سه استاندارد سختی برای فولاد

توانایی یک ماده فلزی در مقاومت در برابر فرورفتگی سطح توسط اجسام سخت، سختی نامیده می‌شود. با توجه به روش‌های مختلف آزمایش و دامنه کاربرد، سختی را می‌توان به سختی برینل، سختی راکول، سختی ویکرز، سختی شور، میکروسختی و سختی دمای بالا تقسیم کرد. سه سختی رایج برای لوله‌ها وجود دارد: سختی برینل، راکول و ویکرز.

الف. سختی برینل (HB)

از یک گوی فولادی یا گوی کاربیدی با قطر مشخص برای فشار دادن به سطح نمونه با نیروی آزمایش مشخص شده (F) استفاده کنید. پس از زمان نگه‌داشتن مشخص شده، نیروی آزمایش را حذف کرده و قطر فرورفتگی (L) روی سطح نمونه را اندازه‌گیری کنید. مقدار سختی برینل، خارج قسمت بدست آمده از تقسیم نیروی آزمایش بر مساحت سطح کره فرورفته است. واحد آن N/mm2 (MPa) است که بر حسب HBS (گوی فولادی) بیان می‌شود.

فرمول محاسبه عبارت است از:
در فرمول: F - نیروی آزمایش وارد شده به سطح نمونه فلزی، N؛
D–قطر گلوله فولادی برای آزمایش، میلی‌متر؛
d - قطر متوسط ​​فرورفتگی، میلی‌متر.
اندازه‌گیری سختی برینل دقیق‌تر و قابل اعتمادتر است، اما به‌طورکلی HBS فقط برای مواد فلزی زیر 450 نیوتن بر میلی‌متر مربع (MPa) مناسب است و برای فولاد سخت‌تر یا صفحات نازک‌تر مناسب نیست. در میان استانداردهای لوله فولادی، سختی برینل پرکاربردترین است. قطر فرورفتگی d اغلب برای بیان سختی ماده استفاده می‌شود که هم شهودی و هم راحت است.
مثال: 120HBS10/1000130: به این معنی است که مقدار سختی برینل که با استفاده از یک گلوله فولادی به قطر 10 میلی‌متر تحت نیروی آزمایش 1000 کیلوگرم نیرو (9.807 کیلونیوتن) به مدت 30 ثانیه اندازه‌گیری شده است، 120 نیوتن بر میلی‌متر مربع (مگاپاسکال) است.

ب. سختی راکول (HR)

آزمایش سختی راکول، مانند آزمایش سختی برینل، یک روش آزمایش فرورفتگی است. تفاوت این است که عمق فرورفتگی را اندازه‌گیری می‌کند. یعنی تحت عمل متوالی نیروی آزمایش اولیه (Fo) و نیروی کل آزمایش (F)، فرورونده (مخروط یا گلوله فولادی آسیاب فولاد) به سطح نمونه فشار داده می‌شود. پس از زمان نگهداری مشخص شده، نیروی اصلی برداشته می‌شود. برای محاسبه مقدار سختی، از نیروی آزمایش، از افزایش عمق فرورفتگی باقیمانده اندازه‌گیری شده (e) استفاده کنید. مقدار آن یک عدد ناشناس است که با نماد HR نشان داده می‌شود و مقیاس‌های مورد استفاده شامل 9 مقیاس از جمله A، B، C، D، E، F، G، H و K است. در میان آنها، مقیاس‌هایی که معمولاً برای آزمایش سختی فولاد استفاده می‌شوند، عموماً A، B و C هستند که عبارتند از HRA، HRB و HRC.

مقدار سختی با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‌شود:
هنگام آزمایش با مقیاس‌های 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 میلی‌متر بیان می‌شود، یعنی وقتی جابجایی محوری فرورونده یک واحد (0.002 میلی‌متر) باشد، معادل تغییر در سختی راکول به اندازه یک عدد است. هرچه مقدار e بزرگتر باشد، سختی فلز کمتر است و برعکس.
دامنه کاربرد سه مقیاس فوق به شرح زیر است:
فرورونده مخروطی الماسی (HRA) 20-88
فرورونده مخروطی الماسی (HRC) 20-70
HRB (گونده ساچمه فولادی با قطر ۱.۵۸۸ میلی‌متر) ۲۰-۱۰۰
آزمایش سختی راکول در حال حاضر روشی پرکاربرد است که در بین آنها HRC در استانداردهای لوله‌های فولادی پس از سختی برینل HB در رتبه دوم قرار دارد. سختی راکول را می‌توان برای اندازه‌گیری مواد فلزی از بسیار نرم تا بسیار سخت استفاده کرد. این روش کاستی‌های روش برینل را جبران می‌کند. این روش ساده‌تر از روش برینل است و مقدار سختی را می‌توان مستقیماً از صفحه دستگاه سختی‌سنج خواند. با این حال، به دلیل فرورفتگی کوچک آن، مقدار سختی به اندازه روش برینل دقیق نیست.

ج. سختی ویکرز (HV)

آزمایش سختی ویکرز نیز یک روش آزمایش فرورفتگی است. در این روش، یک فرورونده الماسی هرمی مربعی با زاویه ۱۳۶۰ درجه بین سطوح مقابل، با نیروی آزمایشی انتخاب شده (F) به سطح آزمایش فشار داده می‌شود و پس از زمان نگه‌داشتن مشخص شده، برداشته می‌شود. با اعمال نیرو، طول دو قطر فرورفتگی را اندازه‌گیری کنید.

مقدار سختی ویکرز، حاصل تقسیم نیروی آزمایش بر مساحت سطح فرورفتگی است. فرمول محاسبه آن به صورت زیر است:
در فرمول: نماد سختی HV-Vickers، N/mm2 (MPa)؛
نیروی آزمون F، N؛
d - میانگین حسابی دو قطر فرورفتگی، میلی‌متر.
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) کیلوگرم نیرو (نیوتن) و شش سطح دیگر است. مقدار سختی را می‌توان اندازه‌گیری کرد. محدوده آن 5 تا 1000HV است.
مثال روش بیان: 640HV30/20 به این معنی است که مقدار سختی ویکرز اندازه‌گیری شده با نیروی آزمایش 30Hgf (294.2N) به مدت 20S (ثانیه) برابر با 640N/mm2 (MPa) است.
روش سختی سنجی ویکرز می‌تواند برای تعیین سختی مواد فلزی بسیار نازک و لایه‌های سطحی مورد استفاده قرار گیرد. این روش مزایای اصلی روش‌های برینل و راکول را دارد و بر کاستی‌های اساسی آنها غلبه می‌کند، اما به سادگی روش راکول نیست. روش ویکرز به ندرت در استانداردهای لوله فولادی استفاده می‌شود.