سختی فلز (Metal Hardness) یکی از ویژگی‌های فلزات است که نشان می‌دهد این ماده چقدر در برابر تغییر شکل، مقاومت می‌کند. به راحتی می‌توان فرض کرد که همه فلزات سخت هستند، اما برخی مانند جیوه، که در دمای اتاق مایع است و حتی مقدار سختی هم ندارد، و همچنین فلز سدیم، وجود دارند که می‌توانید آن‌ها را با چاقوی آشپزخانه نیز برش دهید. چندین مقیاس و سیستم مختلف وجود دارد که سختی فلز را اندازه‌گیری می‌کند. در این مقاله با صباپروفیل همراه باشید تا به بررسی کلی این سیستم‌های اندازه‌گیری بپردازیم.
فهرست مطالب
منظور از سختی یک فلز چیست؟
در علم مواد، سختی (Hardness)، توانایی مقاومت در برابر فرورفتگی سطح و خراش است. سختی از نقطه نظر مهندسی مهم است زیرا مقاومت در برابر سایش ناشی از اصطکاک یا فرسایش به طور کلی با سختی افزایش می‌یابد.
سختی فلز مشخصه‌ای است که سایش سطح و مقاومت سایشی را تعیین می‌کند. توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر فرورفتگی در اثر ضربه به سختی و همچنین شکل پذیری یک ماده مرتبط است.
روش‌ها و آزمایش‌های مختلفی برای به دست آوردن سختی فلزات وجود دارند که هر کدام به طریقی این کار را انجام می‌دهند. در ادامه چند نمونه از این روش‌ها مورد بررسی بیشتر قرار خواهند گرفت.
مقیاس سختی موس
در مورد سختی، اکثر مردم با مقیاس سختی موی (Mohs) آشنا هستند. این مقیاس در سال 1812 توسط زمین شناس و کانی شناس آلمانی فردریش موهس (1839-1773) ایجاد شد. این سیستم سختی را بر اساس سایش سطح تعیین می‌کند. ایده پشت مقیاس سختی Mohs بسیار ساده است. خراش دادن یک ماده با مواد دیگر. اگر ماده A بتواند ماده B را خراش دهد، ماده A سخت‌تر از B است. این مقیاس تقریباً به طور انحصاری برای مواد معدنی و سنگ‌های قیمتی استفاده می‌شود، اما می‌تواند برای فلزات نیز اعمال شود.
| نام فلز | سختی (Mohs) |
| سدیم | 0.5 |
| سرب | 1.5 |
| قلع | 1.5 |
| آلومینیوم | 2.75 |
| مس | 3.0 |
| برنز | 3.0 |
| برنج | 3.0 |
| آهن | 4.0 |
| فولاد | 4.0 |
| کبالت | 5.0 |
| تیتانیوم | 6.0 |
| تنگستن | 7.5 |
| کاربید تنگستن | 9.0 |
مقیاس سختی راکول
روش سختی راکول (Rockwell hardness) دو فرورفتگی ایجاد شده در یک ماده را با هم مقایسه می‌کند. آزمایش راکول عمق نفوذ یک فرورفتگی را تحت یک بار بزرگ (بار اصلی) در مقایسه با نفوذ ایجاد شده توسط یک پیش بار (بار جزئی) اندازه‌گیری می‌کند. ویژگی منحصر به فرد مقیاس راکول این است که به صورت خطی با مقاومت کششی مواد همبستگی دارد. سختی راکول به طور کلی برای مواد سخت‌تر محفوظ است.
| نام فلز | سختی (Rockwell) |
| سدیم | – |
| سرب | 5 |
| قلع | – |
| آلومینیوم | 20 – 25 |
| مس | 10 |
| برنز | 42 |
| برنج | 55 |
| آهن | 86 |
| فولاد | 60 |
| کبالت | 70 |
| تیتانیوم | 80 |
| تنگستن | 66 |
| کاربید تنگستن | 75 |
مقیاس سختی برینل
مقیاس سختی برینل (Brinell hardness) یک معیار پذیرفته شده برای سنجش سختی در مواد است. این شامل فشار دادن یک توپ فولادی (یا کاربید تنگستن برای مواد سخت‌تر) به قطعه آزمایشی با نیروی ثابت و شناخته شده است. هرچه مواد نرم‌تر باشند، توپ به عمق بیشتری نفوذ می‌کند و بالعکس. مرحله بعدی اندازه‌گیری قطر قالب حاصل است و به دنبال آن یک محاسبه، معمولاً بر حسب مگا پاسکال، برای تعیین مقیاس سختی برینل است. مقادیر معمولی سختی برینل برای چند ماده و فلز رایج به شرح زیر است:
| نام فلز | سختی (Brinell) |
| سدیم | 0.69 |
| لید | 5.0 |
| قلع | 62 |
| آلومینیوم | 15 |
| مس | 35 |
| آهن | 200-1180 |
| استیل | 120 |
| کبالت | 1265 |
| تیتانیوم | 716-2700 |
| تنگستن | 2000-4000 |
| الماس | 8000 |
مقیاس سختی ویکرز
مقیاس سختی ویکرز (Vickers hardness) از یک الماس هرمی شکل مربعی برای تحت تأثیر قرار دادن مواد استفاده می‌کند. سپس برداشت اندازه‌گیری می‌شود. اندازه قالب تعیین می‌کند که تا چه اندازه به داخل ماده فشار داده شده است. سپس فرمولی برای تعیین سختی مواد اعمال می‌شود.
یک مزیت در اینجا این است که اندازه‌گیری عرض یک قالب مربع بسیار ساده‌تر از یک دایره است. این به این معنی است که برخلاف بسیاری از روش‌های دیگر، می‌توانید از فرمول یکسان (بدون توجه به اندازه فرورفتگی) و همچنین از یک فرورفتگی برای همه انواع مواد استفاده کنید.
| نام فلز | سختی (Vickers) |
| آلومینیوم | 160-350 |
| مس | 343-369 |
| برنز | 250 |
| آهن | 608 |
| کبالت | 1043 |
| تیتانیوم | 830-3420 |
| تنگستن | 3430-4600 |
| کاربید تنگستن | 2600 |
چالش های اندازه گیری سختی فلز
سختی یک ویژگی ذاتی مواد نیست. این یعنی چی؟ برخلاف نقطه ذوب، سختی می‌تواند از یک نمونه ماده به نمونه دیگر تغییر کند. این امر به ویژه برای فلزی مانند آهن که می‌تواند به اشکال مختلف ظاهر شود، صادق است. به این ترتیب، روش‌های مختلف، نتایج متفاوتی را برای یک ماده ایجاد می‌کنند. مشاهده نابرابری در مقادیر سختی فلز در اینترنت غیر معمول نیست. بسیاری از مقادیر سختی فلز تحت این آزمایش‌های مختلف همیشه منتشر یا حتی در دسترس نیستند.
باید توجه داشته باشیم که جداول تبدیل موجود است که می‌توان از آن‌ها برای تبدیل بین یک روش مقیاس سختی به روش دیگر استفاده کرد. دیگر تست‌های سختی برجسته که در اینجا به طور مشخص ذکر نشده‌اند شامل مقیاس‌های سختی Knoop و سختی Shore می‌شوند.
مقالات در گروه صبا | نویسنده : امید مرادی | بروزرسانی : 7 خرداد 1402
