سه استاندارد سختی برای فولاد

توانایی یک ماده فلزی در مقاومت در برابر فرورفتگی سطح توسط اجسام سخت را سختی می گویند. با توجه به روش های مختلف آزمایش و دامنه کاربرد، سختی را می توان به سختی برینل، سختی راکول، سختی ویکرز، سختی شور، میکروسختی و سختی دمای بالا تقسیم کرد. سه سختی معمول برای لوله ها وجود دارد: سختی برینل، راکول و ویکرز.

الف. سختی برینل (HB)

از یک توپ فولادی یا توپ کاربید با قطر معین برای فشار دادن به سطح نمونه با نیروی آزمایش مشخص شده (F) استفاده کنید. پس از مدت زمان نگهداری مشخص شده، نیروی آزمایش را حذف کرده و قطر فرورفتگی (L) را روی سطح نمونه اندازه گیری کنید. مقدار سختی برینل ضریبی است که از تقسیم نیروی آزمایش بر سطح کره فرورفته بدست می آید. بر حسب HBS (گوی فولادی)، واحد N/mm2 (MPa) است.

فرمول محاسبه به صورت زیر است:
در فرمول: F-نیروی آزمون فشار داده شده به سطح نمونه فلزی، N.
D-قطر توپ فولادی برای آزمایش، میلی متر؛
d-میانگین قطر فرورفتگی، میلی متر.
اندازه‌گیری سختی برینل دقیق‌تر و قابل اطمینان‌تر است، اما به طور کلی HBS فقط برای مواد فلزی زیر 450 نیوتن بر میلی‌متر مربع (MPa) مناسب است و برای فولاد سخت‌تر یا صفحات نازک‌تر مناسب نیست. در بین استانداردهای لوله فولادی، سختی برینل بیشترین کاربرد را دارد. قطر فرورفتگی d اغلب برای بیان سختی مواد استفاده می شود که هم بصری و هم راحت است.
مثال: 120HBS10/1000130: به این معنی است که مقدار سختی برینل که با استفاده از یک توپ فولادی با قطر 10 میلی‌متر تحت نیروی آزمایشی 1000 کیلوگرم بر فوت (9.807KN) برای 30 ثانیه (ثانیه) اندازه‌گیری می‌شود، 120 نیوتن بر میلی‌متر مربع (MPa) است.

ب. سختی راکول (HR)

تست سختی راکول، مانند تست سختی برینل، یک روش آزمون تورفتگی است. تفاوت این است که عمق فرورفتگی را اندازه گیری می کند. یعنی تحت عمل متوالی نیروی آزمایش اولیه (Fo) و نیروی آزمایش کل (F)، فرورفتگی (مخروط یا توپ فولادی کارخانه فولاد) به سطح نمونه فشار داده می شود. پس از مدت زمان نگهداری مشخص شده، نیروی اصلی حذف می شود. نیروی آزمایش، از افزایش عمق فرورفتگی باقیمانده اندازه گیری شده (e) برای محاسبه مقدار سختی استفاده کنید. مقدار آن یک عدد ناشناس است که با نماد HR نشان داده می شود و ترازوهای مورد استفاده شامل 9 ترازو شامل A, B, C, D, E, F, G, H, K می باشد. تست سختی به طور کلی A، B و C، یعنی HRA، HRB و HRC هستند.

مقدار سختی با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:
هنگام آزمایش با مقیاس های A و C، HR=100-e
هنگام آزمایش با مقیاس B، HR=130-e
در فرمول، e - افزایش عمق فرورفتگی باقیمانده در واحد مشخص شده 0.002 میلی متر بیان می شود، یعنی زمانی که جابجایی محوری دندانه دار یک واحد (0.002 میلی متر) باشد، معادل یک تغییر در سختی راکول است. شماره هر چه مقدار e بزرگتر باشد، سختی فلز کمتر می شود و بالعکس.
دامنه کاربردی سه مقیاس فوق به شرح زیر است:
HRA (مخروط الماس) 20-88
HRC (مخروط الماس) 20-70
HRB (قطر 1.588 میلی متر فرورفتگی توپ فولادی) 20-100
تست سختی راکول در حال حاضر روشی پرکاربرد است که در میان آن ها از HRC در استانداردهای لوله فولادی بعد از سختی برینل HB استفاده می شود. سختی راکول می تواند برای اندازه گیری مواد فلزی از بسیار نرم تا بسیار سخت استفاده شود. کاستی های روش برینل را جبران می کند. ساده تر از روش برینل است و مقدار سختی را می توان مستقیماً از صفحه دستگاه سختی گیر خواند. با این حال، به دلیل فرورفتگی کوچک، مقدار سختی به اندازه روش برینل دقیق نیست.

ج. سختی ویکرز (HV)

تست سختی ویکرز نیز یک روش تست تورفتگی است. یک فرورفتگی الماس هرمی مربع شکل با زاویه 1360 بین سطوح مقابل را با نیروی آزمایش انتخابی (F) به سطح آزمایش فشار می دهد و پس از مدت زمان نگهداری مشخص شده آن را حذف می کند. زور، طول دو مورب تورفتگی را اندازه بگیرید.

مقدار سختی ویکرز ضریب نیروی آزمایشی تقسیم بر مساحت سطح فرورفتگی است. فرمول محاسبه آن این است:
در فرمول: نماد سختی HV–Vickers، N/mm2 (MPa)؛
F–نیروی آزمون، N;
d-میانگین حسابی دو قطر تورفتگی، میلی متر.
نیروی آزمایش F مورد استفاده در سختی ویکرز 5 (49.03)، 10 (98.07)، 20 (196.1)، 30 (294.2)، 50 (490.3)، 100 (980.7) Kgf (N) و شش سطح دیگر است. مقدار سختی را می توان اندازه گیری کرد محدوده 5 ~ 1000HV است.
مثال روش بیان: 640HV30/20 به این معنی است که مقدار سختی ویکرز با نیروی آزمایشی 30Hgf (294.2N) برای 20S (ثانیه) 640N/mm2 (MPa) اندازه گیری می شود.
برای تعیین سختی مواد فلزی بسیار نازک و لایه های سطحی می توان از روش سختی ویکرز استفاده کرد. مزایای اصلی روش برینل و راکول را دارد و کاستی های اساسی آنها را برطرف می کند، اما به سادگی روش راکول نیست. روش ویکرز به ندرت در استانداردهای لوله فولادی استفاده می شود.