العلاقة بين وحدات برينل وروكويل وفيكرز لقياس الصلابة (نظام الصلابة)

تُعدّ طريقة قياس الصلابة بالضغط، مثل صلابة برينل، وصلابة روكويل، وصلابة فيكرز، والصلابة المجهرية، الأكثر استخدامًا في الإنتاج. وتمثل قيمة الصلابة المُقاسة مقاومة سطح المعدن للتشوه اللدن الناتج عن دخول أجسام غريبة.

فيما يلي مقدمة موجزة عن وحدات قياس الصلابة المختلفة:

1. صلابة برينل (HB)

اضغط كرة فولاذية صلبة ذات حجم معين (قطرها عادةً 10 مم) على سطح المادة بحمل معين (عادةً 3000 كجم) واتركها لفترة من الزمن. بعد إزالة الحمل، تكون نسبة الحمل إلى مساحة الانبعاج هي قيمة صلابة برينل (HB)، بوحدة كيلوغرام قوة/مم² (نيوتن/مم²).

2. صلابة روكويل (HR)

عندما تكون قيمة صلابة برينل (HB) أكبر من 450 أو عندما تكون العينة صغيرة جدًا، لا يمكن استخدام اختبار صلابة برينل، ويُستعاض عنه بقياس صلابة روكويل. يستخدم هذا الاختبار مخروطًا ماسيًا بزاوية رأس 120 درجة أو كرة فولاذية بقطر 1.59 مم و3.18 مم للضغط على سطح المادة المراد اختبارها تحت حمل معين، وتُقاس صلابة المادة من عمق الانبعاج. ويمكن التعبير عن صلابة المادة المختبرة بثلاثة مقاييس مختلفة:

HRA: هي الصلابة التي يتم الحصول عليها باستخدام حمل 60 كجم ومخروط ماسي، وتستخدم للمواد ذات الصلابة العالية للغاية (مثل الكربيد الملبد، وما إلى ذلك).

HRB: هي الصلابة التي يتم الحصول عليها باستخدام حمل 100 كجم وكرة فولاذية صلبة قطرها 1.58 مم. تُستخدم هذه الوحدة للمواد ذات الصلابة المنخفضة (مثل الفولاذ المُلدّن، والحديد الزهر، وما إلى ذلك).

HRC: هي الصلابة التي يتم الحصول عليها باستخدام حمل 150 كجم ومخروط ماسي، وتستخدم للمواد ذات الصلابة العالية (مثل الفولاذ المقوى، وما إلى ذلك).

3 صلابة فيكرز (HV)

استخدم رأس ضغط مخروطي مربع من الماس بحمل أقل من 120 كجم وزاوية رأس 136 درجة للضغط على سطح المادة، واقسم مساحة سطح حفرة الضغط على قيمة الحمل، وهي قيمة صلابة فيكرز HV (كجم/مم2).

بالمقارنة مع اختبارات صلابة برينل وروكويل، يتميز اختبار صلابة فيكرز بالعديد من المزايا. فهو لا يتقيد بشروط محددة للحمل (P) وقطر رأس الاختبار (D) كما هو الحال في اختبار برينل، ولا يعاني من مشكلة تشوه رأس الاختبار؛ كما أنه لا يعاني من مشكلة عدم توحيد قيمة صلابة روكويل. ويمكنه اختبار أي مواد، سواء كانت لينة أو صلبة، مثل روكويل، كما أنه يتفوق على روكويل في اختبار صلابة الأجزاء (أو الطبقات) الرقيقة للغاية، وهو ما لا يمكن تحقيقه إلا من خلال صلابة سطح روكويل. ولكن حتى في ظل هذه الظروف، لا يمكن مقارنته إلا ضمن نطاق روكويل، ولا يمكن توحيده مع مستويات الصلابة الأخرى. إضافةً إلى ذلك، ولأن روكويل يستخدم عمق الانضغاط كمؤشر للقياس، ولأن عمق الانضغاط يكون دائمًا أصغر من عرض الانضغاط، فإن خطأه النسبي يكون أكبر. لذلك، فإن بيانات صلابة روكويل ليست مستقرة مثل بيانات برينل وفيكرز، وبالتأكيد ليست مستقرة مثل دقة فيكرز.

توجد علاقة تحويل معينة بين برينل وروكويل وفيكرز، وهناك جدول علاقة تحويل يمكن الاستعلام عنه.