هذه من صيغة الصلابة، والتي تُعبر عنها بالفرق بين عمق الانبعاج h (ميكرومتر) بين قوة التحميل المسبق وقوة الاختبار. يستخدم اختبار صلابة روكويل قوة تحميل مسبق تبلغ 98.07 نيوتن، ويستخدم اختبار صلابة سطح روكويل قوة تحميل مسبق تبلغ 29.42 نيوتن. يُطلق على الرمز المحدد المقدم بالاشتراك مع نوع المحقن وقوة الاختبار وصيغة الصلابة اسم مقياس. تحدد المعايير الصناعية اليابانية (JIS) مقاييس صلابة مختلفة ذات صلة.

HR (محقن ماسي، صلابة روكويل) = 100-h/0.002 h: مم

HR (محقن كروي، صلابة روكويل) = 130-h/0.002 h: مم

HR (محقن ماسي/كروي، صلابة سطح روكويل) = 100-h/0.001 h: مم

آلات اختبار الصلابة

تُستخدم على نطاق واسع لأنها بسيطة وسريعة التشغيل ويمكن اختبارها مباشرة على سطح المواد الخام أو الأجزاء.

دليل اختيار الصلابةدليل اختيار طرق اختبار الصلابة للرجوع إليه:

المادة

صلابة فيكرز الدقيقة

بناءً على حقيقة أن الأجسام ذات الصلابة المتساوية لها مقاومة متساوية لنوعي محقني كنووب وفيكرز، يتم استنتاج إجهاد نوعي محقني فيكرز وكنووب تحت الحمل، ثم وفقًا لـ σHK=σHV، يتم الحصول على HV=0.968HK. يتم قياس هذه الصيغة تحت حمل منخفض، والخطأ كبير نسبيًا. بالإضافة إلى ذلك، عندما تكون قيمة الصلابة أكبر من HV900، يكون خطأ هذه الصيغة كبيرًا جدًا، وتفقد القيمة المرجعية.

• بعد الاشتقاق والتصحيح، تم اقتراح صيغة التحويل لصلابة كنووب وصلابة فيكرز.

• تم التحقق من البيانات الفعلية، والحد الأقصى لخطأ التحويل النسبي للصيغة هو 0.75%، ولها قيمة مرجعية عالية.
• تحويل روكويل إلى فيكرز

تم تعديل صيغة التحويل لهانس. كفارنستروم التي اقترحها كفارنستروم للحصول على صيغة التحويل من صلابة روكويل إلى صلابة فيكرز:

• يتم تحويل هذه الصيغة باستخدام البيانات القياسية لصلابة المعادن الحديدية المنشورة في الصين، وخطأ HRC الخاص بها يقع بشكل أساسي ضمن نطاق ±0.4HRC، وأقصى خطأ لها هو 0.9HRC فقط، وأقصى خطأ محسوب لـ HV هو ±15HV.

• وفقًا للإجهاد σHRC=σHV للمحقنات المختلفة، يتم الحصول على الصيغة عن طريق تحليل منحنى العلاقة بين عمق انبعاج صلابة روكويل وصلابة فيكرز.

تتم مقارنة هذه الصيغة مع القيمة التجريبية للتحويل القياسية الوطنية، ويكون الخطأ بين نتيجة حساب صيغة التحويل والقيمة التجريبية القياسية هو ±0.1HRC.

• وفقًا لبيانات التجارب الفعلية، تتم مناقشة تحويل صلابة روكويل إلى صلابة فيكرز عن طريق الانحدار الخطي، ويتم الحصول على الصيغة:

هذه الصيغة لها نطاق استخدام صغير وخطأ كبير، ولكنها سهلة الحساب ويمكن استخدامها عندما لا تكون الدقة عالية.

• تحويل روكويل إلى صلابة برينل

تم تحليل العلاقة بين انبعاج برينل وانبعاج روكويل، وتم الحصول على صيغة التحويل وفقًا للإجهاد σHRC=σHB للمحقن.

• الخطأ بين النتائج المحسوبة والقيم التجريبية القياسية هو ±0.1HRC.

• وفقًا لبيانات التجارب الفعلية، تم الحصول على الصيغة بطريقة الانحدار الخطي.

خطأ الصيغة كبير، ونطاق الاستخدام صغير، ولكن الحساب بسيط، ويمكن استخدامه عندما لا تكون الدقة عالية.

• تحويل برينل إلى فيكرز

تعتمد العلاقة بين صلابة برينل وصلابة فيكرز أيضًا على σHB=σHV.

• تتم مقارنة نتيجة التحويل لهذه الصيغة مع قيمة التحويل القياسية الوطنية، وخطأ التحويل هو ±2HV.

تحويل كنووب إلى روكويل

نظرًا لأن المنحنيات المقابلة لـ كنووب وروكويل تشبه القطع المكافئ، يتم اشتقاق صيغة التحويل التقريبية من المنحنيات.

• هذه الصيغة دقيقة ويمكن استخدامها كمرجع.