انتخاب سختی‌سنج مناسب

سختی‌سنج (Hardness Tester) یک ابزار اندازه‌گیری است که برای ارزیابی سختی یا مقاومت یک متریال مورد استفاده قرار می‌گیرد. سختی‌سنج‌ها برای تعیین مقاومت یک متریال در برابر دفرمه شدن توسط ابزار سخت‌تر همچون مخروط الماس یا توپ فولادی مورد استفاده قرار می‌گیرند که به سطح متریال مورد آزمایش، نفوذ می‌کند. سپس سختی‌سنج عمق نفوذ را اندازه‌گیری می‌کند و اثر باقی مانده از ابزار روی سطح نمونه را می‌سنجد.

روش‌های مختلفی برای انجام تست سختی وجود دارد. در این راهنما، سختی‌سنج‌های مختلف و مزایا و معایب هر یک را بررسی می‌کنیم.

چطور یک سختی‌سنج انتخاب کنیم؟

قبل از انتخاب یک سختی‌سنج، باید این موارد را در نظر بگیرید:

بار تست (test load): این مورد توسط سختی متریال تعیین می‌شود. فلزاتی همچون فولاد یا آلیاژها، به طور مثال، نیازمند بار تستی تا سقف سه هزار kgf هستند، در حالتی که فلزات نرم نیازمند ۵۰۰ kgf هستند. هر چقدر این بار بالاتر باشد، دقت سنجش بالاتر می رود. مهم است که دقت کنید که جایگذاری نباید بیشتر از یک دهم ضخامت نمونه باشد.

بازه‌ی سختی (hardness range): متریال ساچمه را تعیین می‌کند. برای بیش از ۶۵۰ HB/30، باید از ساچمه‌ی الماس استفاده کنید. زیر این مقدار، ساچمه‌ی فولادی یا فلزات سخت مناسب هستند.

سطح دقت (accuracy level): بسته به سطحی که قرار است اندازه گیری شود (تمیزی، سطح صاف، سیستم داینامیک یا استاتیک و غیره).

انعطاف‌پذیری دستگاه: مهم است که دستگاه شما متناسب با شکل و ابعاد نمونه‌هایی که قرار است تست شوند انتخاب شود.

خلاصه معیارهای انتخاب

٭ بار تست.

٭ بازه‌ی سختی.

٭ سطح دقت.

٭ انعطاف‌پذیری دستگاه.

انواع مختلف سختی‌سنج‌ها

سختی‌سنج‌ها را بر اساس روش تست آن‌ها، به چند دسته تقسیم می‌کنند:

٭ روش برینل (Brinell).

٭ روش راکول (Rockwell).

٭ روش ویکرز (Vickers).

٭ روش نوپ (Knoop).

٭ استفاده از فراصوت (التراسونیک).

چرا از سختی‌سنج برینل (Brinell) استفاده کنیم؟

سختی‌سنج برینل INNOVATEST

روش برینل، رایج‌ترین تکنیک اندازه‌گیری سختی در صنعت است. برای علامت‌گذاری روی سطح نمونه، از ساچمه‌ی فولادی با ضخامت متفاوت، بسته به نمونه‌ی مورد اندازه‌گیری استفاده می‌شود. یک میکروسکوپ یا ذره‌بین اندازه‌گیری، این دستگاه را تکمیل می‌کند.

روش برینل مزایای بسیاری دارد:

• اول از همه برای اندازه‌گیری سختی در نمونه‌های ناهموار روشی مطلوب است. اندازه‌گیری این نمونه‌ها با روش‌های دیگر سخت‌تر است.
• بارهای تست اعمال شده، بالا هستند (۳ هزار کیلوگرم).
• انواع مختلفی از ابعاد ساچمه‌ها و بارها موجود است، در نتیجه بازه‌ی اندازه‌گیری بسیار گسترده است.
• یک سختی‌سنج برینل می‌تواند انواع مختلف فلزات را آزمایش کند. نتایج متد برینل دقیق‌تر و قابل اطمینان‌تر از نتایجی است که از متود راکول به دست می‌آید، چون استفاده از ساچمه‌ی کروی، فشار را به شکل یکسان توزیع می‌کند.

البته روش برینل معایبی نیز دارد:

• خطاهای اندازه گیری ممکن است رخ بدهد، چون اثر باقی مانده روی سطح نمونه با یک ابزار نوری (اپتیکال) اندازه‌گیری می‌شود.
• با آن که بار تست، بالاتر از روش‌های تست دیگر است، اما سطح نمونه باید به خوبی از قبل آماده شده باشد و تمیز و صاف باشد، چون نقص‌های موجود در سطح می‌تواند در دقت و قابل اطمینان بودن اندازه‌گیری تداخل ایجاد کند.
• تست‌هایی که با این روش انجام می‌شود نسبتا طولانی است (تا ۶۰ ثانیه، بدون احتساب زمان آماده‌سازی نمونه). در نتیجه این روش برای تست‌های روتین ایده‌آل نیست.
• شما نمی‌توانید از این روش برای تست سطوح سیلندری استفاده کنید، چون تنها روی سطوح صاف، دقیق و قابل اطمینان است.
• در نهایت، به دلیل وجود تجهیزات نوری، این روش گران‌قیمت‌تر است.

بیشتر بخوانید: انتخاب دستگاه تسمه کشی

بیشتر بخوانید: انتخاب ربات صنعتی مناسب

بیشتر بخوانید: انتخاب چسب صنعتی مناسب

چرا از سختی‌سنج راکول (Rockwell) استفاده کنیم؟

سختی‌سنج راکول Tinius Olsen

روش راکول جامع‌ترین و همگانی‌ترین روش است چرا که برای سنجش سختی یک متریال، هم از مخروط الماس نفوذکننده استفاده می‌کند و هم از توپ فولاد.

• از مخلوط الماس فقط روی فولاد تقویت شده و فلزات سخت استفاده می‌شود. توصیه نمی‌شود که برای سختی زیر ۷۸۵ N/mm² از آن استفاده کنید.
• توپ فولادی برای متریال‌ نرم‌تر استفاده می‌شود اما احتیاط کنید که هر چقدر متریال نرم‌تر باشد، ضخامت توپ باید بیشتر و بار کلی باید کمتر باشد.
• ساچمه‌های توپی با ضخامت بزرگ‌تر برای تست متریال‌ پلاستیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مزایای روش راکول:

• تنها روشی است که اندازه‌گیری‌ها را بدون تجهیزات نوری ممکن می‌سازد، یعنی این روش می‌تواند به شکل اتوماتیک و سریع‌تر انجام شود.
• این روش نسبت به وجود نقص روی سطح نمونه‌ حساسیت کمتری دارد.
• از این روش می‌توان برای اندازه‌گیری نمونه‌های سیلندری، کروی و مخروطی‌شکل استفاده کرد.
• چون چرخه‌ی اندازه‌گیری کوتاه است، پس روش سریعی است.

از طرف دیگر روش راکول معایبی نیز دارد:

• بازه‌های بار تست، محدود است.
• برای بعضی از مواد‌ همچون فولاد خام، این روش به تنهایی پاسخگو نیست و باید با روش برینل و نیز استفاده از ساچمه‌هایی با بارهای تست بالاتر تکمیل شود.
• دقت اندازه گیری به تماس بین ساچمه و سطح نمونه بستگی دارد. اگر ناخالصی‌هایی روی سطح وجود داشته باشد، ممکن است زمان اعمال شدن بار تست، دفرمه شدن رخ بدهد و اندازه‌گیری دارای خطا شود.
• این روش برای متریال سخت دقت کمتری دارد.

چرا از سختی‌سنج ویکرز (Vickers) استفاده کنیم؟

سختی‌سنج ویکرز MITUTOYO

روش ویکرز، یک تکنیک تست سختی میکرو است. این روش مشابه با روش برینل است و برای تمام متریال متالیک و جامد و برای تمام بازه‌های سختی از ۱۰ gf تا ۱۰۰ kgf مناسب است.

تفاوت بین روش ویکرز و روش برنیل این است که روش دوم از یک هرم نفوذکننده‌ی الماس با پایه‌ی مربع و بار ثابت استفاده می‌کند. یک ابزار نوری، اثرگذاری را اندازه‌گیری می‌کند. این تکنیک این امکان را فراهم می‌کند که بارهای تست سبک و همچنین بارهای ماکرو تا ۳۰ کیلوگرم را تست کنیم.

مزایای تکنیک ویکرز عبارتند از:

• بازه‌ی اندازه‌گیری بسیار گسترده است. می‌توان از این روش برای تست انواع مختلف متریال استفاده کرد، چه نرم چه سخت.
• انجام این تست ساده است.
• محاسبات مستقل از ابعاد هرم الماس هستند.
• ساچمه‌ی مشابه را می‌توان برای اندازه‌گیری متریال با سختی‌های متفاوت استفاده کرد.
• این تکنیک برای تست‌های آزمایشگاهی ایده‌آل است.

از طرفی تکنیک ویکرز معایبی نیز دارد:

• این تکنیک فرآیندی زمان‌بر است چون تاثیر نیرو بر سطح به شکل نوری اندازه گیری می‌شود، به طور مثال با یک میکروسکوپ، که می‌تواند منبع خطا شود.
• مشابه تکنیک برینل سطح نمونه باید از قبل آماده‌سازی شود.
• در برخی از مواد، اندازه‌گیریِ میزانِ اثرگذاری، دقت کمتری دارد، چون توزیع نامنظمی از بار تست توسط هرم انجام می‌شود (بار در لبه‌ها بیشتر از کناره‌هاست).

سختی‌سنج نوپ / ویکرز AFFRI

 چرا از سختی‌سنج نوپ (Knoop) استفاده کنیم؟

روش نوپ، یک تکنیک تست سختی میکرو است، جایگزینی برای تکنیک ویکرز، که از ساچمه‌ی الماس‌شکل باریک استفاده می‌کند. با این تکنیک می‌توان بارهای تست سبک فقط چند گرم را مورد آزمایش قرار داد.

عموما برای ارزیابی خطر ترک خوردن در متریال شکننده همچون سرامیک و آزمایش سختی در لایه‌های نازک نمونه همچون روکش‌ها استفاده می‌شود.

معمولا از این متد، در کنار روش ویکرز استفاده می‌شود.

چرا از سختی‌سنج فراصوت (ultrasonic) استفاده کنیم؟

سختی‌سنج التراسونیک INNOVATEST

دستگاه سختی‌سنج التراسونیک یا فراصوت، برای تست سختی متریال‌ غیر مخرب استفاده می‌شود. این تکنیکِ ارزیابی، از امواج صوتی برای ارزیابی کیفیت متریال‌ جامد (فلزات، سیمان، آجر) استفاده می‌کند و ضخامت آن‌ها را می‌سنجد و وجود عیوب داخلی را تشخیص می‌دهد.

آزمایش التراسونیک را می‌توان با تماس یا با غوطه‌ور کردن انجام داد و تجهیزات شامل یک پروب (probe) می‌شود که قابل حمل است.

• آزمایش با تماس، امکان ارزیابی بخش‌های حجیم را ممکن می‌سازد که جا به جایی آن‌ها غیرممکن است.
• آزمایش به روش غوطه‌وری، شامل غوطه‌ور کردن متریال در یک مایع با هدف دریافت بهتر حرکات امواج صوتی است. این روش، شناسایی عیوب کوچک را بهتر انجام می‌دهد.

بهتر است یک سختی سنج قابل حمل انتخاب کنیم یا یک سختی سنج رومیزی؟

• سختی‌سنج‌های رومیزی، سختی‌سنج‌های سنتی و مرسوم هستند که از روش‌های برینل، راکول یا ویکرز استفاده می‌کنند. این تجهیزات سنگین و حجیم هستند و نیازمند نصب بر روی زمین یا میزهای تست هستند. مزیت اصلی این دستگاه‌ها این است که روش‌های اندازه‌گیری مرسوم را ممکن می‌سازند.
• سختی‌سنج‌های قابل حمل، کوچک‌تر و سبک‌تر هستند و فضای کمتری را اشغال می‌کنند. مزیت اصلی آن‌ها این است که کاربر نیازی ندارد که نمونه را بردارد و به آزمایشگاه خود برای انجام تست ببرد. در نتیجه در اکثر موارد سختی‌سنج‌های قابل حمل، کاربردی‌تر هستند.

بیشتر بخوانید: انتخاب بیل مکانیکی مناسب

بیشتر بخوانید: انتخاب دستگاه جوشکاری با قوس الکتریکی مناسب