چهارشنبه , ۲۶ مهر ۱۳۹۶
20 درصد تخفیف نرم افزار آنالیز تصویر MIP

آزمون های مکانیکی مواد

تهیه و تنظیم : امیرمحمد دهستانی – علی شیعتی – سبحان بناییان

آزمون های مکانیکی مواد

 

آزمون های مکانیکی مواد (Mechanical Testing of Materials) اهمیت بسیاری دارند زیرا عملکرد موفقیت آمیز فلزات در کاربرد های مهندسی به توانایی فلز در برآورده ساختن نیازهای طراحی، شرایط کاری و امکان تولید در ابعاد مناسب بستگی دارد و توانایی یک فلز برای تامین این نیاز ها توسط خواص فیزیکی و مکانیکی آن مشخص می شود.

خواص فیزیکی معمولا بدون اعمال یک نیروی مکانیکی خارجی (بار) اندازه گیری می شوند. نمونه هایی از خواص فیزیکی عبارتند از : چگالی، خواص مغناطیسی، هدایت حرارتی و نفوذ پذیری گرمایی، خواص الکتریکی (مثل مقاومت)، گرمای ویژه و ضریب انبساط حرارتی. خواص مکانیکی به صورت رابطه میان نیرو ها (یا تنش) وارده به یک فلز و مقاومت ماده در برابر تغییر شکل  (مانند کرنش) و شکست بیان می شوند. تغییر فرم پس از حذف نیروی خارجی ممکن است قابل مشاهده باشد یا نه. آزمون های مکانیکی مختلفی به کار گرفته می شوند تا خواصی مانند مدول الاستیسیته، استحکام تسلیم، تغییر فرم الاستیک و پلاستیک، سختی، مقاومت در برابر خستگی و چقرمگی شکست را اندازه بگیرند.

 

در بسیاری از مراحل فرآیند پیچیده تولید مواد مهندسی (فلزی، پلیمری، سرامیکی یا کامپوزیت)، هنگام شکل دادن این مواد و ساخت قطعه، هم چنین در سر هم کردن این قطعات که به منظور ایجاد یک فرآورده مهندسی (با هدف برآورده کردن یک منظور خاص) مونتاژ می شوند، بازرسی و آزمون باید صورت گیرد. نیاز به آزمون با پایان یافتن تولید به طور خودکار از بین نمی رود و لازم است فرآورده در طول عمر کاری اش مورد بازبینی و آزمون قرار گیرد تا تغییرات احتمالی ایجاد شده در آن، از قبیل خسارت های مربوط به خستگی و خوردگی مشخص گردد.

نکته بسیار مهم این است که مصرف کننده ماده بتواند اطلاعاتی قابل اعتماد در مورد خواص ماده کسب کند. دامنه خواص قابل بررسی بسیار گسترده است؛ از میان این خواص می توان از استحکام نهایی کششی، فشاری و برشی در دمای محیط و دیگر دما ها، سفتی، سختی، استحکام ضربه ای، خواص تابع زمان مانند پدیده های خستگی و خزش، مقاومت به اکسایش، مقاومت به خوردگی و دیگر انواع حمله های میکروبی و شیمیایی نام برد. ارزیابی کامل تمام این خواص برای هر ماده بسیار پر هزینه و وقت گیر است و مهندس باید مشخص کند کدام خاصیت ها برای کاربرد مورد نظر حائز اهمیت هستند. در این رابطه لازم است که مهندس نه تنها از وجود خواص کافی در ماده برای عملکرد موفق قطعه ساخته شده از آن مطمئن شود، بلکه باید اطمینان حاصل کند که ماده قابلیت شکل پذیری به شکل های مورد نظر را به خوبی دارد.

روش های آزمایشی که برای تعیین بعضی خواص شاخص مواد مانند آزمون کشش تبیین شده اند اطلاعات بسیار ارزشمندی به مهندس و طراح ارائه می نمایند، ولی این اطلاعات الزاما برای پیش بینی دقیق رفتار ماده پس از سر هم شدن و تبدیل به یک قطعه در حال کار کافی نیست. خواص یک ماده فلزی تا اندازه ای تابع اندازه و آرایش دانه های بلورین آن است. ساختار دانه ای قطعه ساخته شده ممکن است با آنچه که در نمونه آزمایش بررسی خواص کششی وجود دارد، تفاوت داشته باشد به عنوان مثال خواص بسیاری از پلاستیک های گرما نرم به تغییرات دما و آهنگ کرنش حساسند. ممکن است نتایج آزمون های مکانیکی انجام شده روی سرامیک ها پراکندگی زیادی را نشان دهد. برای نمایش این پراکندگی و هم چنین برای تعیین میانگین آماری، آزمون های متعددی لازم است.

 

مهم ترین آزمون های مکانیکی مواد در جدول زیر خلاصه شده اند:

آزمون های مکانیکی مواد
سختی سنجی آزمون سختی سنجی موس
آزمون سختی سنجی برینل
آزمون سختی سنجی ویکرز
آزمون سختی سنجی راکول
آزمون میکروسختی ویکرز
آزمون سختی سنجی نوپ
آزمون سختی سنجی شر
سختی می یر
سختی در دمای بالا
آزمون کشش منحنی تنش – کرنش مهندسی
منحنی تنش – کرنش حقیقی
اثر دما بر خواص جریان
اثر دما و کرنش بر خواص جریان
اثر دستگاه آزمون کشش بر خواص جریان
اندازه گیری شکل پذیری در آزمون کشش
آزمون ضربه آزمون ضربه شارپی
آزمون ضربه ایزود
آزمون فشار
آزمون خزش
آزمون خستگی
آزمون خمش

 

 

سختی ویکرز

در آزمون سختی ویکرز (Vickers Hardness) از یک هرم با قاعده مربع به عنوان سنبه استفاده می شود. زاویه میان وجوه مقابل این هرم ۱۳۶ درجه است. علت انتخاب این زاویه به نسبت قطر فرورفتگی به قطر گلوله (d/D) در آزمایش برینل باز می گردد. نسبت d/D در آزمایش های برینل بین ۰٫۲۵ و ۰٫۵ قرار می گیرد. برای سنبه آزمون ویکرز نسبت d=0/375 D به کار گرفته شده است. بنابراین برای ایجاد چنین نسبتی زاویه مخروط باید ۱۳۶ درجه باشد. بنابراین هنگامی که مقدار معمولی برای آزمون برینل بدست آید، DPH و BHN تقریبا برابرند. به دلیل شکل سنبه آزمون ویکرز، به آن آزمایش سختی هرم الماسی هم گفته می شود.

 

 

 

 

عدد سختی ویکرز

 

عدد سختی هرم الماسی (DPH) یا عدد سختی ویکرز (VHN یا VPH) برابر است با: بار تقسیم بر مساحت فرو رفتگی. مساحت فرورفتگی از مقادیر میکروسکوپی طول ها و قطرهای اثر محاسبه می شود.

P=بار وارده بر حسب کیلوگرم

L= میانگین طول قطرها بر حسب میلی متر

θ= زاویه میان وجوه مقابل الماس (۱۳۶o)

 

روش انجام آزمون ویکرز

در دستگاه های آزمایش استاندارد ویکرز، دو تیغه، درون چشمی میکروسکوپ، تعبیه شده اند. تیغه ها طوری تنظیم می شوند که درست بر لبه های فرورفتگی منطبق شوند. فاصله بین دو تیغه از روی مقیاس متصل به چشمی خوانده می شود. عدد خوانده شده، عدد چشمی نام دارد و همراه هر دستگاه آزمایش جدول هایی برای تبدیل عدد چشمی به عدد سختی ویکرز به ازاء نیروهای مختلف وجود دارد. عدد چشمی را می توان با دقت ۰٫۰۰۱ میلی متر خواند. برای دستیابی به بهترین جواب آزمون سختی، نیروی فرورونده باید طوری انتخاب شود که قطر فرورفتگی حدود ۰٫۵ میلی متر باشد. ضخامت ماده آزمایش نباید کمتر از ۱٫۵ D باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

نیروهای مناسب برای برخی مواد معمولی
نوع ماده نیرو بر حسب کیلوگرم
انواع فولاد و چدن ۳۰
آلیاژهای مس ۱۰
مس خالص، آلیاژهای آلومینیم ۵
آلومینیم خالص ۲٫۵
فلدسپات ارتوکلاز ۶
مس، قلع و آلیاژهای قلع ۱

 

تحلیل آزمون ویکرز

 

آثار فرورفتگی آزمون ویکرز، می تواند به شکل مربع، جاسوزنی بشکه ای باشد. فرو رفتگی به شکل جا سوزنی در نتیجه گود افتادگی فلز در اطراف وجوه مسطح هرم ایجاد می شود. این شرایط در مورد فلزات آنیل شده مشاهده می شود و طول قطر ها زیادتر برآورد شود. فرورفتگی به شکل بشکه ای در فلزات کار سرد شده ایجاد می شود. این فرورفتگی از برآمده شدن یا تجمع فلز در اطراف وجوه سنبه ناشی می شود. در این مورد اندازه قطر، سطح تماس را کم تر برآورد کرده و اعداد سختی با اشتباه زیاد بدست می آیند.

 

مزایای آزمون ویکرز

 

آزمایش ویکرز به طور گسترده در تحقیقات مورد استفاده قرار می گیرد، زیرا، با یک مقدار بار اعمالی مشخص، می توان سختی فلزات خیلی نرم (۵ DPH) تا مواد خیلی سخت (DPH 1500) را اندازه گیری کرد. در روش های راکول و برینل مقدار بار یا نوع سنبه تغییر می کند و بنابراین نمی توان سختی مواد مختلف را بر حسب یک معیار با یکدیگر مقایسه کرد. مقدار بار آزمون ویکرز از ۱ تا ۱۲۰ کیلوگرم متغییر است و به سختی فلزی که آزمایش می شود بستگی دارد.

 

معایب آزمون ویکرز

 

علی رغم مزایای این آزمون، این آزمون به طور متداول مورد قبول نیست، چون:

– سرعت کمی دارد.

– سطح نمونه باید با دقت آماده شود.

– در تعیین طول قطر امکان بیشتری برای بروز خطا موجود است.

 

استانداردهای تست ویکرز

استاندارد ایزو (ISO)

ISO 6507-1: Metallic materials – Vickers hardness test – Part 1: Test method

ISO 6507-2: Metallic materials – Vickers hardness test – Part 2: Verification and calibration of testing machines

ISO 6507-3: Metallic materials – Vickers hardness test – Part 3: Calibration of reference blocks

ISO 6507-4: Metallic materials – Vickers hardness test – Part 4: Tables of hardness values

استاندارد ASTM

ASTM E92: Standard method for Vickers hardness of metallic materials (Withdrawn and replaced by E384-10e2)

ASTM E384: Standard Test Method for Knoop and Vickers Hardness of Materials

 

 

 

 

سختی راکول

تست سختی راکول (Rockwell Hardness) متداول ترین آزمون سختی در آمریکا است. دلیل پذیرش عمومی این آزمایش، سرعت آن، عدم امکان بروز خطا از طرف شخص، قابلیت تشخیص تغییرات کوچک سختی در فولاد سخت شده و کوچک بودن اندازه فرورفتگی است. بنابراین قطعات عملیات حرارتی شده، می توانند بدون صدمه دیدن آزمایش شوند. در این آزمایش عمق فرورفتگی تحت بار ثابت، به عنوان مقیاسی برای سختی استفاده می شود. ابتدا یک بار فرعی به اندازه ۱۰ کیلوگرم وارد می شود. این بار نیاز به آماده کردن سطح را به حداقل رسانده و تمایل به ایجاد فرورفتگی، به طور خودکار بر حسب اعداد سختی قراردادی بر یک سنجه صفحه ای مدرج ثبت می شود.

صفحه مدرج، شامل ۱۰۰ بخش و هر بخش نشان دهنده ۰٫۰۰۰۲ سانتی متر یا ۰٫۰۰۰۰۸ اینچ است. صفحه مدرج به گونه ای است که میزان سختی زیاد، که با میزان نفوذ کم متناظر است، به عدد سختی بزرگی منجر شود. این عدد با اعداد سختی دیگر (برینل و ویکرز) مطابق است، ولی بر خلاف اعداد سختی برینل و ویکرز که واحد کیلوگرم بر سانتی متر مربع دارند، اعداد سختی راکول کاملا اختیاری هستند.

 

انواع روش های آزمون راکول

 

در آزمون راکول، برای سنجش سختی مواد مختلف از بارها و سنبه‏ های متفاوتی استفاده می شود. به طور کلی مخروط الماسی ۱۲۰ درجه ای که راس آن کمی گرد است، به نام سنبه بریل و گلوله های فولادی به قطرهای ۰٫۱۵ و cm 0.32 (یک شانزدهم و یک هشتم اینچ) به عنوان سنبه به کار می روند. بارهای اصلی که به کار می روند ۶۰، ۱۰۰، ۱۵۰ کیلوگرم هستند.

چون سختی راکول به بار و سنبه بستگی دارد، تعیین ترکیب بار و سنبه مورد استفاده ضروری است. این عمل، با حرفی که ترکیب خاص بار و سنبه را نشان می دهد (مقیاس)، انجام می شود. عدد سختی راکول بدون حرف پیشوند، بی معنی است. فولاد سخت شده در مقیاس C با سنبه الماسی و بار اصلی

کیلوگرم ۱۵۰، آزمایش می شود. دامنه مفید این مقیاس از حدود ۲۰RC تا ۷۰RC است. مواد نرمتر معمولا در مقیاس B با گلوله فولادی به قطر ۰٫۱۵ سانتی متر یا یک شانزدهم اینچ و بار اصلی kg 100 اندازه گیری می شوند. دامنه این مقیاس از ۰RB  تا ۱۰۰RB است. مقیاس A (فرورونده الماسی، بار اصلی کیلوگرم ۶۰) گسترده ترین مقیاس سختی راکول است و برای موادی از برنج آنیل شده تا کاربیدهای سمانته شده به کار می رود. برای مقاصد ویژه مقیاس های دیگری نیز وجود دارد. در جدول زیر به بعضی از این مقیاس ها اشاره شده است:

 

نحوه انجام آزمون راکول

 

هنگامی که یک فرورونده تحت تاثیر نیرو به درون یک ماده فشرده می شود، هر دو نوع کرنش الاستیک و پلاستیک در این ماده به وجود می آید. ولی، سختی، مقاومت ماده در برابر تغییر شکل پلاستیک است. بنابراین، باید نیروی فرو رونده قبل از خواندن سختی حذف شود. البته برای اطمینان از این که اندازه خوان عدد درست سختی را نشان می دهد، هنگام خواندن، یک نیروی مختصر روی فرو رونده اعمال می شود تا مطمئن شویم که فرو رونده در تماس کامل با کف فرورفتگی قرار دارد. این امر در سختی راکول از طریق اعمال یک نیروی جزئی (کم) و یک نیروی کلی (زیاد) حاصل می شود. روش استفاده از این دو نیرو به شکل زیر است:

۱- نمونه آزمایش در تماس با فرورونده قرار گرفته و آنقدر به سمت فرورونده حرکت داده شود تا عقربه کوچک صفحه نمایش به محل از پیش تعیین شده روی صفحه برسد. با این عمل فرو رونده روی یک فنر فشرده می شود تا نیروی وارد شده از فنر، روی ماده از طریق فرورونده به ۱۰ کیلوگرم برسد.

۲- صفحه نمایش روی مرجع درست (صفر برای فرورونده الماسی و ۳۰ برای فرورونده کروی) قرار گیرد.

۳- نیروی کلی ۵۰، ۹۰ یا ۱۴۰ کیلوگرم اعمال شود تا برحسب مقیاس مورد نظر نیروی اصلی ۶۰، ۱۰۰ یا ۱۵۰ کیلوگرم وارد شود.

۴- نیروی کلی به مدت ۴ تا ۷ ثانیه نگاه داشته شود.

۵- ضمن نگه داشتن نیروی جزئی روی نمونه نیروی کلی برداشته شود.

۶- عدد سختی از روی صفحه نمایش خوانده می شود.

بیشترین درجه اطمینان به نتایج آزمون راکول هنگامی است که عدد سختی بین ۲۰ و ۷۰ باشد. اگر نمونه بیش از اندازه نازک باشد، نتیجه، بیانگر خاصیت واقعی ماده نخواهد بود. حد ضخامت نمونه های آزمایش سختی راکول در مقیاس های مختلف در استاندارد انگلیسی ۸۹۱ بدست آمده است.

مقیاس های مختلف راکول با همدیگر همپوشانی دارند و نکته مهم این است که ترکیب مناسب فرورونده و نیروی فشار برای ماده مورد نظر انتخاب شود. عمق حفره نباید از ۱۰۰ درجه صفحه نمایش تجاوز کند. نکته بسیار مهم دیگر این است که هنگام گزارش عدد سختی راکول حتما مقیاس مربوطه همراه با عدد ذکر شود، در غیر این صورت عدد سختی فاقد معنی خواهد بود.

 

نکات مهم آزمون راکول

 

آزمایش سختی راکول یک آزمایش بسیار مفید و قابل تکرار است، به شرطی که اقدامات ساده ای طی آن رعایت شود. بیشتر نکاتی که در زیر ذکر می شوند باید در مورد سایر آزمایش های سختی هم رعایت شوند:

۱- سنبه و قسمت نگهدارنده قطعه باید تمیز بوده و به طور مناسب قرار گیرند.

۲- سطح آزمایش باید تمیز، خشک صاف و بدون زنگ باشد. معمولا برای آزمایش راکول، سطحی که سنگ زیر خورده شده باشد کافی است.

۳- سطح باید صاف و عمود بر سنبه باشد.

۴- آزمایش سطوح استوانه ای سختی را کمتر از سختی واقعی نشان داده و میزان خطا به شعاع انحنا، بار، سنبه، و سختی ماده بستگی دارد. از این رو تصحیح های نظری و تجربی خاصی انجام گرفته است.

۵- ضخامت نمونه باید طوری باشد که در سمت مخالف قطعه علامت یا برآمدگی ایجاد نشود. توصیه می شود که ضخامت حداقل ۱۰ برابر عمق فرورفتگی باشد. آزمایش ها فقط باید بر یک سوی ماده انجام شوند.

۶- فاصله بین فرورفتگی ها باید ۳ تا ۵ برابر قطر فرورفتگی باشد.

۷- سرعت وارد شدن بار باید استاندارد باشد. این عمل با قرار دادن کمک فنر بر دستگاه آزمایش راکول انجام می شود. سرعت وارد کردن بار باید به دقت کنترل شود، چون تغییرات سختی در فلزات خیلی نرم زیاد است. برای چنین موادی دسته دستگاه آزمایش راکول باید به محض وارد کردن کامل بار اصلی به عقب برگردانیده شود.

 

 

 

آزمون های سختی راکول
کاربرد محدوده سختی نیروی کل نیروی اضافه نیروی اولیه نوع نافذ نماد سختی مقیاس سختی راکول
Kgf N Kgf N Kgf N
کاربیدها سمانته، فولاد نازک و فولاد سخت شده سطحی ۲۰-۸۸ HRA ۶۰ ۵۸۸٫۴ ۵۰ ۴۹۰٫۳ ۱۰ ۹۸٫۰۷ مخروط الماسه HRA A
مس و آلیاژهای آن، فولادهای نرم، آلومینیم و آلیاژهای آن و چدن مالیبل ۲۰-۱۰۰ HRB ۹۰ ۹۸۰٫۷ ۹۰ ۸۸۲٫۶ ۱۰ ۹۸٫۰۷ ساچمه از جنس فولاد یا فلز سخت (قطر یک شانزدهم اینچ) HRB B
فولاد،چدن های سخت،چدن مالیبل پرلیتی، تیتانیم و آلیاژهای آن، فولاد سخت شده سطحی با لایه سختی ضخیم و سایر مواد سخت تر از HRB 100 ۲۰-۷۰ HRC ۱۵۰ ۱۴۷۱ ۱۵۰ ۱۳۷۳ ۱۰ ۹۸٫۰۷ مخروط الماسه HRC C
فولاد نازک و فولاد سخت شده سطحی  با لایه سختی متوسط و چدن مالبل پرلیتی ۴۰-۷۷ HRD ۱۰۰ ۹۸۰٫۷ ۱۰۰ ۸۸۲٫۶ ۱۰ ۹۸٫۰۷ مخروط الماسه HRD D
چدن، آلومینیم و منیزیم و آلیاژهای آن ها و فلزات بیرینگ ۷۰-۱۰۰ HRE ۱۰۰ ۹۸۰٫۷ ۱۰۰ ۸۸۲٫۶ ۱۰ ۹۸٫۰۷ ساچمه از جنس فولاد یا فلز سخت (قطر یک هشتم اینچ) HRE E
مس آنیل شده و آلیاژهای آن و ورق های فلزی نازک و نرم ۶۰-۱۰۰ HRF ۶۰ ۵۸۸٫۴ ۶۰ ۴۹۰٫۳ ۱۰ ۹۸٫۰۷ ساچمه از جنس فولاد یا فلز سخت (قطر یک شانزدهم اینچ) HRF F
فسفر برنز، سیم حاوی برلیم و چدن مالیبل ۳۰-۹۴ HRG ۱۵۰ ۱۴۷۱ ۱۵۰ ۱۳۷۳ ۱۰ ۹۸٫۰۷ ساچمه از جنس فولاد یا فلز سخت (قطر یک شانزدهم اینچ) HRG G
آلومینیم، روی و سرب و آلیاژهای آن ها ۸۰-۱۰۰ HRH ۶۰ ۵۸۸٫۴ ۶۰ ۴۹۰٫۳ ۱۰ ۹۸٫۰۷ ساچمه از جنس فولاد یا فلز سخت (قطر یک هشتم اینچ) HRH H
فلزات بیرینگ و سایر مواد نرم یا نازک ۴۰-۱۰۰ HRK ۱۵۰ ۱۴۷۱ ۱۵۰ ۱۳۷۳ ۱۰ ۹۸٫۰۷ ساچمه از جنس فولاد یا فلز سخت (قطر یک هشتم اینچ) HRK K
مشابه با موارد گفته شده برای مقیاس های راکول A، C و D ولی برای مواد نازک تر یا عمق سختی کمتر ۷۰-۹۴ HR15N ۱۵ ۱۴۷٫۱ ۱۲ ۱۱۷٫۷ ۳ ۲۹٫۴۲ مخروط الماسه HR15N ۱۵N
۴۲-۸۶ HR30N ۳۰ ۲۹۴٫۲ ۲۷ ۲۶۴٫۸ ۳ ۲۹٫۴۲ مخروط الماسه HR30N ۳۰N
۲۰-۷۷ HR45N ۴۵ ۴۴۱٫۳ ۴۲ ۴۱۱٫۹ ۳ ۲۹٫۴۲ مخروط الماسه HR45N ۴۵N
مشابه با موارد گفته شده برای مقیاس های راکول B، F و G ولی برای مواد نازک تر ۶۷-۹۳ HR15T ۱۵ ۱۴۷٫۱ ۱۲ ۱۱۷٫۷ ۳ ۲۹٫۴۲ ساچمه از جنس فولاد یا فلز سخت (قطر یک شانزدهم اینچ) HR15T ۱۵T
۲۹-۸۲ HR30T ۳۰ ۲۹۴٫۲ ۲۷ ۲۶۴٫۸ ۳ ۲۹٫۴۲ ساچمه از جنس فولاد یا فلز سخت (قطر یک شانزدهم اینچ) HR30T ۳۰T
۱۰-۷۲ HR45T ۴۵ ۴۴۱٫۳ ۴۲ ۴۱۱٫۹ ۳ ۲۹٫۴۲ ساچمه از جنس فولاد یا فلز سخت (قطر یک شانزدهم اینچ) HR45T ۴۵T

 

سختی موس (Mohs Hardness) یا خراش (Scratch Hardness) در معدن شناسی کاربرد وسیعی دارد. در این روش کانی های مختلف بر اساس قابلیت خراش دادن روی یکدیگر طبقه بندی می شوند. سختی خراش طبق معیار موس اندازه گیری می شود و شامل ۱۰ کانی استاندارد است. نرم ترین کانی این مقیاس، تالک (با سختی ۱) و سخت ترین کانی، الماس (با سختی ۱۰) است.

 

مقیاس سختی موس

 

­­­

 

 

مقیاس سختی موس به شکل زیر است:

مقیاس سختی موس
تالک ۱
گچ ۲
کلسیت ۳
فلوریت ۴
آپاتیت ۵
فلدسپات ارتوکلاز ۶
کوارتز ۷
توپاز ۸
کوراندم ۹
الماس ۱۰

 

 

کاربرد سختی موس

استفاده از مقیاس موس برای فلزات مناسب نیست، زیرا فواصل این مقیاس بزرگ بوده و اطلاعات دقیقی بدست نمی دهد. سختی موس بیشتر فلزات در محدوده ۴ تا ۸ قرار می گیرد. امروزه این روش برای تعیین سختی نسبی سرامیک های صنعتی و مواد شیشه ای به کار می رود. در این آزمون، سعی بر این است که نمونه های استاندارد به وسیله ماده مورد آزمایش خراشیده شوند. چنانچه ماده مجهول بتواند نمونه نرم تر را بخراشد ولی قادر به خراشیدن نمونه سخت تر نباشد، عدد سختی آن، بین سختی دو نمونه استاندارد متوالی قرار می گیرد.

 

 

سختی برینل (Brinell Hardness) اولین آزمون استاندارد و مورد قبول است که در سال ۱۹۰۰ توسط ج. ا. برینل ارائه شد. در این آزمون در سطح فلز به وسیله یک گلوله فولادی به قطر ده میلی متر با نیروی ۳۰۰۰ کیلوگرم فرورفتگی ایجاد می‏ شود. نیروی اعمال شده از طرف سنبه، برای فلزات نرم تا ۵۰۰ کیلوگرم کاهش می یابد تا از عمیق شدن زیاد اثر فرورفتگی اجتناب شود و برای فلزات خیلی سخت از گلوله ای از جنس کاربید تنگستن استفاده می‏ شود. پس از ایجاد فرورفتگی قطر آن توسط یک میکروسکوپ اندازه گیری می شود. برای بدست آوردن قطر دقیق فرورفتگی باید دو قطر عمود بر هم را اندازه گیری کرده و از آن‏ ها میانگین گرفت. سطحی که مورد آزمون قرار می گیرد، باید صاف و تمیز باشد.

عدد سختی برینل

 

 

 

 

عدد سختی برینل بر حسب بار تقسیم بر مساحت داخلی فرورفتگی بیان می شود و از فرمول زیر بدست می آید:

P= بار وارد شده بر حسب کیلوگرم.

D= قطر گلوله بر حسب میلی متر.

d=قطر فرورفتگی بر حسب میلی متر.

t= عمق اثر بر حسب میلی متر.

واحد عدد سختی برینل کیلوگرم بر میلی متر مربع است.

فرمول فوق بر مبنای فشار وارده بر سطح صاف بدست آمده است در حالی که با فرورفتن سنبه سطح مورد نظر انحنا می یابد بنابر این می توان با در نظر گرفتن :

d=D Sin ϕ

فرمول سختی برینل را به شکل زیر تصحیح کرد:

برای بدست آوردن عدد برینل یکسان، توسط بار یا قطر گلوله غیر استاندارد باید شکل هندسی فرورفتگی ها مشابه باشد . اگر زاویه ۲ϕ ثابت باقی بماند، آنگاه اشکال هندسی مشابهی بدست می آید. به عبارت دیگر برای ثابت نگداشتن زاویه ϕ و عدد سختی برینل باید بار و قطر گلوله به شکل زیر تغییر کند:

عدد برینل با تغییر مقدار بار وارده تغییر می کند، مگر این که برای ثابت نگه داشتن نسبت فوق اقداماتی صورت گیرد.

 

مزایای روش برینل

 

 

 

 

– اثر فرورفتگی که توسط روش برینل بدست می آید نسبت به سایر روش های سختی سنجی، بزرگ تر است. همین امر سبب می شود تا عدد بدست آمده میانگینی از ناهگمنی های موضعی باشد.

– روش برینل کمتر از سایر روش های سختی سنجی، تحت تاثیر ناهمواری ها و خراش های سطحی قرار می گیرد.

 

معایب روش برینل

 

 

 

 

– اثر بزرگ (فرورفتگی) آزمون برینل، سبب می شود تا این روش برای تعیین سختی قطعات کوچک و قطعاتی که تحت تنش بحرانی هستند مناسب نباشد، زیرا ممکن است این قطعات در حین آزمون بشکنند.

– روش برینل برای آزمودن مواد خیلی سخت مناسب نیست. با نزدیک شدن سختی ماده مورد آزمایش، به سختی فرورونده کروی، احتمال تغییر شکل فرورونده مطرح می شود. آزمون برینل برای آزمایش موادی تا درجه سختی BHN 400 مناسب است و برای فلزاتی با سختی بالاتر از BHN 500 توصیه نمی شود.

 

استانداردهای تست برینل

 

 

 

 

استاندارد ایزو (ISO)

EN ISO 6506-1:2005: Metallic materials – Brinell hardness test – Part 1: test method

EN ISO 6506-2:2005: Metallic materials – Brinell hardness test – Part 2: verification and calibration of testing machine

EN ISO 6506-3:2005: Metallic materials – Brinell hardness test – Part 3: calibration of reference blocks

EN ISO 6506-4:2005: Metallic materials – Brinell hardness test – Part 4: Table of hardness values

استاندارد ASTM

ASTM E10-08: Standard method for Brinell hardness of metallic materials.

 

منابع و پیوندها

 

صفحه مهندسی مواد و متالورژی

مجله علمی ویکی پی جی

 

 

­­­

 

درخواست انجام پروژه آنالیز تصویر

همچنین ببینید

تشکیل فریت فوق ظریف (UFF) درفولاد فریتی – پرلیتی با کارسرد و آنیل

با توجه به استفاده گسترده فولادهای فریتی – پرلیتی درکاربردهای صنعتی بهینه سازی خواص آنها …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.