انتخاب و محدوده کاربرد دستگاه سختی‌سنج

دستگاه سختی‌سنج ابزاری برای اندازه‌گیری سختی فلزات است. تعریف سختی اولین بار توسط لئو مول ارائه شد و نشان‌دهنده توانایی یک ماده در مقاومت در برابر فشرده‌شدن سطح آن توسط یک جسم سخت است. این یکی از مهم‌ترین شاخص‌های عملکردی مواد فلزی محسوب می‌شود. به‌طور کلی، هرچه سختی بیشتر باشد، مقاومت در برابر سایش نیز بهتر خواهد بود.

با توجه به اصول مختلف، اندازه‌گیری سختی به انواع دستگاه‌های سختی‌سنج لیب، راکول، برینل، شاو، شور، بارکال، میکروسختی‌سنج، موهس و ویکرز تقسیم می‌شود.

دستگاه‌های سنجش سختی برینل و راکول به‌طور گسترده‌ترین استفاده را دارند. فولاد و فولاد ریخته‌گری‌شده، فولاد آلیاژی ابزاری، فولاد ضدزنگ، چدن خاکستری، چدن نشکن، آلیاژ آلومینیوم ریخته‌گری‌شده، آلیاژ مس-روی (برنج)، آلیاژ مس-قیمی (برنز)، مس خالص، فولاد به‌صورت آهنگری‌شده، عملیات حرارتی، کربوره‌کردن، لایه‌های سخت‌شده با عملیات سردکردن، پوشش‌های سطحی، فولاد، فلزات غیرآهنی و قطعات بسیار کوچک و نازک، لاستیک، پلاستیک، وافرهای IC، جواهرات و غیره را می‌توان با این دستگاه‌ها آزمایش کرد.

در مورد دستگاه‌های سنجش سختی چند نکته‌ی قابل توجه وجود دارد.

۱. دستگاه سختی‌سنج خود دو نوع خطای متفاوت ایجاد می‌کند: اولین خطا ناشی از تغییر شکل و جابه‌جایی قطعات آن است؛ و دومین خطا ناشی از فراتر رفتن پارامتر سختی از استاندارد مشخص‌شده است. در مورد دومین خطا، پیش از انجام اندازه‌گیری، باید دستگاه سختی‌سنج با استفاده از بلوک استاندارد کالیبره شود. دستگاه سختی‌سنج راکول (Rockwell) در صورتی مجاز به استفاده است که اختلاف حاصل از کالیبراسیون در محدوده ±۱ قرار گیرد و مقدار پایدار درون این اختلاف در محدوده ±۲ باشد و بتوان مقدار اصلاحی را ارائه داد. اگر اختلاف خارج از محدوده ±۲ باشد، دستگاه سختی‌سنج باید کالیبره و تعمیر شود یا از روش‌های دیگر آزمون سختی استفاده گردد.

۲. دستگاه سختی‌سنج محدوده‌های کاربردی متفاوتی دارد و باید بر اساس ضوابط مناسب انتخاب شود. به‌عنوان مثال، هنگامی که سختی از HRB100 بیشتر باشد، باید از مقیاس HRC برای آزمون استفاده کرد؛ و هنگامی که سختی کمتر از HRC20 باشد، باید از مقیاس HRB برای آزمون استفاده کرد. زیرا در صورت خروج از محدودهٔ مشخص‌شدهٔ آزمون، دقت و حساسیت دستگاه سختی‌سنج پایین می‌آید، مقدار سختی نادرست اندازه‌گیری می‌شود و از نظر کاربردی مناسب نیست.

۳. هنگام تعویض نوک فشاردهنده یا صفحهٔ تکیه‌گاه، باید توجه داشت که سطح تماس را به‌طور کامل پاک کنید. پس از تعویض، از یک نمونهٔ فولادی با سختی مشخص چندین بار آزمون انجام دهید تا زمانی که دو مقدار سختی به‌دست‌آمدهٔ متوالی یکسان باشند. هدف از این کار این است که نوک فشاردهنده یا صفحهٔ تکیه‌گاه به‌خوبی و به‌صورت محکم روی قسمت تماسی دستگاه آزمون قرار گرفته و با آن تماس کامل داشته باشد تا از تأثیر منفی بر دقت نتایج آزمون جلوگیری شود.

۴. پس از تنظیم دستگاه سختی‌سنج، هنگام شروع اندازه‌گیری سختی، اولین نقطه آزمایش با استفاده از بلوک استاندارد آزمایش انجام می‌شود تا از وقوع وضعیتی که تماس بین نمونه و صفحهٔ زیرین (آنویل) مناسب نباشد و مقدار اندازه‌گیری‌شده نادرست باشد، جلوگیری شود. پس از تأیید این موضوع، دستگاه سختی‌سنج در حالت عادی و قابل اعتماد قرار گرفته و سپس نمونه به‌صورت رسمی آزمایش شده و مقدار سختی اندازه‌گیری‌شده ثبت می‌گردد.

۵. اگر نمونه اجازه‌دهنده باشد، معمولاً حداقل سه مقدار سختی در نقاط مختلف نمونه اندازه‌گیری می‌شوند. فاصلهٔ بین این سه نقطه حداقل ۳ میلی‌متر است و میانگین این سه مقدار به‌عنوان مقدار سختی نمونه در نظر گرفته می‌شود.

۶. برای نمونه‌هایی با اشکال پیچیده، باید از پدهای متناظر استفاده کرد و پس از ثابت‌کردن نمونه، آزمایش انجام شود. نمونه‌های دایره‌ای شکل معمولاً در شیارهای V-شکل قرار داده می‌شوند تا آزمایش انجام شوند.

۷. دستگاه سختی‌سنج باید مطابق با مقررات کالیبره شود. بلوک استانداردی که برای کالیبره کردن دستگاه سختی‌سنج استفاده می‌شود، نمی‌تواند از هر دو طرف آن بهره‌برداری شود، زیرا سختی سطح استاندارد و سطح پشتی ممکن است یکسان نباشد. عموماً تعیین شده است که بلوک استاندارد از تاریخ کالیبراسیون، معتبر یک سال است.

محدوده‌های کاربرد انواع دستگاه‌های سختی‌سنج به شرح زیر است:

دستگاه سختی‌سنج برینل: عمدتاً برای آزمون سختی فولادِ به‌صورت تزريقی و چدن با ساختار نامتجانس استفاده می‌شود و همچنین برای فلزات غیرآهنی و فولاد نرم نیز مناسب است. آزمون سختی برینل برای بازرسی مواد اولیه و نیمه‌تمام مناسب است. محصولات . مزیت این روش این است که عمق اثر (فرونشست) بزرگ است و می‌تواند عملکرد جامع ماده را منعکس کند و دقت بالایی دارد؛ معایب آن این است که عمق اثر بزرگ بوده و معمولاً در بازرسی محصولات نهایی استفاده نمی‌شود.

‌ دستگاه سختی‌سنج راکول: مناسب برای آزمون سختی انواع فلزات آهنی و غیرآهنی، از جمله فولاد سردشده، فولاد سردشده و بازپخت‌شده، فولاد بازپخت‌شده، فولاد آنیله‌شده، فولاد سطح‌سخت‌شده، مواد کاربیدی، مواد متالورژی پودری، پوشش‌های اسپری حرارتی و غیره. مزیت این روش آن است که دامنه کاربرد گسترده‌ای دارد و برای آزمون سختی انواع فلزات آهنی و غیرآهنی مناسب است؛ معایب آن این است که بُریدگی ایجادشده کوچک بوده و برای فلزات ورقی نازک، لوله‌های دیواره‌نازک و غیره مناسب است.

‌ دستگاه سنجش سختی راکول سطحی: مناسب برای آزمون سختی صفحات نازک، کربن‌دهی، نیتریده‌کردن، لایه‌های سخت‌شده در اثر پوشش‌دهی سطحی، فولاد ضدزنگ و آلیاژهای آلومینیوم و غیره. دستگاه سنجش سختی ویکرز: برای اندازه‌گیری قطعات بسیار کوچک، صفحات نازک فولادی، ورق‌های فلزی، صفحات IC، سیم‌ها، لایه‌های نازک سخت‌شده، لایه‌های روکش الکترولیتی، شیشه، جواهرات و سرامیک‌ها به کار می‌رود. مزیت این روش این است که اثر ناشی از فشار (فرونشست) بسیار کوچک است و بنابراین برای آزمون قطعات بسیار کوچک و مواد نازک مناسب است؛ معایب آن عبارتند از پیچیدگی نسبی در انجام عملیات. مناسب برای آزمون قطعات بسیار کوچک، صفحات نازک فولادی، ورق‌های فلزی و سایر مواد.