سختی برینل و سختی راکول: تفاوت و کاربردها
سختی برینل [به انگلیسی: Brinell Hardness] و سختی راکول [به انگلیسی: Rockwell Hardness] تقریباً در هر صنعتی استفاده می‌شوند. مفهوم سختی در فلزات برای درک اینکه آن‌ها مقاومت کافی در برابر فرورفتگی، ساییدگی، خراشیدگی و … را برای یک کاربرد معین ایجاد می‌کنند، بسیار مهم است. به عنوان مثال، می‌توان به ارزیابی مواد برای پیستون‌های موتور، تیغه‌های توربین جت، بدنه کشتی، تجهیزات برنزی، چرخ‌های واگن ریلی و بسیاری از اجزای دیگر اشاره کرد که ممکن است تحت شرایطی قرار گیرند که ممکن است در آن‌ها سایش رخ دهد.
انواع مختلفی از آزمایش‌ها برای اندازه‌گیری خواص فیزیکی فلزات وجود دارند که هر یک کشش (استحکام)، ضربه (چقرمگی) و خمش (شکل پذیری) را اندازه‌گیری می‌کند. اما سختی یک آلیاژ فلزی چگونه اندازه‌گیری می‌شود؟ این مقاله به دو مورد از رایج‌ترین انواع تست سختی فلزات می‌پردازد: تست سختی برینل و سختی راکول.
سختی [به انگلیسی: Hardness] را می‌توان به عنوان توانایی یک فلز یا آلیاژ فلز برای مقاومت در برابر تغییر شکل پلاستیک در یک مکان خاص و موضعی به جای یک مکان عمومی تعریف کرد. همچنین، به عنوان مقاومت فلز در برابر فرورفتگی، خراشیدگی یا سایش تعریف می‌شود.
سختی یک ویژگی مهم است زیرا سختی فلز به طور مستقیم با توانایی آن در مقاومت در برابر سایش ارتباط دارد. سطوح سختی بسته به عناصر آلیاژی، عملیات حرارتی و سایر روش‌های سخت‌کاری مورد استفاده در نوع فلز می‌تواند متفاوت باشد. روش‌هایی برای ارزیابی سختی مانند سختی برینل و سختی راکول به منظور ایجاد درک مشترکی از سطوح سختی به دلیل تغییر سختی در بین فلزات و حتی در یک خانواده از فلزات ابداع شده‌است.
سختی برینل چیست؟
سختی برینل (HB) نسبت بین نیروی اعمالی و سطح چاپ است. ماده فرورونده یک توپ فلزی سخت با قطر D است که با نیروی F در لایه‌های سطحی ماده نقش می‌بندد. قطر توپ مقداری استاندارد و برابر است با: 1-2.5-5-10 میلی‌متر. در آزمایش مواد فولادی معمولاً 10 تا 15 ثانیه بار اعمال می‌شود و برای سایر مواد نرم باید حداقل 30 ثانیه بار اعمال شود. سطح مورد آزمایش باید خالص و چربی زدایی شود و صاف باشد تا اندازه‌گیری تا حد امکان دقیق باشد تا قطر تعیین شود.
در طول اندازه‌گیری، هیچ لرزشی نباید وجود داشته باشد، زیرا آن‌ها می‌توانند به طور غیرمنطقی بر مقادیر سختی تأثیر بگذارند. در مقایسه با سایر روش‌های تست سختی، توپ برینل عمیق‌ترین و بزرگ‌ترین اثر را بر جای می‌گذارد و بنابراین از نظر عملکردی زیبایی سطح را تغییر شکل می‌دهد.
سختی راکول چیست؟
بر خلاف روش برینل و ویکرز، روش راکول اندازه اثر را اندازه‌گیری نمی‌کند، بلکه عمق نفوذ فرورفتگی را اندازه‌گیری می‌کند. به همین دلیل است که در مورد راکول، سختی پس از آزاد شدن بر روی مقیاس سختی خوانده می‌شود.
بار کل F با افزودن بار اصلی F1=1373N به مدت 2±4 ثانیه به‌دست می‌آید و میزان سختی عمق نفوذ فرورفتگی hR را مشخص می‌کند، پس از حذف بار اصلی F1، زمانی که پس‌پر کردن به دلیل رخ دادن پس‌پر شدن به دلیل رخ می‌دهد. خاصیت ارتجاعی مواد برای روش HRB اصل اندازه‌گیری یکسان است با این تفاوت که روی توپ فولادی پیش بار F0=98.07N یا بار اصلی F1=882.6N حک می‌شود به طوری که کل بار F=980.7N است.
تفاوت سختی برینل و راکول
چندین تفاوت بین آزمایش سختی برینل و راکول وجود دارد. یکی از مهم‌ترین تفاوت‌ها نوع ماده فرورونده استفاده شده‌است. آزمایش برینل از یک توپ فولادی سخت استفاده می‌کند، در حالی که آزمایش راکول از یک مخروط الماس یا یک توپ فولادی سخت استفاده می‌کند. انتخاب فرورفتگی به مواد مورد آزمایش و دقت سطح مورد نظر بستگی دارد. مخروط الماس معمولا برای مواد سخت‌تر استفاده می‌شود، در حالی که توپ فولادی سخت برای مواد نرم استفاده می‌شود.
تفاوت دیگر این دو آزمون روش اندازه‌گیری است. تست برینل قطر فرورفتگی را اندازه‌گیری می‌کند، در حالی که تست راکول عمق فرورفتگی را اندازه‌گیری می‌کند. این می‌تواند بر دقت نتایج تأثیر بگذارد، زیرا اندازه‌گیری قطر یک فرورفتگی می‌تواند چالش برانگیزتر از اندازه‌گیری عمق آن باشد.
واحدهای اندازه‌گیری مورد استفاده در دو آزمون نیز متفاوت است. عدد سختی برینل بر حسب کیلوگرم بر میلی‌متر مربع در حالی که عدد سختی راکول با واحدهای دلخواه (HRC)، (HRB) و (HRA) بیان می‌شود. این می‌تواند مقایسه نتایج بین دو آزمون را دشوارتر کند.
روش‌های تست برای این دو آزمون نیز متفاوت است. آزمایش برینل شامل اعمال یک نیروی ثابت برای یک دوره مشخص است، در حالی که آزمایش راکول شامل اعمال یک نیروی اولیه و به دنبال آن یک نیروی ثانویه است. این می‌تواند بر دقت نتایج تأثیر بگذارد، زیرا اعمال دو نیرو می‌تواند متغیرهای بیشتری را وارد آزمون کند.
در نهایت، موادی که می‌توان با استفاده از این دو روش آزمایش کرد، متفاوت است. تست برینل برای مواد نرم مانند آلومینیوم، مس و برنج مناسب است. از سوی دیگر، آزمایش راکول برای مواد سخت‌تر مانند فولاد و تیتانیوم مناسب‌تر است.
