اختبار صلابة روكويل

اختبار صلابة روكويل هو اختبار يعتمد على صلابة المادة عند تعرضها للضغط . يقيس هذا الاختبار عمق اختراق أداة الضغط تحت حمل كبير (حمل رئيسي) مقارنةً بالاختراق الناتج عن حمل مُسبق (حمل ثانوي). [ 1 ] توجد مقاييس مختلفة، يُرمز لها بحرف واحد، وتستخدم أحمالًا أو أدوات ضغط مختلفة. والنتيجة هي رقم لا بُعدي يُشار إليه بـ HRA، HRB، HRC، إلخ، حيث يُمثل الحرف الأخير مقياس روكويل المُناسب. تشير الأرقام الأكبر إلى مواد أكثر صلابة.
عند اختبار المعادن، ترتبط صلابة الانضغاط خطيًا بقوة الشد . [ 2 ]
تاريخ
ابتكر البروفيسور النمساوي بول لودويك طريقة قياس الصلابة التفاضلية للعمق عام 1908 في كتابه "اختبار المخروط" ( Die Kegelprobe ). [ 3 ] تعتمد هذه الطريقة على طرح الأخطاء المرتبطة بالعيوب الميكانيكية للنظام، مثل الخلوص وعيوب السطح. أما اختبار صلابة برينل ، الذي اخترع في السويد، فقد طُوّر في وقت سابق - عام 1900 - ولكنه كان بطيئًا، وغير فعال على الفولاذ المُقسّى بالكامل ، كما أنه يترك أثرًا كبيرًا جدًا بحيث لا يُعتبر اختبارًا غير مُتلف .
اخترع هيو إم. روكويل (1890-1957) وستانلي بي. روكويل (1886-1940) من ولاية كونيتيكت الأمريكية جهاز "اختبار صلابة روكويل"، وهو جهاز لقياس الصلابة التفاضلية. وقدّما طلب براءة اختراع في 15 يوليو 1914. [ 4 ] وكان الهدف من هذا الجهاز هو تحديد تأثير المعالجة الحرارية على حلقات محامل الصلب بسرعة. وتمت الموافقة على الطلب في 11 فبراير 1919، وحصل على براءة الاختراع الأمريكية رقم 1,294,171 . في ذلك الوقت، كان كل من هيو وستانلي روكويل يعملان لدى شركة "نيو ديبارتشر مانوفاكتشرينغ" في بريستول، كونيتيكت . [ 5 ] وكانت "نيو ديبارتشر" شركة رائدة في تصنيع محامل الكرات، والتي أصبحت في عام 1916 جزءًا من شركة "يونايتد موتورز"، وبعد ذلك بفترة وجيزة، جزءًا من شركة "جنرال موتورز".
بعد مغادرته شركة كونيتيكت، تقدم ستانلي روكويل، الذي كان يقيم آنذاك في سيراكيوز، نيويورك، بطلب لتحسين الاختراع الأصلي في 11 سبتمبر 1919، وتمت الموافقة عليه في 18 نوفمبر 1924. وحصل جهاز الاختبار الجديد على براءة اختراع أمريكية رقم 1,516,207 . [ 6 ] [ 7 ] انتقل روكويل إلى ويست هارتفورد، كونيتيكت، وأجرى تحسينًا إضافيًا في عام 1921. [ 7 ] تعاون ستانلي مع تشارلز هـ. ويلسون، مصنّع الأدوات في شركة ويلسون-ماولين، في عام 1920 لتسويق اختراعه وتطوير آلات اختبار موحدة. [ ٨ ] أسس ستانلي شركةً لمعالجة المعادن بالحرارة حوالي عام ١٩٢٣، وهي شركة ستانلي ب. روكويل، التي استمرت في العمل حتى عام ٢٠١٢. [ ٩ ] كان المبنى، الذي لا يزال قائمًا، خاليًا في عام ٢٠١٦. [ ١٠ ] تغيرت ملكية شركة ويلسون للأجهزة الميكانيكية، التي سُميت لاحقًا بهذا الاسم، على مر السنين، واستحوذت عليها شركة إنسترون في عام ١٩٩٣. [ ١١ ]
النماذج والتشغيل


يمكن إجراء اختبار صلابة روكويل باستخدام أنواع مختلفة من أجهزة اختبار الصلابة. [ 12 ] تتوفر أجهزة اختبار الصلابة المكتبية بنوعين: رقمي وتناظري. تستخدم الأجهزة الرقمية شاشة عرض رقمية، بينما تعرض الأجهزة التناظرية النتائج على قرص دوار. كما تتوفر أجهزة محمولة.
يتضمن تحديد صلابة روكويل لمادة ما تطبيق حمل صغير متبوعًا بحمل كبير. يُحدد الحمل الصغير نقطة الصفر. يُطبق الحمل الكبير، ثم يُزال مع الحفاظ على الحمل الصغير. يُقاس عمق الاختراق من نقطة الصفر، حيث تُعطي المواد الأكثر صلابة قراءة أقل. أي أن عمق الاختراق والصلابة يتناسبان عكسيًا. لا يستخدم اختبار روكويل أي معدات بصرية لقياس عمق الاختراق، بل تُجرى جميع الحسابات داخل الجهاز لقياس العمق في العينة. [ 13 ]
معادلة صلابة روكويل هي، حيث d هو العمق بالمليمتر (من نقطة الحمل الصفري)، و N و h هما عاملان يعتمدان على مقياس الاختبار المستخدم (انظر القسم التالي).
يُستخدم عادةً في الهندسة وعلم المعادن . وتعود شعبيته التجارية إلى سرعته وموثوقيته ومتانته ودقته وصغر مساحة الانبعاج.
خطوات تشغيل أجهزة اختبار صلابة روكويل القديمة:
- تحميل قوة أولية: قوة الاختبار الأولية لاختبار صلابة روكويل هي 10 كجم (98 نيوتن؛ 22 رطل) ؛ قوة الاختبار الأولية لاختبار صلابة روكويل السطحية هي 3 كجم (29 نيوتن؛ 6.6 رطل) .
- تحميل الحمل الرئيسي: راجع النموذج / الجدول أدناه "المقاييس والقيم".
- اترك الحمل الرئيسي لفترة "توقف" كافية لتوقف عملية الانبعاج.
- قم بتحرير الحمل؛ ستظهر قيمة روكويل عادةً على قرص أو شاشة تلقائيًا. [ 14 ]
للحصول على قراءة موثوقة، يجب أن يكون سُمك العينة المختبرة عشرة أضعاف عمق الانبعاج على الأقل. [ 15 ] كما يجب أخذ القراءات من سطح مستوٍ عمودي، لأن الأسطح المحدبة تعطي قراءات أقل. ويمكن استخدام معامل تصحيح إذا كان المطلوب قياس صلابة سطح محدب. [ 16 ]
المقاييس والقيم
توجد عدة مقاييس بديلة، وأكثرها شيوعاً مقياسا "ب" و"ج". وكلاهما يعبر عن الصلابة برقم عشوائي لا بُعدي .
| حجم | اختصار § | الحمل الرئيسي * ( كجم ) | مُسطر المسافات | يستخدم | شمال | ح |
|---|---|---|---|---|---|---|
| أ | هيئة تنظيم الموارد البشرية | 60 | ماس كروي مخروطي † | الكربيدات الملبدة ، الفولاذ الرقيق، الفولاذ المقسى سطحيًا بشكل سطحي | 100 | 500 |
| ب | مجلس الصحة | 100 | كرة قطرها 1/16 بوصة (1.59 مم) | سبائك النحاس، والفولاذ الطري، والألومنيوم، والحديد المطاوع | 130 | 500 |
| ج | هيئة حقوق الإنسان | 150 | ماس كروي مخروطي † | الفولاذ، والفولاذ المُقسّى بعمق، والفولاذ المقاوم للصدأ، والحديد الزهر الصلب، والحديد المطاوع البيرليتي ، والتيتانيوم، وسبائك التيتانيوم، ومواد أخرى أصلد من 100 HRB | 100 | 500 |
| د | قسم الموارد البشرية | 100 | ماس كروي مخروطي † | الفولاذ الرقيق والفولاذ متوسط الصلابة السطحية والحديد المطاوع البيرليتي | 100 | 500 |
| هـ | الموارد البشرية | 100 | كرة قطرها 1/8 بوصة ( 3.18 مم) | سبائك الحديد الزهر والألومنيوم والمغنيسيوم، معادن المحامل، والبلاستيك المتصلد بالحرارة | 130 | 500 |
| F | HRF | 60 | كرة قطرها 1/16 بوصة (1.59 مم) | سبيكة نحاسية مُلدّنة، صفائح معدنية رقيقة وناعمة | 130 | 500 |
| جي | HRG | 150 | كرة قطرها 1/16 بوصة (1.59 مم) | برونز الفوسفور، نحاس البريليوم، حديد قابل للطرق. | 130 | 500 |
| ح | صاحب السمو الملكي | 60 | كرة قطرها 1/8 بوصة ( 3.18 مم) | الألومنيوم، الزنك، الرصاص [ 20 ] | 130 | 500 |
| ك | HRK | 150 | كرة قطرها 1/8 بوصة ( 3.18 مم) | سبائك المحامل، والقصدير، والمواد البلاستيكية الصلبة [ 20 ] | 130 | 500 |
| ل | HRL | 60 | كرة قطرها 1/4 بوصة ( 6.35 مم) | المعادن الحاملة وغيرها من المواد اللينة أو الرقيقة جدًا. | 130 | 500 |
| م | إدارة الموارد البشرية | 100 | كرة قطرها 1/4 بوصة ( 6.35 مم) | المواد البلاستيكية الحرارية، والمعادن الحاملة، وغيرها من المواد اللينة أو الرقيقة جدًا | 130 | 500 |
| P | HRP | 150 | كرة قطرها 1/4 بوصة ( 6.35 مم) | المعادن الحاملة وغيرها من المواد اللينة أو الرقيقة جدًا | 130 | 500 |
| R | معدل الموارد البشرية | 60 | كرة قطرها 1/2 بوصة ( 12.70 مم) | المواد البلاستيكية الحرارية، والمعادن الحاملة، وغيرها من المواد اللينة أو الرقيقة جدًا | 130 | 500 |
| S | ساعات | 100 | كرة قطرها 1/2 بوصة ( 12.70 مم) | المعادن الحاملة وغيرها من المواد اللينة أو الرقيقة جدًا | 130 | 500 |
| V | تقلب معدل ضربات القلب | 150 | كرة قطرها 1/2 بوصة ( 12.70 مم) | المعادن الحاملة وغيرها من المواد اللينة أو الرقيقة جدًا | 130 | 500 |
| 15 طن، 30 طن، 45 طن | 15، 30، 45 | كرة قطرها 1/16 بوصة (1.59 مم) | سطحي: للطلاءات الناعمة | 100 | 1000 | |
| 15N، 30N، 45N | 15، 30، 45 | ماس كروي مخروطي † | سطحي: للمواد المُقسّاة سطحيًا | 100 | 1000 | |
| * باستثناء المقاييس السطحية حيث تبلغ 3 كجم، فإن الحمل الثانوي يبلغ 10 كجم. | ||||||
| † يُطلق عليه أيضًا اسم أداة Brale indenter ، وهو مصنوع من ماسة مخروطية بزاوية 120 درجة ± 0.35 درجة ونصف قطر طرف يبلغ 0.200 ± 0.010 مم. | ||||||
| § يسبق رقم روكويل اختصارات المقياس (على سبيل المثال، 60 HRC)، باستثناء "المقاييس السطحية" حيث تتبع الاختصارات، مفصولة بـ "-" (على سبيل المثال، 30N-25). | ||||||
- باستثناء اختبار المواد الرقيقة وفقًا للمعيار A623، استُبدلت كرات الضغط الفولاذية بكرات من كربيد التنجستن بأقطار مختلفة. عند استخدام كرة ضغط، يُستخدم الحرف "W" للدلالة على استخدام كرة من كربيد التنجستن، بينما يُستخدم الحرف "S" للدلالة على استخدام كرة فولاذية. على سبيل المثال: 70 HRBW تشير إلى أن القراءة كانت 70 على مقياس روكويل B باستخدام كرة ضغط من كربيد التنجستن. [ 21 ]
تستخدم مقاييس روكويل السطحية أحمالًا أقل وآثارًا أقل عمقًا على المواد الهشة والرقيقة جدًا. يستخدم مقياس 45 نيوتن حملًا مقداره 45 كيلوغرام قوة على رأس اختبار بريل مخروطي الشكل على شكل ماسة، ويمكن استخدامه على السيراميك الكثيف . أما مقياس 15 طنًا فيستخدم حملًا مقداره 15 كيلوغرام قوة على كرة فولاذية مقسّاة قطرها 1.588 ملم ، ويمكن استخدامه على الصفائح المعدنية .
تتداخل المقاييس B و C، بحيث لا يلزم أخذ أو تحديد القراءات التي تقل عن HRC 20 وتلك التي تزيد عن HRB 100، والتي تعتبر عمومًا غير موثوقة.
تشمل القيم النموذجية ما يلي:
- الفولاذ شديد الصلابة (مثل الأزاميل وشفرات السكاكين عالية الجودة): صلابة روكويل 55-66 (الفولاذ الكربوني عالي السرعة المقوى وفولاذ الأدوات مثل M2 وW2 وO1 وCPM-M4 وD2، بالإضافة إلى العديد من أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الحديثة المصنعة بتقنية تعدين المساحيق مثل CPM-S30V وCPM-154 وZDP-189. توجد سبائك تصل صلابتها إلى 68-70، مثل سبيكة HAP72 التي طورتها شركة هيتاشي. هذه السبائك شديدة الصلابة، ولكنها هشة إلى حد ما.) [ 22 ]
- المحاور : حوالي 45-55 HRC
- النحاس الأصفر: HRB 55 (نحاس أصفر منخفض، UNS C24000، H01 Temper) إلى HRB 93 (نحاس خرطوشة، UNS C26000 (260 نحاس أصفر)، H10 Temper) [ 23 ]
تُستخدم عدة مقاييس أخرى، بما في ذلك المقياس A الشامل، لتطبيقات متخصصة. وهناك مقاييس خاصة لقياس العينات المُقسّاة سطحيًا .
المعايير
- المنظمة الدولية للمقاييس ( ISO )
- ISO 6508-1: المواد المعدنية - اختبار صلابة روكويل - الجزء 1: طريقة الاختبار
- ISO 6508-2: المواد المعدنية - اختبار صلابة روكويل - الجزء 2: التحقق من معايرة آلات الاختبار وأجهزة قياس الصلابة
- ISO 6508-3: المواد المعدنية - اختبار صلابة روكويل - الجزء 3: معايرة الكتل المرجعية
- ISO 2039-2: البلاستيك - تحديد الصلابة - الجزء 2: صلابة روكويل
- المعيار الأمريكي ( ASTM International )
- ASTM E18: طرق الاختبار القياسية لصلابة روكويل للمواد المعدنية
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ إي إل توبولسكي وأ. في، "اختبار صلابة الصلابة الكلية"، دليل الجمعية الأمريكية للمعادن، المجلد 8: الاختبارات والتقييمات الميكانيكية ، الجمعية الأمريكية للمعادن الدولية، 2000، الصفحات 203-211، رقم ISBN 0-87170-389-0.
- ↑ بافلينا، إي جيه؛ فان تاين، سي جيه (ديسمبر 2008). "ارتباط مقاومة الخضوع ومقاومة الشد بالصلابة في الفولاذ". مجلة هندسة المواد والأداء . 17 (6): 888-893 . Bibcode : 2008JMEP...17..888P . doi : 10.1007/s11665-008-9225-5 .
- ↑ GL Kehl, The Principles of Metallographic Laboratory Practice , 3rd Ed., McGraw-Hill Book Co., 1949, p. 229.
- ↑ HM Rockwell & SP Rockwell, "جهاز اختبار الصلابة"، براءة اختراع أمريكية رقم 1,294,171 ، فبراير 1919.
- ↑ إس دبليو كالي: ستانلي بيكيت روكويل - أحد مخترعي جهاز اختبار صلابة روكويل . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 نوفمبر 2018.
- ↑ SP Rockwell، "اختبار المعادن من حيث الصلابة، معاملات الجمعية الأمريكية لمعالجة الصلب ، المجلد الثاني، العدد 11، أغسطس 1922، الصفحات 1013-1033.
- 1 2 إس. بي. روكويل، "آلة اختبار الصلابة"، براءة اختراع أمريكية رقم 1,516,207 ، نوفمبر 1924.
- ↑ VE Lysaght، اختبار صلابة الانضغاط ، Reinhold Publishing Corp.، 1949، ص 57-62.
- ↑ أوبن كوربوريتس، "شركة ستانلي ب. روكويل". https://opencorporates.com/companies/us_ct/0090160 . تاريخ الاطلاع: ٢٤/٥/٢٠٢٣
- ↑ استمارة تسجيل في سجل ولاية كونيتيكت للأماكن التاريخية - لمصنع شركة ستانلي ب. روكويل، 6/5/2016. https://hartfordpreservation.org/wp-content/uploads/296-Homestead-Stanley-Rockwell-Factory-State-Register-Nomination.pdf . تاريخ الاطلاع: 24/5/2023
- ↑ RE Chinn, “ Hardness, Bearings, and the Rockwells [ link removed ] ,” Advanced Materials & Processes , Vol 167 #10, October 2009, p 29-31.
- ↑ سونداراراجان، ج.؛ روي، م. (2001). "اختبار الصلابة". موسوعة المواد: العلوم والتكنولوجيا . ص 3728-3736 . doi : 10.1016/B0-08-043152-6/00665-3 . ISBN 978-0-08-043152-9.
- ↑ جهاز اختبار الصلابة، JM (17 أبريل 2019). "اختبار صلابة روكويل: الدليل الشامل" . جهاز اختبار الصلابة JM . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 سبتمبر 2021 .
- ↑ "جهاز اختبار الصلابة، مجهر ميتالوغرافي، جهاز اختبار خشونة السطح - EBPU" . Hardnesstesting-machine.com . تاريخ الاسترجاع: 18 فبراير 2022 .
- ↑ أساسيات اختبار صلابة روكويل ، مؤرشفة من الأصل بتاريخ 29-01-2010 ، تم الاطلاع عليها بتاريخ 10-09-2010
- ↑ دليل المصممين الصادر عن PMPA: المعالجة الحرارية ، مؤرشف من الأصل بتاريخ 14 يوليو 2009 ، تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 يونيو 2009.
- ↑ سميث، ويليام ف.؛ هاشمي، جواد (2001)، أسس علم وهندسة المواد (الطبعة الرابعة )، ماكجرو هيل، ص 229، ISBN 0-07-295358-6
- ↑ سونداراراجان، ج.؛ روي، م. (2001). موسوعة المواد: العلوم والتكنولوجيا . اختبار الصلابة: إلسيفير المحدودة. ص 3728-3736 . ISBN 978-0-08-043152-9.
- ↑ برويتمان، إستيبان (2017). "قياسات صلابة الانضغاط على المستويات الكبيرة والصغيرة والنانوية: نظرة عامة نقدية" . رسائل علم الاحتكاك . 65 (23): 4-5 . doi : 10.1007/s11249-016-0805-5 .
- 1 2 دليل استخدام جهاز اختبار صلابة روكويل R-150T من شركة EBP.
- ↑ E18-08b القسم 5.1.2.1 و 5.2.3
- ↑ "مواد شفرات السكاكين" . 31 مايو 2008. مؤرشف من الأصل في 31-05-2008 . تم الاطلاع عليه في 18 فبراير 2022 .
- ↑ "MatWeb، مصدرك لمعلومات المواد" . Matweb.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23-06-2010 .
روابط خارجية
- أرقام الفيزياء عديمة الأبعاد
- اختبارات الصلابة
