هل سبق لك أن مررت بتجربة كهذه؟
تلتقط مخططًا وترى "التبريد والتلطيف: 220-255 HBW." عندما تظن أنك حصلت عليها، يحدد الرسم التالي "التبريد: 58-62 HRC." ثم، في الصفحة التالية -المفاجأة- أنها تدعو إلى "صلابة السطح> 700 فولت". هل يبدأ رأسك بالدوران قليلاً؟ تبدو الحروف متشابهة، ولكنها مختلفة إلى حد ما.
أنت لست الوحيد الذي يشعر بالارتباك. يقوم العديد من الأشخاص ببساطة بحفظ الحروف عن ظهر قلب دون أن يفهموا حقًا كيفية أخذ القياسات أو المكان الذي يتم فيه تطبيق كل طريقة بشكل أفضل.
اليوم، دعونا نستخدم لغة واضحة ومباشرة للكشف عن الطبيعة الحقيقية لهذه "الأثقال الثقيلة" الأربعة. بهذه الطريقة، ستعرف بالضبط ما الذي تنظر إليه في المرة القادمة التي تراها فيها.
آلات اختبار|أجهزة اختبار الصلابة|البيانات الفنية لإعداد العينات المعدنية – مصنع شنغهاي تشونغيان لتصنيع الآلات
صورة مقارنة للأنواع الأربعة من أجهزة اختبار الصلابة
I. صلابة برينل (HBW): الضغط على مسافة بادئة كبيرة، والنظر إلى الصورة بأكملها
ببساطة، يعتمد اختبار صلابة برينل على "القوة الغاشمة".
يتم ضغط كرة كربيد أسمنتية (المسافة البادئة) بقوة على السطح المعدني، ويتم قياس حجم المسافة البادئة الدائرية الناتجة. كلما كانت المسافة البادئة أصغر، كلما كانت المادة أصعب.
فكر في الأمر مثل الضغط على كرة حديدية كبيرة في كتلة من العجين: كلما كانت المسافة البادئة أقل عمقًا وأصغر، كلما كانت العجينة "أكثر صرامة" (أكثر مرونة/صلابة) وأصبح ضغطها أصعب.
وميزة هذه الطريقة هي أنها تقيم المادة ككل. ونظرًا لأن المسافة البادئة كبيرة نسبيًا، فإن الصلابة المقاسة تمثل متوسط القيمة عبر منطقة معينة، مما يعكس بدقة القوة الإجمالية الحقيقية للمادة. ولا يتم التخلص منها بسبب تناقضات داخلية بسيطة، مما يجعل النتائج مستقرة للغاية.
إذًا، أين يتم استخدام صلابة برينل بشكل أفضل؟
المكونات الكبيرة والمسبوكات الخام: مثل كتل المحرك المصبوبة أو فراغات التروس الكبيرة.
المواد اللينة: مثل الفولاذ غير المعالج، والحديد الزهر، وسبائك النحاس أو الألومنيوم.
الأجزاء التي تتطلب الأداء العام: مثل مكونات العمود التي خضعت للتبريد والتلطيف.
التدوين النموذجي: 220-255 HBW (الأكثر شيوعًا مع الفولاذ المروي والمقسى، مثل الفولاذ 45). يتم استخدام اختبار صلابة برينل بشكل عام للمواد التي لا تتجاوز صلابة برينل 650 HBW.
ثانيا. صلابة روكويل (HRC): قم بعمل مسافة بادئة صغيرة، وقم بقياس العمق
تعمل طريقة روكويل للصلابة بطريقة معاكسة تمامًا لطريقة برينل. بدلا من قياس قطر المسافة البادئة، فإنه يقيس عمق الاختراق.
ويبدأ بتطبيق قوة تحميل مسبق صغيرة على السطح، يليها حمل رئيسي أكبر؛ وأخيرًا، تتم إزالة الحمل الرئيسي، ويتم قياس مقدار الاسترداد المرن (مقدار ارتداد المسافة البادئة للخلف). كلما قل ارتداده مرة أخرى، كلما كان الاختراق أعمق، مما يشير إلى مادة أكثر ليونة.
يمكنك تصور الأمر على النحو التالي: الضغط بإبرة في الخشب. كلما كان اختراق الإبرة سطحيًا، كلما كان الخشب أصعب. يستخدم اختبار HRC لدينا "إبرة" (مسافة بادئة مخروطية الشكل) مصنوعة من الماس.
ومن مزايا هذه الطريقة السرعة والدقة والكفاءة. يتم الحصول على النتائج في ثوانٍ، وتكون المسافة البادئة صغيرة جدًا بحيث لا تسبب أي ضرر تقريبًا لسطح قطعة العمل.
لذلك، تم تصميم صلابة روكويل (HRC) خصيصًا "للمواد-عالية الصلابة"، وخاصة تلك الشائعة في التصنيع:
المكونات الفولاذية المسقية: القوالب، وأدوات القطع، والمحامل، وأسنان التروس.
فحص ما بعد-المعالجة الحرارية-: يكشف فحص سريع في-الموقع في ورشة العمل على الفور ما إذا كانت المعالجة الحرارية تتوافق مع المواصفات.
التدوين النموذجي: 58-62 HRC (الأكثر شيوعًا للفولاذ المروي والفولاذ المحمل).
هناك العديد من مقاييس روكويل. يستخدم مقياس HRC حمولة 150 كجم ويغطي نطاقًا من 20 HRC إلى 70 HRC. إذا كانت المادة ناعمة جدًا (<20 HRC), measurements are inaccurate, requiring a switch to the HRB scale; if it is too hard (>67 HRC)، قد يتعرض جهاز إندينتر الماس للتلف، مما يتطلب التحول إلى مقياس HRA.
مقياس HRA مناسب للكربيدات الأسمنتية والفولاذ المكربن، في حين أن مقياس HRB مناسب للفولاذ الطري وسبائك الألومنيوم وسبائك النحاس. يؤدي اختيار المقياس الخاطئ إلى جعل البيانات الناتجة عديمة الفائدة.
مبادئ الاختبار وتطبيقات طرق قياس صلابة المواد المختلفة – TestDog (خدمات البحث العلمي)
ثالثا. صلابة فيكرز (HV): مارس ضغطًا خفيفًا، وافحص الطبقات الرقيقة
تشبه صلابة فيكرز طريقة برينل ولكنها توفر دقة متناهية. ويستخدم مسافة بادئة ماسية على شكل هرم مربع-؛ عند الضغط عليه، يترك مسافة بادئة أنيقة ومربعة الشكل-على سطح المادة. يتم بعد ذلك استخدام المجهر لقياس طول قطر المربع، مما يسمح بحساب قيمة الصلابة.
يمكنك تصور الأمر على أنه استخدام ماسة صغيرة للضغط برفق على علامة مربعة على سطح المادة. وهذه العلامة صغيرة جدًا بحيث لا تكاد تُرى بالعين المجردة.
أعظم مزايا اختبار صلابة فيكرز هي تنوعه ودقته.
نطاق واسع: يمكنه اختبار المواد التي تتراوح من شديدة الليونة إلى شديدة الصلابة، ويستخدم مقياسًا موحدًا-على عكس اختبار روكويل، الذي ينقسم إلى عدة مقاييس مختلفة.
حمل قابل للتعديل: يمكنك استخدام قوة كبيرة لاختبار المادة السائبة أو قوة صغيرة جدًا لاختبار منطقة محلية معينة.
دقة عالية: نظرًا لأن المسافة البادئة صغيرة، فإنها تسمح بإجراء اختبارات مستهدفة للغاية.
يغطي مقياس الصلابة فيكرز نطاقًا واسعًا-يتراوح من عدد قليل من الجهد العالي إلى 3000 جهد عالي-مما يجعله الأكثر دقة بين اختبارات الصلابة الشائعة.
وبالتالي، فهو يتفوق في تحليل "الخصائص السطحية" الحاسمة للتصنيع المتقدم:
صفائح رقيقة ومكونات ذات جدران رقيقة{{0}: مثل الجدران المصنوعة من الألومنيوم لعلب المشروبات أو أغلفة الهواتف المحمولة.
الطبقات السطحية-المُعالجة: يقيس بدقة صلابة الطبقات المكربنة أو المنتردة أو المطلية بالكهرباء.
المكونات الدقيقة-: أجزاء دقيقة بحجم ظفر الإصبع؛ بينما قد يواجه مختبرو الصلابة الآخرون صعوبة في الوصول إليها، فإن اختبار فيكرز يتعامل معها بسهولة.
Typical notation: >700HV0.5 (يشير "0.5" إلى قوة اختبار قدرها 0.5 كجم، تستخدم عادةً للأسطح المنتردة).
تأثير مسافات فيكرز على الخواص الميكانيكية للسيراميك الصلب غير المضغوط -الحالة الملبدة من كربيد السيليكون
رابعا. صلابة الشاطئ (HS): مراقبة الكرة المرتدة-الارتداد
تتضمن الطرق الثلاث السابقة مسافة بادئة "ثابتة"، بينما تكون صلابة Shore "ديناميكية".
الطريقة مثيرة للاهتمام للغاية: يتم السماح لوزن يحتوي على طرف ماسي صغير بالسقوط بحرية من ارتفاع معين على سطح المادة، ويتم قياس ارتفاع ارتداده. كلما زاد الارتداد، زادت صعوبة المادة.
يمكنك تصور الأمر على النحو التالي: إذا أسقطت كرة نطاطة على أرضية خرسانية، فإنها ترتد عاليًا، ولكن إذا أسقطتها على القطن، فإنها بالكاد ترتد على الإطلاق. تعمل صلابة الشاطئ على نفس المبدأ. تتمثل مزايا هذه الطريقة في أنها سهلة الحمل للغاية وغير -تدميرية. يمكن حمل الأداة بسهولة، ولا تترك علامات كبيرة على قطعة الشغل.
ولذلك، فإنه يستخدم في المقام الأول ل:
قطع العمل-الكبيرة جدًا والثقيلة: مثل بكرات الدرفلة الضخمة (التي تزن مئات الأطنان)، وأعمدة التوربينات الكبيرة، والمطروقات العملاقة. من المستحيل ببساطة نقل هذه العناصر إلى جهاز اختبار الصلابة الموضوع على الطاولة لقياسها.
الاختبار في-الموقع: تحديد صلابة المواد بسرعة على أرضية ورشة العمل أو أثناء صيانة المعدات الخارجية.
جهاز اختبار الصلابة Shore عبارة عن جهاز محمول مناسب بشكل خاص لقطع العمل المتوسطة-إلى-الكبيرة في صناعات المعادن والآلات الثقيلة، مثل البكرات وأعمدة الكرنك والتروس-الكبيرة جدًا.
ملاحظة خاصة: صلابة الشور (HS) المستخدمة في التصنيع تختلف تماماً عن صلابة الشور (HA/HB) المستخدمة في المطاط والبلاستيك! على الرغم من أن الأسماء تختلف بحرف واحد فقط، إلا أن المبادئ الأساسية والمواد التي يتم اختبارها مختلفة تمامًا-لذا تأكد من عدم الخلط بينها.
كيف تختار جهاز اختبار صلابة Leeb المحمول؟
كيف يجب أن تختار بالضبط؟ اسأل نفسك ثلاثة أسئلة.
والآن بعد أن اطلعت على تخصصات هؤلاء "الخبراء" الأربعة، هل أصبحت الصورة أوضح؟ فلنلخص كيفية اتخاذ قرار سريع في سيناريو العمل-الحقيقي:
1. كليًا أم جزءًا؟
الأداء العام، المسبوكات/المطروقات الخام، المكونات الكبيرة → HBW
صلابة عالية، أجزاء مروية، فحص مفاجئ سريع للمنتجات النهائية ← HRC
2. طبقة رقيقة أم قطعة صغيرة؟
الطبقات المكربنة السطحية، والطلاءات، والصفائح الرقيقة، والأجزاء الصغيرة → الجهد العالي
3. في-الموقع أم في المختبر؟
مكونات ضخمة (مئات الأطنان)، اختبار طارئ في الموقع-← HS
مشكلة تسبب الصداع لكثير من الناس
في بعض الأحيان قد تلاحظ أن نفس المادة تم تحديدها بشكل مختلف عبر نفس المخطط أو المستندات الفنية المختلفة-التي تدرج 220-255 HBW في مكان واحد و22-28 HRC في مكان آخر. هل هاتان المواصفات تعنيان نفس الشيء؟
إليك الاستنتاج مقدمًا: بالنسبة للفولاذ المروي القياسي-و-المقسى (مثل الفولاذ 45)، فإن تحديد HBW هو الممارسة الأكثر شيوعًا والمفضلة.
السبب بسيط: الهدف من التبريد والتلطيف هو تحقيق خصائص مستقرة في جميع أنحاء الجزء-من السطح والقلب. يقوم اختبار برينل (HBW) بإنشاء مسافة بادئة كبيرة ويقيس متوسط الحالة الإجمالية للمادة، والتي تتوافق تمامًا مع هذا المطلب. علاوة على ذلك، توصي المعايير الوطنية باستخدام طريقة برينل بشكل تفضيلي للمواد ذات الصلابة الأقل من 450 HBW.
فلماذا لا يزال بعض الناس يحددون HRC؟
هناك بضعة أسباب محتملة: قد يكون الجزء صغيرًا جدًا، مما يجعل المسافة البادئة لبرينل كبيرة جدًا بحيث لا يمكن قياسها؛ قد تكون ورشة العمل معتادة على استخدام أجهزة اختبار روكويل (بسبب سرعتها)؛ أو قد تنبع هذه الممارسة ببساطة من رسومات هندسية قديمة. من حيث القيم، يتحول النطاق من 220 إلى 255 HBW إلى ما يقرب من 20 إلى 26 HRC، وهو ما يتماشى جيدًا مع نطاق 22-28 HRC.
فيما يلي دليل مرجعي سريع: HRC 30 ≈ HV 300؛ إتش آر سي 40 ≈ هف 400؛ HRC 50 ≈ HV 500.
في النهاية، لا تعتبر أي من الطريقتين صحيحة أو خاطئة تمامًا؛ بل إنها تعكس أساليب مختلفة للتفتيش.
