چند بار فکر کرده اید که آیا موادی که برای پروژه خود نیاز دارید برای هدف مورد نظر خود به اندازه کافی سخت است؟ سختی یک ویژگی حیاتی برای بسیاری از کاربردها است. خوشبختانه روش نسبتا آسانی برای اندازه گیری سختی مواد وجود دارد که تست سختی ویکرز نام دارد.

بر اساس کتاب فلزات، سختی به عنوان “مقاومت در برابر تغییر شکل پلاستیک” تعریف می شود. از آنجایی که مواد مختلف به روش‌های متفاوتی رفتار می‌کنند، سه نوع سختی معمولاً اندازه‌گیری می‌شوند. بسته به مواد، آنها عبارتند از:

• سختی تورفتگی
• سختی خراش
• سختی ریباند

تست سختی ویکرز سختی فرورفتگی قطعات کوچک یا بخش های نازک فلزات، سرامیک ها و کامپوزیت ها را اندازه گیری می کند – تقریباً هر نوع ماده ای در واقع.

تست سختی ویکرز چگونه انجام می شود؟

این آزمایش شامل اعمال نیرویی (که “بار” نیز نامیده می شود) بر روی ماده آزمایشی با استفاده از یک فرورفتگی الماسی برای به دست آوردن یک فرورفتگی است. عمق فرورفتگی روی ماده، مقدار سختی را برای نمونه می‌دهد. به طور کلی، هر چه تورفتگی کوچکتر باشد، جسم سخت تر است. بسته به نیرویی که به ماده آزمایشی وارد می شود، تست های سختی را می توان به تست های ریز تورفتگی و تست های ماکرو تورفتگی طبقه بندی کرد. (تست‌های فرورفتگی ریز معمولاً از بارهای حداکثر 200 gf استفاده می‌کنند، در حالی که تست‌های ماکرو تورفتگی از بارهای تا 1000 gf استفاده می‌کنند). تست سختی ویکرز و تست سختی Knoop رایج ترین تست هایی هستند که هم برای ریز تورفتگی و هم برای ماکرو تورفتگی قابل استفاده هستند.

نمونه‌های فرورفتگی تست سختی ویکرز – 3 ماده با سختی متفاوت. تصویر © 2017 EngineeringClicks است

چرا از تست سختی ویکرز استفاده کنیم؟

در ابتدا به عنوان جایگزینی برای روش برینل که دارای یک فرورفتگی بزرگ و امکان آسیب به قطعه آزمایشی بود و همچنین روش راکول که از نیروهای آزمایشی متعدد استفاده می کرد، طراحی شد. استفاده از تست سختی ویکرز آسان است و مزایای زیادی نسبت به سایر تست‌های سختی دارد، مانند:

• تورفتگی مورد استفاده از نظر اندازه کوچک است که خطر آسیب احتمالی به مواد آزمایشی را کاهش می دهد
• تورفتگی را می توان برای هر نوع ماده ای صرف نظر از سختی آن استفاده کرد
• محاسبات حاصل مستقل از اندازه تورفتگی است
• در مقایسه با سایر تست های سختی، مقیاس بسیار گسترده ای دارد
• یک نیروی آزمایشی واحد اعمال می شود

نمای نزدیک از یک دندانه با نوک الماس

سختی چگونه اندازه گیری می شود؟

این آزمایش با فشار دادن فرورفتگی الماس به سطح تحت آزمایش انجام می شود. این دندانه هرمی شکل است، با قاعده مربع و زاویه 136 درجه بین وجوه مخالف. به طور معمول، بارها از 1 تا 100 کیلوگرم متغیر است. بار کامل معمولاً بین 10 تا 15 ثانیه اعمال می شود.

هندسه فرورفتگی تست سختی ویکرز.

طول هر دو مورب تشکیل شده بر روی سطح آزمایش اندازه گیری می شود، و میانگین برای محاسبه سختی استفاده می شود، که با نسبت F/A (که در آن F نیرو یا بار است، بر حسب کیلوگرم است؛ و A مساحت سطح است). تورفتگی، به میلی متر مربع). مقدار سختی به صورت سختی ویکرز (HV) یا سختی هرم الماس (DPH) (معمولاً یک عدد، بدون واحد) بیان می شود.

اندازه گیری ها با استفاده از میکروسکوپ داخلی انجام می شود. برخی از مقیاس‌های تست پیشرفته‌تر از نرم‌افزار برای به دست آوردن نتایج سریع‌تر و دقیق‌تر استفاده می‌کنند.

برنامه های کاربردی

فرورفتگی ایجاد شده توسط آزمایش ویکرز نسبتاً کوچک است و بنابراین برای آزمایش سختی قطعات یا مقاطع کوچک و اجسام بسیار نازک مانند فویل ها بسیار مفید است.

مواردی که باید در نظر بگیرید

برای به دست آوردن نتایج دقیق از آزمایش، بهتر است موارد زیر را در نظر بگیرید:

• نمونه ای را انتخاب کنید که به اندازه کافی کوچک باشد تا در مقیاس قرار بگیرد
• صاف کردن سطح ماده آزمایش، به منظور دستیابی به فرورفتگی مناسب و به حداقل رساندن خطا در اندازه گیری. علاوه بر این، این به نگه داشتن مواد عمود بر دندانه کمک می کند
• ایجاد تورفتگی تا حد امکان برای به حداکثر رساندن دقت اندازه گیری (احتمال خطا با کاهش اندازه تورفتگی بیشتر است)

محدودیت ها

با وجود تمام مزایایی که دارد، تست سختی ویکرز محدودیت های خاص خود را دارد. منتقدان استدلال می‌کنند که در بارهای پایین‌تر، درجه‌ای از سوگیری وجود دارد که وارد می‌شود. برخی از مواد آزمایشی از قبل پوشش داده شده‌اند، در این صورت ضخامت پوشش بر دقت اندازه‌گیری برای فرورفتگی‌های ریز تأثیر می‌گذارد. برای غلبه بر این امر، پیشرفت‌ها در زمینه فناوری نانو منجر به توسعه روش‌های نانو تورفتگی شده است.

نتیجه

استفاده از تست سختی ویکرز آسان است و مزایای آن بسیار بیشتر از معایب احتمالی آن است. تطبیق پذیری استفاده از آن – این واقعیت که می توان از آن برای اندازه گیری سختی تقریباً هر نوع ماده ای استفاده کرد – همچنان آن را بسیار جذاب و به طور گسترده ای کاربردی می کند.