הקשיות של חומרים מתכתיים

הקשיות של חומרים מתכתיים מתייחסת ליכולת של החומר להתנגד לעיוות מקומי, במיוחד דפורמציה פלסטית, חריטה או שריטה. זהו אינדיקטור לרכות או קשיות החומר.

הקשיות מחולקת לשלושה סוגים על סמך שיטות הבדיקה.

קשיות שריטות: זה משמש בעיקר כדי להשוות את הקשיות של מינרלים שונים. השיטה כוללת שימוש במוט שקצהו האחד קשה והשני רך, ולאחר מכן גרירת המוט על פני החומר הנבדק. המיקום בו מופיעות שריטות קובע את קשיות החומר. מבחינה איכותית, חפץ קשה יותר משאיר שריטה ארוכה יותר, בעוד חפץ רך יותר משאיר שריטה קצרה יותר.

קשיות חריטה: זה משמש בעיקר לחומרים מתכתיים. השיטה כרוכה בהפעלת עומס ספציפי כדי ללחוץ על שקע ייעודי לתוך החומר הנבדק. קשיות החומר נקבעת על ידי מידת העיוות הפלסטי המקומי על פני השטח. בשל וריאציות בכניסה, בעומס ובמשך העומס, ישנם מספר סוגים של מבחני קשיות הזחה, כולל קשיות ברינל, קשיות רוקוול, קשיות ויקרס ומיקרו קשיות, בין היתר.

קשיות ריבאונד: זה משמש בעיקר לחומרים מתכתיים. השיטה כוללת מתן אפשרות לפטיש שתוכנן במיוחד ליפול בחופשיות מגובה מסוים ולהשפיע על מדגם החומר הנבדק. קשיות החומר נקבעת לפי כמות אנרגיית המתח שהדגימה סופגת (ואז משחררת) במהלך הפגיעה, הנמדדת לפי הגובה שאליו חוזר הפטיש.

מבחני הקשיות הנפוצים ביותר לחומרים מתכתיים - קשיות ברינל, קשיות רוקוול וקשיות ויקרס - נופלים בקטגוריה של קשיות הזחה. ערך הקשיות מייצג את יכולתו של החומר להתנגד לעיוות פלסטי כאשר חפץ אחר נלחץ לתוך פני השטח שלו. מבחני קשיות ריבאונד (Shore, Leeb) מודדים קשיות על סמך מידת העיוות האלסטי של המתכת, כאשר ערך הקשיות מעיד על יכולת החומר לעיוות אלסטי.

קשיות ברינל

מכנס עם קוטרDעשוי פלדה מוקשה או כדור קרביד נלחץ אל פני השטח של הדגימה עם כוח הבדיקה המתאיםF. לאחר זמן ההחזקה שצוין, כוח הבדיקה מוסר ומשאיר חריטה בקוטרd. ערך קשיות Brinell מחושב על ידי חלוקת כוח הבדיקה בשטח הפנים של השקע. הערך המתקבל הוא קשיות ברינל, המסומנת כHBSאוֹHBW.

Hהבדל ביןHBSוHBWטמון בסוג המכנס המשמש.HBSהכוונה לבדיקה המשתמשת בכדור פלדה מוקשה בתור המפתח, המשמש בדרך כלל למדידת ערכי קשיות ברינל בחומרים עם קשיות מתחת ל-450, כגון פלדות רכות, ברזל יצוק אפור ומתכות לא ברזליות.HBW, לעומת זאת, משתמש בכדור קרביד בתור המפתח ומשמש למדידת ערכי קשיות ברינל בחומרים עם קשיות מתחת ל-650.

עבור אותו חתיכת בדיקה ובתנאי בדיקה זהים, התוצאות משתי השיטות יהיו שונות, עםHBWלעתים קרובות ערכים גבוהים מHBSערכים. עם זאת, אין קשר כמותי קבוע בין השניים.

מאז 2003, סין אימצה את התקן הבינלאומי והחליפה את השימוש בכדורי פלדה מוקשים בכדורי קרביד לבדיקת קשיות ברינל. כתוצאה מכך,HBSאינו בשימוש עוד, וHBWהפך לסימון הסטנדרטי לקשיות ברינל. במקרים רבים,חֲצִי פֶּנסיוֹןמשמש לבד כדי לייצג קשיות ברינל, המתייחסת בדרך כללHBW. אוּלָם,HBSעדיין ניתן לראות בספרות ובמאמרים אקדמיים מסוימים.

מבחן הקשיות של Brinell מתאים לחומרים כמו ברזל יצוק, סגסוגות לא ברזליות ופלדות שונות מחושלות או מחוסמות. הוא אינו מתאים לבדיקת חומרים קשים מדי, קטנים מדי, דקים מדי, או דגימות שאינן יכולות לסבול חריצים גדולים על פני השטח שלהם.

קשיות רוקוול

השיטה משתמשת במכנסי חרוט יהלומים עם זווית קודקוד של 120 מעלות או בכדור פלדה מוקשה בתור המכנס, בשילוב עם תצורת עומס ספציפית. הבדיקה מתחילה בעומס ראשוני של 10 ק"ג, ולאחר מכן הפעלת עומס כולל (שהוא סכום העומס הראשוני והעומס העיקרי) של 60, 100 או 150 ק"ג. המכנס נלחץ לתוך הדגימה תחת עומסים אלה ברצף. לאחר הפעלת העומס הכולל, הקשיות נקבעת על פי ההבדל בעומק השקע בין העומק תחת העומס הראשוני לעומק תחת העומס הכולל לאחר הסרת העומס הראשי, בעוד העומס הראשוני נשאר.

שיטה זו משמשת בדרך כלל בקשיות רוקוולבּוֹחֵן. עומק השקע תחת העומס הראשוני והעומס הכולל משמשים לחישוב ערך הקשיות, המשקף את עמידות החומר בפני שקע בשני העומסים.

מבחן הקשיות של רוקוול משתמש בשלושה כוחות בדיקה שונים ושלושה סוגים של שקעים, וכתוצאה מכך תשעה שילובים אפשריים, כל אחד מתאים לאחד מתשע סולמות הקשיות של רוקוול. תשעת הקשקשים הללו מכסים כמעט את כל החומרים המתכתיים הנפוצים. המאזניים הנפוצים ביותר הםHRA, HRB, וHRC, עםHRCבהיותו הנפוץ ביותר.

טבלה סטנדרטית לבדיקת קשיות Rockwell

הסולם HRCמשמש בדרך כלל לערכי קשיות הנעים בין 20 ל-70 HRC. כאשר ערך הקשיות הוא מתחת ל-20 HRC, רגישות הבדיקה יורדת מכיוון שהקצה החרוט של השקע חודר עמוק מדי לתוך החומר. במקרה זה, הסולם HRBיש להשתמש במקום זאת, מכיוון שהוא מתאים יותר לחומרים רכים יותר.

כאשר קשיות הדגימה עולה על 67 HRC, הלחץ בקצה המפתח הופך גבוה מדי, מה שעלול לפגוע ביהלום ולקצר משמעותית את תוחלת החיים של המפתח. לכן, בדרך כלל מומלץ לעבור ל-סולם HRAעבור חומרים בעלי קשיות גבוהה מ-67 HRC.

מבחן הקשיות של Rockwell הוא פשוט לתפעול, מהיר, ומייצר חריצים קטנים, מה שהופך אותו למתאים לבדיקת משטחי מוצר מוגמר כמו גם חלקי עבודה קשים ודקים יותר. בשל החריטה הקטנה, ערך הקשיות יכול להשתנות באופן משמעותי יותר עבור חומרים בעלי מיקרו מבנים או קשיות לא אחידים, וכתוצאה מכך דיוק נמוך יותר בהשוואה למבחן הקשיות של Brinell. מבחן הקשיות של Rockwell משמש בדרך כלל למדידת הקשיות של פלדות, מתכות לא ברזליות, חומרים קרבידים וסגסוגות אחרות.

קשיות ויקרס

העיקרון של מדידת קשיות Vickers דומה לזה של קשיות ברינל. נעשה שימוש במפתח פירמידת יהלומים עם זווית כלולה של 136 מעלות, וכוח בדיקה מוגדרFמוחל על פני החומר. לאחר שמירה על העומס למשך תקופה מוגדרת, כוח הבדיקה מוסר. ערך הקשיות נקבע על ידי הלחץ הממוצע המופעל על יחידת שטח הפנים של חריץ הפירמידה המבוסס על ריבוע, וערך הקשיות מסומן בסמלHV.

למבחן הקשיות של Vickers טווח מדידה רחב, המסוגל למדוד חומרים בעלי ערכי קשיות הנעים בין10 עד 1000 HV. השקע קטן, מה שהופך אותו למתאים במיוחד למדידת חומרים דקים יותר ושכבות מוקשות על פני השטח, כגון משטחים מקרבים או ניטרידים.

קשיות ליב

במבחן קשיות Leeb, גוף פגיעה עם כדור טונגסטן קרביד משמש כדי לפגוע במשטח הדגימה תחת כוח מסוים, מה שגורם לה להתאושש. בגלל הקשיות המשתנה של החומר, מהירות הריבאונד שונה. מכשיר הפגיעה מצויד במגנט קבוע, וכאשר גוף הפגיעה נע מעלה ומטה, הסליל שמסביב יוצר אות אלקטרומגנטי פרופורציונלי למהירות הריבאונד. אות זה מומר לאחר מכן לערך קשיות Leeb באמצעות מעגל אלקטרוני, והערך מסומן בסמלHL.

בודק קשיות Leeb אינו דורש שולחן עבודה; חיישן הקשיות שלו קטן כמו עט וניתן להפעילו ישירות ביד. זה מקל על בדיקת חלקי עבודה גדולים וכבדים או דגימות מורכבות מבחינה גיאומטרית ללא קושי.

יתרון נוסף של בודק הקשיות Leeb הוא בכך שהוא גורם נזק משטח מינימלי ביותר למוצר, ובמקרים מסוימים, ניתן להשתמש בו עבורבדיקות לא הרסניות. הוא ייחודי במיוחד עבור בדיקות קשיות בכיוונים שונים, חללים צרים ואזורים מיוחדים, שבהם שיטות אחרות עשויות להיות מאתגרות ליישום.