مقياس صلابة الشاطئ

مقياس صلابة الشاطئ هو جهاز لقياس صلابة مادة ما، عادةً من البوليمرات . ^[1]

تشير الأرقام الأعلى على المقياس إلى مقاومة أكبر للتجويف وبالتالي إلى مواد أكثر صلابة. تشير الأرقام المنخفضة إلى مقاومة أقل ومواد أكثر ليونة.

ويُستخدم المصطلح أيضًا لوصف تصنيف مادة ما على المقياس، كما هو الحال في كائن له "مقياس صلابة الشاطئ" 90.

تم تعريف المقياس بواسطة ألبرت فرديناند شور ، الذي طور جهازًا مناسبًا لقياس الصلادة في عشرينيات القرن العشرين. لم يكن أول جهاز لاختبار الصلادة ولا أول جهاز يُطلق عليه اسم مقياس صلابة ( ISV duro- and -meter ؛ تم إثباته منذ القرن التاسع عشر)، ولكن اليوم يشير هذا الاسم عادةً إلى صلابة شور ؛ تستخدم الأجهزة الأخرى مقاييس أخرى، والتي تُرجع نتائج مماثلة، مثل صلابة روكويل .

هناك عدة مقاييس لمقياس صلابة المواد ذات الخواص المختلفة. المقياسان الأكثر شيوعًا، واللذان يستخدمان أنظمة قياس مختلفة قليلاً، هما مقياس ASTM D2240 من النوع A ومقياس ASTM D2240 من النوع D.

المقياس A مخصص للصلابة الناعمة، في حين أن المقياس D مخصص للصلابة الصلبة. تظهر صورة مقياس صلابة Bareiss الرقمي في الصورة.

ومع ذلك، فإن معيار الاختبار ASTM D2240-00 يدعو إلى إجمالي 12 مقياسًا، اعتمادًا على الاستخدام المقصود: الأنواع A وB وC وD وDO وE وM وO وOO وOOO وOOO-S وR. ينتج عن كل مقياس قيمة تتراوح بين 0 و100، مع وجود قيم أعلى تشير إلى مادة أكثر صلابة. ^[2]

يقيس مقياس صلابة المواد، مثل العديد من اختبارات الصلادة الأخرى، عمق الانبعاج في المادة الناتج عن قوة معينة على قدم الضغط القياسية. يعتمد هذا العمق على صلابة المادة وخصائصها اللزجة المرنة وشكل قدم الضغط ومدة الاختبار. تسمح مقاييس صلابة ASTM D2240 بقياس الصلادة الأولية أو صلابة الانبعاج بعد فترة زمنية معينة. يتطلب الاختبار الأساسي تطبيق القوة بطريقة متسقة، دون صدمة، وقياس الصلابة (عمق الانبعاج). إذا كانت هناك حاجة إلى صلابة مؤقتة، يتم تطبيق القوة للوقت المطلوب ثم القراءة. يجب أن يكون سمك المادة قيد الاختبار 6 مم (0.25 بوصة) على الأقل. [ ^3] تم النظر في الخلفية النظرية للاختبار في Stoßprobleme in Physik, Technik und Medizin by Grundlagen und Anwendungen ^[4]

إعداد الاختبار للنوع A و D ^[3]

مقياس صلابة	قدم البصمة	كيلوجرام القوة (kgf)	نيوتن (ن)
النوع أ	قضيب فولاذي مقوى بقطر 1.1 مم - 1.4 مم، مع مخروط مقطوع بزاوية 35 درجة، قطر 0.79 مم	0.822	8.064
النوع د	قضيب فولاذي مقوى بقطر 1.1 مم - 1.4 مم، برأس مخروطي بزاوية 30 درجة، وطرف بنصف قطر 0.1 مم	4.550	44.64

يتعرف معيار ASTM D2240 على اثني عشر مقياسًا مختلفًا لمقياس صلابة باستخدام مجموعات من قوى زنبركية محددة وتكوينات مسننة. يشار إلى هذه المقاييس بشكل صحيح باسم أنواع مقياس صلابة؛ أي أن نوع مقياس صلابة مصمم خصيصًا لتحديد مقياس معين، ولا يوجد المقياس منفصلًا عن مقياس صلابة. يوفر الجدول أدناه تفاصيل لكل من هذه الأنواع، باستثناء النوع R. ^[5]

نوع مقياس صلابة	إعدادات	القطر	امتداد	قوة الربيع [6]
أ	مخروط مقطوع بزاوية 35 درجة ( مخروط )	1.40 ملم (0.055 بوصة)	2.54 ملم (0.100 بوصة)	8.05 نيوتن (821 جرام)
ب	مخروط 30 درجة	1.40 ملم (0.055 بوصة)	2.54 ملم (0.100 بوصة)	8.05 نيوتن (821 جرام)
ج	مخروط مقطوع بزاوية 35 درجة (مخروط ناقص)	1.40 ملم (0.055 بوصة)	2.54 ملم (0.100 بوصة)	44.45 نيوتن (4,533 جرام)
د	مخروط 30 درجة	1.40 ملم (0.055 بوصة)	2.54 ملم (0.100 بوصة)	44.45 نيوتن (4,533 جرام)
هـ	نصف قطر كروي 2.5 مم (0.098 بوصة)	4.50 ملم (0.177 بوصة)	2.54 ملم (0.100 بوصة)	8.05 نيوتن (821 جرام)
م	مخروط 30 درجة	0.79 ملم (0.031 بوصة)	1.25 ملم (0.049 بوصة)	0.765 نيوتن (78.0 جرام)
ا	نصف قطر كروي 1.20 مم (0.047 بوصة)	2.40 ملم (0.094 بوصة)	2.54 ملم (0.100 بوصة)	8.05 نيوتن (821 جرام)
أوو	نصف قطر كروي 1.20 مم (0.047 بوصة)	2.40 ملم (0.094 بوصة)	2.54 ملم (0.100 بوصة)	1.111 نيوتن (113.3 جرام)
يفعل	نصف قطر كروي 1.20 مم (0.047 بوصة)	2.40 ملم (0.094 بوصة)	2.54 ملم (0.100 بوصة)	44.45 نيوتن (4,533 جرام)
أوووه	نصف قطر كروي 6.35 مم (0.250 بوصة)	10.7–11.6 ملم (0.42–0.46 بوصة)	2.54 ملم (0.100 بوصة)	1.111 نيوتن (113.3 جرام)
أوو-إس	قرص بقطر 10.7 مم (0.42 بوصة)	11.9 ملم (0.47 بوصة)	5.0 ملم (0.20 بوصة)	1.932 نيوتن (197.0 جرام)

ملاحظة: النوع R هو تسمية وليس "نوعًا" حقيقيًا. تحدد تسمية R قطر قدم الضغط (ومن هنا R، لنصف القطر؛ من الواضح أنه لا يمكن استخدام D) بقطر 18 ± 0.5 مم (0.71 ± 0.02 بوصة)، بينما تظل قوى الزنبرك وتكوينات المثقب دون تغيير. تنطبق تسمية R على أي نوع D2240، باستثناء النوع M؛ يتم التعبير عن تسمية R على أنها النوع xR، حيث x هو نوع D2240، على سبيل المثال، aR، dR، إلخ؛ كما تلزم تسمية R أيضًا استخدام حامل تشغيل. ^[5]

هناك بعض الشروط والإجراءات التي يجب استيفاؤها، وفقًا لمعيار DIN ISO 7619-1، وهي:

• بالنسبة لقياس الشاطئ A، تقوم القدم بثقب المادة بينما بالنسبة للشاطئ D، تخترق القدم سطح المادة.
• يجب تخزين المواد المخصصة للاختبار في مناخ المختبر لمدة ساعة على الأقل قبل الاختبار.
• وقت القياس 15 ثانية.
• القوة هي 1 كجم +0.1 كجم للشاطئ أ، و 5 كجم +0.5 كجم للشاطئ د.
• يجب أخذ خمسة قياسات.
• يتم معايرة مقياس صلابة الصلابة مرة واحدة في الأسبوع باستخدام كتل مطاطية مختلفة الصلابة.

تعتمد القيمة النهائية للصلابة على عمق المثقب بعد تطبيقه لمدة 15 ثانية على المادة. إذا اخترق المثقب 2.54 مم (0.100 بوصة) أو أكثر في المادة، فإن مقياس صلابة المعدن يكون 0 لهذا المقياس. إذا لم يخترق على الإطلاق، فإن مقياس صلابة المعدن يكون 100 لهذا المقياس. ولهذا السبب توجد مقاييس متعددة. ولكن إذا كانت الصلابة <10 °Sh أو >90 °Sh، فلا يمكن الوثوق بالنتائج. يجب إعادة القياس بنوع المقياس المجاور.

مقياس صلابة المادة هو كمية بلا أبعاد، ولا توجد علاقة بسيطة بين مقياس صلابة المادة في مقياس واحد، ومقياس صلابة المادة في أي مقياس آخر، أو عن طريق أي اختبار صلابة آخر. ^[1]

مقاييس صلابة الشاطئ للمواد الشائعة

مادة	مقياس صلابة	حجم
مقعد جل للدراجة	15–30	00
علكة	20	00
سوربوثان	30–70	00
شريط مطاطي	25	أ
ختم الباب	55	أ
مداس إطارات السيارات	70	أ
عجلات ناعمة للزلاجات الدوارة ولوح التزلج	78	أ
حلقة هيدروليكية	70–90	أ
حلقة مطاطية هوائية	65–75	أ
عجلات صلبة للزلاجات الدوارة ولوح التزلج	98	أ
مطاط الأبنوس	100	أ
إطارات الشاحنات الصلبة	50	د
خوذة صلبة (عادة ما تكون مصنوعة من مادة البولي إيثيلين عالي الكثافة )	75	د
البلاستيك المصبوب من مادة اليوريثين	80	د

باستخدام صلابة البصمة المرنة الخطية، استنتج جينت ^[7] علاقة بين صلابة ASTM D2240 ومعامل يونج للإيلاستومرات . تأخذ علاقة جينت الشكل حيث هو معامل يونج بالميجا باسكال و هو صلابة ASTM D2240 من النوع أ. $${\displaystyle E={\frac {0.0981(56+7.62336S)}{0.137505(254-2.54S)}},}$$${\displaystyle E}$${\displaystyle S}$

تعطي هذه العلاقة قيمة عند ولكنها تبتعد عن البيانات التجريبية لـ . استنتج ميكس وجياكومين معادلات قابلة للمقارنة لجميع المقاييس الاثني عشر التي تم توحيدها بواسطة ASTM D2240. ^[8]${\displaystyle E=\infty }$${\displaystyle S=100}$${\displaystyle S<40}$

هناك علاقة أخرى تناسب البيانات التجريبية بشكل أفضل قليلاً وهي ^[9] حيث هي دالة الخطأ ، و هي بوحدات باسكال. $${\displaystyle S=100\operatorname {erf} (3.186\times 10^{-4}~E^{1/2}),}$$${\displaystyle \operatorname {erf} }$${\displaystyle E}$

التقدير من الدرجة الأولى للعلاقة بين صلابة ASTM D2240 من النوع D (للمخروط المخروطي بزاوية نصف مخروط 15 درجة) ومعامل المرونة للمادة التي يتم اختبارها هو ^[10] حيث هي صلابة ASTM D2240 من النوع D، و هي بوحدة ميجا باسكال. $${\displaystyle S_{\text{D}}=100-{\frac {20(-78.188+{\sqrt {6113.36+781.88E}})}{E}},}$$${\displaystyle S_{\text{D}}}$${\displaystyle E}$

هناك علاقة خطية نيو هوكية أخرى بين قيمة صلابة ASTM D2240 ومعامل مرونة المادة لها الشكل ^[10] حيث هي صلابة ASTM D2240 من النوع A، وهي صلابة ASTM D2240 من النوع D، وهي معامل يونج بالميجا باسكال. $${\displaystyle \log _{10}E=0.0235S-0.6403,\quad S={\begin{cases}S_{\text{A}}&{\text{for}}~20<S_{A}}<80,\\S_{\text{D}}+50&{\text{for}}~30<S_{D}}<85,\end{cases}}}$$${\displaystyle S_{\text{A}}}$${\displaystyle S_{\text{D}}}$${\displaystyle E}$

• براءة اختراع أمريكية رقم 1770045، AF Shore، "جهاز لقياس صلابة المواد"، صدرت في 1930-07-08 
• براءة اختراع أمريكية رقم 2421449، JG Zuber، "أداة قياس الصلابة"، صدرت في 1947-06-03 

• اختبار صلابة برينيل
• بلوم (اختبار)
• اختبار صلابة كنوب
• اختبار صلابة الارتداد ليب
• اختبار صلابة روكويل
• اختبار صلابة فيكرز

• جدول المقارنة
• دليل مرجعي
• RAsteryaev Ю.K.، Agalьцов Г.Н. Связь меду твёдостью и MODULEMLEM UPRUGOSTIS RESIN (الاتصال بين الصلابة ومعامل اللثة)
• محول صلابة الشاطئ