صلابة المواد المعدنية تشير الصلابة إلى قدرة المادة على مقاومة التشوه الموضعي، وخاصة التشوه البلاستيكي أو الانبعاج أو الخدش. إنه مؤشر لقياس صلابة المادة. وفقا لطرق الاختبار المختلفة، يتم تقسيم الصلابة إلى ثلاثة أنواع.
① صلابة الصفر. يتم استخدامه بشكل أساسي لمقارنة صلابة ونعومة المعادن المختلفة. تتمثل الطريقة في اختيار قضيب يكون أحد طرفيه صلبًا والطرف الآخر ناعمًا، ويتم خدش المادة المراد اختبارها على طول القضيب، وتحديد صلابة ونعومة المادة المراد اختبارها وفقًا لموضع الخدش. من الناحية النوعية، يكون الخدش الناتج عن جسم صلب طويلًا، والخدش الناتج عن جسم ناعم قصير.
② صلابة المسافة البادئة. وهي تستخدم أساسا للمواد المعدنية. تتمثل الطريقة في الضغط على المسافة البادئة المحددة في المادة المراد اختبارها بحمل معين، ومقارنة صلابة ونعومة المادة المراد اختبارها بحجم التشوه البلاستيكي المحلي على سطح المادة. نظرًا للاختلافات في المسافة البادئة والأحمال ومدة التحميل، هناك العديد من أنواع صلابة المسافة البادئة، بشكل رئيسي صلابة برينل وصلابة روكويل وصلابة فيكرز والصلابة الدقيقة.
③ صلابة الارتداد. وهي تستخدم أساسا للمواد المعدنية. وتتمثل الطريقة في جعل مطرقة صغيرة خاصة تسقط بحرية من ارتفاع معين لتؤثر على عينة المادة التي يتم اختبارها، ويتم تحديد صلابة المادة من خلال كمية طاقة الانفعال المخزنة (ثم المحررة) بواسطة العينة أثناء الاختبار. التأثير (يقاس بارتفاع ارتداد المطرقة الصغيرة).
تنتمي صلابة برينل وصلابة روكويل وصلابة فيكرز الأكثر شيوعًا للمواد المعدنية إلى صلابة المسافة البادئة. تشير قيمة الصلابة إلى قدرة سطح المادة على مقاومة التشوه البلاستيكي الناتج عن جسم آخر عند ضغطه على السطح. تقيس طريقة الارتداد (شور، ليب) الصلابة، وتمثل قيمة الصلابة حجم وظيفة التشوه المرنة للمعدن.
صلابة برينل تستخدم صلابة برينل كرة فولاذية صلبة أو كرة كربيد بقطر D كنقطة بادئة، وتضغطها على سطح العينة باستخدام قوة الاختبار المقابلة F. بعد وقت التثبيت المحدد، تتم إزالة قوة الاختبار للحصول على المسافة البادئة بقطر د. يتم تقسيم قوة الاختبار على مساحة سطح المسافة البادئة، والقيمة التي تم الحصول عليها هي قيمة صلابة برينل، والرمز هو HBS أو HBW.
الفرق بين HBS وHBW هو الفرق في المسافة البادئة. HBS يعني أن إندينتر عبارة عن كرة فولاذية صلبة، والتي تستخدم لقياس المواد ذات قيمة صلابة برينل أقل من 450، مثل الفولاذ الطري والحديد الزهر الرمادي والمعادن غير الحديدية. HBW يعني أن المسافة البادئة عبارة عن كربيد، والذي يستخدم لقياس المواد ذات قيمة صلابة برينل أقل من 650.
بالنسبة لنفس كتلة الاختبار، عندما تكون شروط الاختبار الأخرى متماثلة تمامًا، تكون نتائج الاختبار مختلفة، وغالبًا ما تكون قيمة HBW أكبر من قيمة HBS، ولا توجد قاعدة كمية يجب اتباعها.
بعد عام 2003، تبنت بلدي المعايير الدولية بشكل متساوٍ، وألغت آلة إندينتر ذات الكرة الفولاذية، واعتمدت رؤوس كرات الكربيد. لذلك، لم يعد يتم استخدام HBS، ويتم استخدام HBW لتمثيل رمز صلابة برينل. في كثير من الحالات، يتم تمثيل صلابة برينل فقط بـ HB، والذي يشير إلى HBW. ومع ذلك، لا يزال يُنظر إلى HBS في الأوراق الأدبية.
طريقة قياس صلابة برينل مناسبة للحديد الزهر والسبائك غير الحديدية ومختلف أنواع الفولاذ الملدن والمقسى. إنها غير مناسبة لقياس العينات أو قطع العمل التي تكون صلبة جدًا وصغيرة جدًا ورقيقة جدًا ولا تسمح بوجود مسافات بادئة كبيرة على السطح. تستخدم Rockwell Hardness مخروطًا ماسيًا بزاوية قمة مخروطية تبلغ 120 درجة أو كرة فولاذية صلبة بقطر 1.588 مم و3.176 مم كإزاحة وتحميل. يتم ضغط العينة في قطعة الاختبار تحت تأثير حمل أولي قدره 10 كجم ثقلي وحمولة إجمالية تبلغ 60 أو 100 أو 150 كجم ثقلي (أي الحمل الأولي بالإضافة إلى الحمل الرئيسي). بعد تطبيق الحمل الإجمالي، يتم التعبير عن الصلابة بالفرق بين عمق المسافة البادئة عند إزالة الحمل الرئيسي ولكن يتم الاحتفاظ بالحمل الرئيسي وعمق المسافة البادئة تحت تأثير الحمل الأولي. يستخدم اختبار صلابة روكويل ثلاث قوى اختبار وثلاثة مسافات بادئة، والتي تحتوي على إجمالي 9 مجموعات، تتوافق مع 9 مقاييس لصلابة روكويل. يغطي تطبيق هذه المقاييس التسعة جميع المواد المعدنية شائعة الاستخدام تقريبًا. وأكثرها استخدامًا هي HRA وHRB وHRC، ومن بينها HRC هو الأكثر استخدامًا على نطاق واسع. نطاق استخدام مقياس HRC هو 20 ~ 70HRC. عندما تكون قيمة الصلابة أقل من 20HRC، بسبب الضغط على الجزء المخروطي من إندينتر أكثر من اللازم، تنخفض الحساسية، ويجب استخدام مقياس HRB بدلاً من ذلك؛ عندما تكون صلابة العينة أكبر من 67HRC، يكون الضغط على طرف إندينتر كبيرًا جدًا، ويتلف الماس بسهولة، وسيتم تقصير عمر إندينتر بشكل كبير، لذا يجب استخدام مقياس HRA بدلاً من ذلك بشكل عام.
اختبار صلابة روكويل بسيط وسريع وله مسافة بادئة صغيرة. يمكنه اختبار سطح المنتجات النهائية وقطع العمل الأكثر صلابة وأرق. بسبب المسافة البادئة الصغيرة، تتقلب قيمة الصلابة بشكل كبير بالنسبة للمواد ذات البنية والصلابة غير المستوية، والدقة ليست عالية مثل صلابة برينل. تستخدم صلابة روكويل لقياس صلابة الفولاذ والمعادن غير الحديدية والكربيد الأسمنتي وما إلى ذلك.
صلابة فيكرز صلابة فيكرز مبدأ قياس صلابة فيكرز مشابه لصلابة برينل. يتم استخدام إندينتر رباعي السطوح الماسي العادي بزاوية نسبية تبلغ 136 درجة للضغط على سطح المادة بقوة اختبار محددة F. تتم إزالة قوة الاختبار بعد الحفاظ عليها لفترة زمنية محددة. يتم التعبير عن قيمة الصلابة بمتوسط الضغط لكل وحدة مساحة سطحية للمسافة البادئة للرباعي المنتظم، والرمز هو HV. تتمتع صلابة فيكرز بنطاق قياس واسع ويمكنها قياس المواد بنطاق صلابة يتراوح بين 10 إلى 1000 هرتز. يحتوي على مسافة بادئة صغيرة ويستخدم عمومًا لقياس المواد الرقيقة وطبقات تصلب السطح مثل الكربنة والنيترة.
يستخدم Leeb Hardness كتلة معينة من جسم التصادم المجهز برأس كرة من كربيد التنجستن للتأثير على سطح قطعة الاختبار تحت قوة معينة، ثم الارتداد. نظرًا لاختلاف صلابة المواد، تختلف أيضًا سرعة الارتداد بعد الاصطدام. يتم تثبيت مادة مغناطيسية دائمة على جهاز التأثير. عندما يتحرك جسم الصدمة لأعلى ولأسفل، فإن ملفه المحيطي سينتج إشارة كهرومغناطيسية تتناسب مع السرعة، والتي يتم تحويلها بعد ذلك إلى قيمة صلابة Leeb من خلال دائرة إلكترونية، ويتم وضع علامة على الرمز بـ HL.
لا يتطلب اختبار صلابة Leeb طاولة عمل. مستشعر الصلابة الخاص به صغير الحجم مثل القلم ويمكن تشغيله باليد مباشرة. يمكن اكتشافها بسهولة بغض النظر عما إذا كانت قطعة عمل كبيرة وثقيلة أو قطعة عمل ذات أبعاد هندسية معقدة.
ميزة أخرى لصلابة Leeb هي أنها تسبب ضررًا طفيفًا لسطح المنتج ويمكن استخدامها أحيانًا كاختبار غير مدمر؛ فهو فريد من نوعه في اختبار الصلابة في جميع الاتجاهات والمساحات الضيقة والأجزاء الخاصة.
