به میزان مقاومت یک ماده در برابر یک جسم فرورونده سختی می‌گویند. جسم فرورونده باعث تغییر شکل دائمی یا پلاستیکی در سطح نمونه می‌شود و مقدار فرورفتگی معیاری از سختی ماده است، به گونه‌ای که هر چقدر فرورفتگی بیشتر باشد سختی نمونه کمتر است. اگر چه روش‌های سختی سنجی دیگری همچون خراش دو ماده بر روی یکدیگر نیز وجود دارد که برای مقایسه سختی دو کانی معدنی با یکدیگر استفاده می‌شود، با این حال روش پذیرفته شده در دنیای علم و مهندسی مواد روش فرورونده است. با اینکه داده‌های حاصل از سختی سنجی به طور مستقیم در طراحی قابل استفاده نیستند اما می‌توانند اطلاعات مهمی از استحکام‌های تسلیم و کششی، مقاومت سایشی، داکتیلیتی، کیفیت قطعه تولیدی، استکام خستگی، فازها و ناهمگنی‌های موجود و عمر کاری قطعه فراهم نمایند، به گونه‌ای که در بعضی از مواد همچون فولادهای ساده کربنی، فلزات شیشه‌ای یا آمورف و تعدادی از مواد سرامیکی روابطی برای تبدیل میزان سختی به پارامترهایی چون استحکام به دست آمده است. علاوه بر این در جایی که به دلیل محدودیت ابعادی نمونه امکان تست کشش وجود نداشته باشد، سختی سنجی بهترین گزینه است. بسیار جالب توجه است که در سال‌های اخیر چندین تحقیق در زمینه‌ی شبیه‌سازی فرایندهای سختی سنجی با روش المان محدود انجام گرفته است که می‌تواند به شناخت بیشتر و بهینه‌سازی این فرایندها کمک کند. سختی سنجی می‌تواند در مقیاس‌های ماکرو، میکرو و نانو انجام شود. روش‌های برینل، راکول و ویکرز از جمله انواع سختی سنجی در مقیاس ماکرو هستند. همچنین از روش های سختی سنجی در مقیاس میکرو می توان به روش های ویکرز و نوپ اشاره کرد. در ادامه این مطلب به بررسی روش سختی سنجی برینل می‌پردازیم.
روش برینل، قدیمی‌ترین روش سختی سنجی با استفاده از عامل فرورونده است. این روش اولین بار در سال ۱۹۰۰ میلادی توسط مهندس متالورژ سوئدی، دکتر یوهان آگوست برینل معرفی شد. عدد سختی برینل از تقسیم نیروی اعمالی با واحد کیلوگرم بر سطح عرقچین اثر فرورونده با واحد میلی‌متر مربع حاصل می‌شود. روش برینل اولیه از نیروی ۳۰۰۰ کیلوگرم و یک ساچمه فولادی سخت شده با عملیات حرارتی با قطر ۱۰ میلی‌متر استفاده می‌نمود. اما ساچمه فولادی عملیات حرارتی شده به دلیل سختی همسان، قادر به اندازه‌گیری سختی فولادهای عملیات حرارتی شده دیگر نبود. لذا با بهینه‌سازی این روش، گلوله کاربید تنگستن جایگزین ساچمه فولادی شد. در این روش بعد از انتخاب ساچمه و نیرو، بارگذاری به مدت چندین ثانیه روی قطعه انجام می شود. بعد از برداشتن بار، قطر حفره ایجاد شده توسط یک میکروسکوپ اندازه گیری می شود و با استفاده از جداول استاندارد و یا فرمول های مربوطه به اعداد سختی تبدیل می شوند.
نمایی از فرورفتگی ایجاد شده در سختی سنجی برینل و همچنین فرمول محاسبه عدد سختی
نیروی ۳۰۰۰ کیلوگرم و ساچمه بزرگ ۱۰ میلی متر باعث ایجاد فرورفتگی بزرگی می شود ولی بسیاری از فلزات غیرآهنی نمی توانند چنین نیروهایی را تحمل کنند. همچنین تولید این میزان نیرو نیازمند یک دستگاه قدرتمند است. لذا به منظور اندازه‌گیری سختی فلزات و آلیاژهای غیر آهنی در این روش از نیروها و ساچمه‌های با قطر کمتر استفاده می‌شود. ساچمه‌ی برینل، فرورفتگی بزرگی ایجاد می‌کند که می‌تواند به عنوان منبع تمرکز تنش بر عملکرد قطعه تأثیر بگذارد و بنابراین این روش یک تست غیر مخرب محسوب نمی‌شود. همچنین عیب دیگر این روش احتمال وقوع خطای دید در حین اندازه‌گیری قطر فرورفتگی با میکروسکوپ است که بر عدد سختی اثر می‌گذارد. اما مزیت بزرگ روش برینل این است که نتایج آن به دلیل وجود ساچمه بزرگ، زیاد تحت تأثیر وجود ناهمگنی‌ها در ساختار قرار نمی‌گیرد و یک سختی متوسط را نشان می‌دهد. لذا برای اندازه‌گیری سختی فلزاتی همچون چدن و یا قطعات متالورژی پودر بسیار مناسب است. به طور کلی این روش برای سختی سنجی فولادهای عملیات حرارتی شده توصیه نمی‌گردد و بهتر است در این موارد از روش سختی سنجی راکول استفاده شود. همچنین لازم به ذکر است اعداد سختی برینل از طریق جداول مربوطه قابل تبدیل به مقادیر سختی‌های راکول و ویکرز هستند.
سختی سنجی برینل طبق استانداردهایی از جمله EN ISO 6506 و ASTM E10 انجام می شود. استاندارد ASTM E10 که به دستورالعمل‌های مربوط به تجهیزات و انجام آزمون سختی سنجی به روش برینل در مواد فلزی می‌پردازد، توسط انجمن مواد و آزمون آمریکا (ASTM) تهیه شده است. این مؤسسه در سال ۱۸۹۸ تأسیس شد و یکی از بزرگ‌ترین سازمان‌های توسعه‌دهنده استاندارد در جهان است.
ویرژن ۲۰۱۸ این استاندارد شامل موارد و الزامات زیر است:
- تجهیزات و فرایند انجام سختی سنجی برینل
- تجهیزات سختی سنجی پرتابل
- اعتبارسنجی تجهیزات سختی سنجی برینل
- تجهیزات استانداردسازی شده
- فرورونده‌های استانداردسازی شده
- بلوک‌های تست استانداردسازی شده
- جدول اعداد سختی برینل
- مراحل تعیین عدم قطعیت در سختی سنجی برینل
مطالعه و در اختیار داشتن این استاندارد به تمام دانشجویان رشته مهندسی مواد و متالورژی و همچنین مهندسان بخش‌های تحقیق و توسعه و کنترل کیفیت در صنعت توصیه می‌گردد. علاقمندان و کاربران محترم وب سایت عصر مواد می توانند ویرژن ۲۰۱۸ این استاندارد را از لینک زیر در عصر مواد دریافت نمایند:
ASTM E10-2018-Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials
فرمت: PDF
تعداد صفحه: ۳۵
زبان: انگلیسی
حجم: ۱٫۵ مگابایت
لینک دانلود:
مطالب مرتبط:
- آزمون سختی سنجی برینل مواد فلزی مطابق با استاندارد ISO 6506
- ویدیویی از نحوه انجام آزمون سختی سنجی برینل + توضیحات
- ویدیویی از نحوه انجام سختی سنجی به روش راکول C
 |
 |
 |
 |
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.