آشنایی با سختی سنجی راکول و مزایا و معایب

سختی یک ماده به عنوان مقاومت آن در برابر فرورفتگی تعریف می شود. تست سختی راکول ، عمق دائمی فرورفتگی روی فلز را با اعمال بار ثابت با استفاده از یک دندانه اندازه گیری می کند. هر چه مقدار تو رفتگی کوچک تر باشد، ماده سخت تر است. مقیاس سختی راکول برای تعیین سختی موادی مانند آلومینیوم، فولاد نازک، سرب، آهن، تیتانیوم، آلیاژهای مس و کاربیدهای سیمانی طراحی شده است.

راکول، یک سیستم اندازه گیری ازمایش متالورژیکی غیرمخرب است که تعیین می کند فولاد واقعاً چقدر سخت و محکم است مانند انچه در ساخت چاقو استفاده می شود. در تجارت تولید تیغه چاقو، درجه بندی سختی از نمودار ار پیش تعیین شده پیروی می کند که معمولاً مقیاس راکول نامیده می شود. هر چه عدد در مقیاس راکول بیشتر باشد، فولاد سخت تر است. برعکس، هر چه عدد در مقیاس راکول کمتر باشد، فولاد نرم تر است. بیشتر الیاژهای تیغه های چاقو از فولادهای نرم در محدوده ۴۵ تا فلزات سخت در دسته ۶۰ هستند.

تست سختی سنجی

شکل1: دستگاه تست راکول دیجیتالی

شرح روش تست سختی راکول

روش تست سختی راکول یک فرایند ساده است که از یک مخروط الماس با نوک گرد برای مواد سخت تر و یک فرورفتگی توپ فولادی سخت شده برای مواد نرم تر استفاده می کند. با هر ازمون ، دو نیرو به نمونه وارد می شود. ابتدا دندانه نیروی 10کیلوگرم (پیش‌بار) را به نمونه وارد می کند و عمق فرورفتگی محاسبه می شود. این بار کوچک اولیه برای شکستن سطح و کاهش اثرات پرداخت سطح استفاده می شود. 

با نگه داشتن بار اولیه، بار اضافی 60، 100 یا 150 کیلوگرمی وارد می شود و این باعث افزایش عمق فرورفتگی می شود. سپس بار اصلی برداشته می شود و بار اولیه به حال خود باقی می ماند. افزایش عمق فرورفتگی که به دلیل اضافه کردن بار دوم رخ داده است برای محاسبه مقدار سختی راکول استفاده می شود. به عبارت دیگر این تفاوت بین بار اصلی و جزئی است.

یک تنوع گسترده از روش راکول که به عنوان ازمایش راکول سطحی شناخته می شود، سال ها بعد برای ازمایش موادی که خیلی نازک هستند یا سطح کمتری دارند، اختراع شد. در حالی که فرایند ازمایش یکسان است، ازمایش سطحی از بار های سبک تر ۳ کیلوگرمی به عنوان بار اولیه و 30،۱۵ و ۴۵ کیلوگرمی به عنوان نیروی اضافی استفاده می کند. این روش بیشتر در اروپا مورد استفاده قرار میگیرد و برای ازمایش نوارهای نارک، پوشش ها و سطوج کربوره شده مناسب است.

شکل2: تست راکول - اعمال نیروی پیش بار در مرحله اول و اعمال نیروی اصلی در مرحله بعد

استاندارد تست سختی راکول

در زیر استانداردهای تست سختی راکول اورده شده است که روش تسست و مشخصات ان توضیح می دهد:

• ASTM E 18
• ISO 6508

در مقايسه با ساير روش هاي آزمايش، آزمايش راكول همچنين مي تواند اطلاعاتي درمورد خواص مواد فلزي مانند استحكام كششي، سختي سايش و قابليت كشش به دست دهد. تست منظم سختي راكول، سختي انبوه مواد را اندازه‌گيري مي كند. تزازوهاي جداگانه‌اي براي فلزات آهني، فلزات غيرآهني و پلاستيك وجود دارد. مقياس هاي سختي رايج راكول شامل  A,B,CوF براي فلزات و R,M براي پليمرهاست.

تست سطحي سختي راكول، اندازه‌گيري سختي به سطح حساستر از مقياس هاي معمولي راكول است. اين تكنيك براي آزمايش نمونه‌هاي نازك، نمونه‌هايي با گراديان سختي در سطح و مناطق كوچك مفيد است.

مقياس هاي سختي راكول N و T براي فلزات و X,Y,W براي مواد غيرفلزي و پوشش نرم سطحي هستند.

محدودیت های تست سختی راکول

• فرورفتگي‌هاي الماسي زير مقادير 20 كاليبره نمي شوند
• براي 100 تا 130 ميتوانيم از مقياسB استفاده كنيم، اما ممكن است به تورفتگي آسيب برساند.
• مقياس C را نمي توان براي كاربيد تنگستن استفاده كرد، چون ممكن است مواد آسيب ببينند. براي كاربيد تنگستن ميتوان از مقياس A استفاده كرد.

کاربردهای تست سختی راکول

تست سختی راکول برای اندازه گیری سختی توده مواد فلزی و پلیمری/پلاستیکی اعمال می شود و کاربرد های گسترده ای دارد. این موارد عبارتند از : کنترل کیفیت برای عملیات حرارتی فلز، بازرسی مواد، ارزیابی جوشکاری، ارزیابی تولید شامل آلیاژها، تأیید درجه پلاستیک های سخت، تجزیه و تحلیل شکست.

ازمایش معمولاً برروی نمونه های مسطح یا استوانه ای انجام می شود. برش و یا ماشین کاری اغلب برای به دست اوردن نمونه های ازمایشی مناسب از اجزای پیچیده شکل مورد نیاز است. سطوح موازی صاف، بدون پوشش، رسوب و الودگی شدید، برای ازمایش مورد نیاز است.الزامات پرداخت خاص، به مواد و مقیاس ازمایش بستگی دارد.

مزایای تست سختی راکول

• مقدار سختی را می توان در زمان کمتری نسبت به سایر روش های تست سختی بدست اورد.
• قرائت مستقیم عدد سختی از طریق شماره گیری دستگاه بدست می اید.
• این دستگاه اغلب برای کارهای معمول استفاده می شود.
• با در نظر گرفتن عمق تورفتگی مقادیر سختی را به دست می دهد. همچنین می توان از ان برای بررسی سختی نمونه های استوانه ای استفاده کرد.
• طیف گستره ای از مراحل نمونه را می توان در این دستگاه تنظیم کرد. این تست در مقایسه با تست سختی برینل به دلیل اندازه کوچک تورفتگی مخرب کمتری است.