اختبار الصلابة هو طريقة لتحديد نتائج المعالجة الحرارية وكذلك حالة المعدن قبل المعالجة الحرارية، ونظرًا لأنه يمكن ربط قيم الصلابة بقيم مقاومة الشد وجزئيًا مع مقاومة التآكل، فإن اختبارات الصلابة تعد بمثابة فحص قيم للتحكم في الحرارة وخصائص المواد.
اختبار الصلابة
تستخدم جميع معدات اختبار الصلابة عمليًا مقاومة الاختراق كمقياس للصلابة ومن بين أفضل مختبري الصلابة المعروفين برينل وروكويل، وكلاهما موصوف وموضح في هذا القسم يشتمل أيضًا على جهاز اختبار صلابة محمول شائع قيد الاستخدام حاليًا.
اختبار برينل
يستخدم اختبار صلابة برينل كرة كروية صلبة والتي يتم دفعها إلى سطح المعدن، حيث يبلغ قطر هذه الكرة 10 مليمترات 0.3937 بوصة ويستخدم ضغط 3000 كجم للمعادن الحديدية و 500 كجم للمعادن غير الحديدية، كما يجب الحفاظ على الضغط لمدة 10 ثوانٍ على الأقل بالنسبة للمعادن الحديدية و 30 ثانية على الأقل بالنسبة للمعادن غير الحديدية، أيضًا يتم تطبيق الحمل عن طريق الضغط الهيدروليكي ويتم بناء الضغط الهيدروليكي بواسطة مضخة يدوية أو محرك كهربائي، اعتمادًا على طراز جهاز الاختبار، حيث يشير مقياس الضغط إلى مقدار الضغط وتوجد آلية تحرير لتخفيف الضغط بعد إجراء الاختبار، كما يتم توفير مجهر معاير لقياس قطر الانطباع بالمليمترات، أيضًا تحتوي الماكينة على سندان ذات أشكال مختلفة لدعم العينة وبرغي رفع لجلب العينة في اتصال مع اختراق الكرة وتعتبر هذه مرفقات لاختبارات خاصة.
ولتحديد رقم صلابة برينل للمعدن، يتم القيام بقياس قطر الانطباع باستخدام المجهر المعاير المزود بالمختبر، ثم القيام بتحويل القياس إلى رقم صلابة برينل على جدول التحويل المزود بالمختبر.
اختبار روكويل
يقيس اختبار صلابة روكويل مقاومة الاختراق، كما يفعل اختبار برينل وبدلاً من قياس قطر الانطباع، يقيس جهاز اختبار روكويل العمق وتتم الإشارة إلى الصلابة مباشرة على قرص متصل بالماكينة وتكونن أرقام الاتصال في الدائرة الخارجية سوداء والأرقام الداخلية حمراء، حيث تعتمد أرقام صلابة روكويل على الفرق بين عمق الاختراق عند الأحمال الرئيسية والثانوية وكلما زاد هذا الاختلاف، قل رقم الصلابة وكانت المادة أكثر نعومة.
يتم استخدام نوعين من المخترقات مع جهاز اختبار روكويل: مخروط ماسي وكرة فولاذية صلبة ويكون الحمل الذي يدفع المخترق إلى المعدن يسمى الحمل الرئيسي ويقاس بالكيلوجرام، كما يتم الإبلاغ عن نتائج كل أداة اختراق وتركيبة حمل على مقاييس منفصلة، محددة بالأحرف ويختلف المخترق والحمل الرئيسي والمقياس باختلاف نوع المعدن الذي يتم اختباره.
بالنسبة للفولاذ المتصلب، يتم استخدام أداة اختراق الماس الحمولة الرئيسية لها 150 كغ ويتم قراءة الصلابة على مقياس C وعند تسجيل هذه القراءة، يجب أن يسبق الحرف C الرقم الذي يشير إليه المؤشر، أيضًا يتم استخدام إعداد (C-scale) لاختبار المعادن التي تتراوح في صلابة من (C-20) إلى الصلب الأكثر صلابة عادةً (حوالي C-70) وإذا كان المعدن أكثر ليونة من (C-20)، فسيتم استخدام إعداد المقياس B ومع هذا الإعداد، يتم استخدام الكرة مقاس 1⁄16 بوصة كمخترق وتكون الحمولة الرئيسية 100 كيلوغرام، ويتم قراءة الصلابة على مقياس B، بالإضافة إلى المقياسين C وB، هناك إعدادات أخرى للاختبارات الخاصة، حيث يتم سرد المقاييس والاختراقات والأحمال الرئيسية وأرقام الاتصال المراد قراءتها.
موازين روكويل القياسية للصلابة
جهاز اختبار (Rockwell) مجهز بحوض وزن ويتم تزويد الجهاز بوزنات عدد 2، وزن واحد محدد باللون الأحمر والوزن الآخر مميز باللون الأسود ومع عدم وجود وزن في كفة الوزن، تقوم الماكينة بتحميل حمولة كبيرة تصل إلى 60 كجم وإذا كان إعداد الميزان يستدعي حمولة 100 كيلوجرام ولحمولة 150 كيلوجرام ، يضاف الوزن الأسود إلى الوزن الأحمر، كما يستخدم الوزن الأسود دائمًا مع الوزن الأحمر، لذا لا يتم استخدامه بمفرده أبدًا.
عمليًا، يتم إجراء جميع الاختبارات إما باستخدام إعداد المقياس B أو إعداد المقياس C وبالنسبة لهذه المقاييس، يمكن استخدام الألوان كدليل في اختيار الوزن (أو الأوزان) وفي قراءة القرص، أما بالنسبة لاختبار المقياس B، يتم استخدام الوزن الأحمر ويتم قراءة الأرقام الحمراء ولإجراء اختبار (Cscale)، يتم إضافة الوزن الأسود إلى الوزن الأحمر واقرأ الأرقام السوداء.
وعند إعداد آلة (Rockwell)، يجب استخدام أداة اختراق الماس لاختبار المواد المعروفة بأنها صلبة وإذا كانت الصلابة غير معروفة، يتم تجريب الماس، نظرًا لأن الحمل الرئيسي لمخترق رمز المقياس (كجم) لون القرص/الرقم A الماس 60 أسود B 1⁄16 بوصة الكرة 100 أحمر C الماس 150 أسود D الماس 100 أسود E 1⁄8- بوصة الكرة 100 أحمر F 1⁄16 بوصة الكرة 60 أحمر G 1⁄16 بوصة الكرة 150 أحمر H 1⁄8 بوصة الكرة 60 أحمر K 1⁄8 بوصة الكرة 150 أحمر وتكون موازين روكويل القياسية للصلابة، كما قد تتشوه الكرة الفولاذية إذا استخدمت لاختبار المواد الصلبة وإذا كان اختبار المعدن أقل من (C-22)، فيتم القيام بالتغيير إلى الكرة الفولاذية.
يتم استخدام الكرة الفولاذية لجميع المواد اللينة، تلك التي تختبر أقل من (B-100) في حالة حدوث تداخل في الجزء العلوي من المقياس B والجزء السفلي من المقياس C، يتم استخدام إعداد المقياس C وقبل تطبيق الحمل الرئيسي، يجب القيام بإغلاق عينة الاختبار بإحكام في مكانها لمنع الانزلاق ولتثبيت السندان والمخترق بشكل صحيح للقيام بذلك، يجب تطبيق حمولة 10 كغ قبل تعثر الرافعة، هذا الحمل الأولي يسمى الحمل الصغير، تكون الحمولة الصغرى 10 كيلوغرامات بغض النظر عن إعداد الميزان.
المعدن المراد اختباره في جهاز اختبار Rockwell
يجب أن يكون المعدن المراد اختباره في جهاز اختبار (Rockwell) ناعمًا على جانبين متقابلين، وأن يكون خاليًا من الخدوش والمواد الغريبة ويجب أن يكون السطح عموديًا على محور الاختراق، ويجب أن يكون سطحان الأرض المتقابلان متوازيين وإذا كانت العينة مدببة، فسيعتمد مقدار الخطأ على الاستدقاق، كما سيؤدي السطح المنحني أيضًا إلى حدوث خطأ طفيف في اختبار الصلابة ويعتمد مقدار الخطأ على الانحناء أي، كلما كان نصف قطر الانحناء أصغر، زاد الخطأ وللتخلص من هذا الخطأ يجب وضع مسطح صغير على السطح المنحني إن أمكن.
لا يمكن اختبار صفائح الألمنيوم المكسوة مباشرة بأي دقة باستخدام جهاز اختبار صلابة (Rockwell) وإذا كانت قيمة صلابة المعدن الأساسي مطلوبة، فيجب إزالة طلاء الألمنيوم النقي من المنطقة المراد فحصها قبل الاختبار.
اختبار باركول Barkol Test
جهاز اختبار باركول: عبارة عن وحدة محمولة مصممة لاختبار سبائك الألومنيوم أو النحاس أو النحاس الأصفر أو غيرها من المواد اللينة نسبيًا، حيث لا ينبغي استخدامه مع 100 برينل، كما يمكن استخدام الوحدة في أي موضع وفي أي مكان يسمح للمشغل بيده، إنها ذات قيمة كبيرة في اختبار الصلابة للأجزاء المجمعة أو المركبة، خاصة للتحقق من المعالجة الحرارية المناسبة، حيث يشار إلى الصلابة على قرص مقسم بسهولة إلى 100.
تصميم جهاز اختبار باركول بحيث لا تكون خبرة التشغيل ضرورية، ولكن من الضروري فقط ممارسة ضغط خفيف ضد الجهاز لدفع المسافة البادئة المحملة بنابض إلى المادة المراد اختبارها ويشار إلى قراءة الصلابة على الفور على القرص، ويتم سرد العديد من القراءات النموذجية لسبائك الألومنيوم، ويجب ملاحظة أنه كلما زادت صلابة المادة، زاد رقم باركول ولمنع تلف النقطة يتم تجنب الانزلاق أو الكشط عندما يكون ملامسًا للمادة قيد الاختبار وفي حالة تلف النقطة، يجب استبدالها بنقطة جديدة.
يتم تزويد كل جهاز اختبار بقرص اختبار للتحقق من حالة النقطة للتحقق منها، يتم الضغط على الأداة لأسفل على قرص الاختبار وعندما يجلب الضغط النزولي نهاية دليل المكبس السفلي مقابل سطح القرص، يجب أن تكون قراءة المؤشر ضمن النطاق الموضح على قرص الاختبار.
