به توانایی مقاومت یک ماده در برابر تغییر شکل، نفوذ، خراش و فرورفتگی، سختی می‌گویند. یعنی اگر دو ماده داشته باشیم و نیرویی را تحت شرایطی یکسان به آن‌‌ها وارد کنیم ماده‌ای که سختی کمتری دارد خراش، فرورفتگی، نفوذ یا تغییر شکل بیشتری را تجربه می‌کند. نتیجه‌ی این آزمایش به ما نشان می‌دهد که ماده مورد نظر برای استفاده در چه کاربردی مناسب‌تر می‌باشد. به همین دلیل است که سختی به عنوان یکی از مهمترین پارامترها در مهندسی به شمار می‌رود.

به دست آوردن میزان سختی مواد مختلف از طریق آزمونی به نام تست سختی انجام می‌گیرد. این تست به شما نشان خواهد داد که ماده مورد نظر شما در برابر میزان نیرویی معین مقاومت می‌کند یا خیر. در نتیجه شما می‌توانید درباره استفاده کردن از آن ماده تصمیم‌گیری کرده و از سلامت و کیفیت تولیداتتان اطمینان حاصل نمایید. تست سختی انواع گوناگونی دارد که از مهمترین آن‌ها می‌توان به تست‌های سختی موهس، راکول، ویکرز و برینل اشاره کرد. در این مقاله قصد داریم با روش آزمون سختی برینل (به انگلیسی Brinell hardness)  آشنا شده و به معرفی کامل آن بپردازیم. پس در ادامه با ما همراه باشید تا باهم به بررسی ابعاد مختلف تست سختی برینل بپردازیم.

سختی برینل چیست؟

همان‌طور که گفتیم برای آزمایش سختی، روش‌های گوناگونی وجود دارد که یکی از متداول‌ترین، قدیمی‌ترین و مهمترین آن‌ها روش تست سختی برینل است. در این تست که در سال 1900 میلادی و توسط مهندسی سوئدی به نام یوهان آگوست برینل ارائه شد، سختی فلز را با اندازه‌گیری فرورفتگی ایجاد شده توسط یک فرورونده به دست می‌آوریم. به طور کلی هرچه ماده نرم‌تر باشد فرورفتگی عمیق‌تری ایجاد خواهد شد و هرچه ماده سخت‌تر باشد فرورفتگی کم عمق‌تری را خواهیم داشت.

روش کلی این تست به این صورت است که جسمی معین را به عنوان فرورونده برای مدت مشخصی (که معمولا 10 الی 30 ثانیه می‌باشد) روی سطح ماده فشار می‌دهیم. این کار باعث می‌شود تا نیروی مشخصی از طریق جسم فرورونده به ماده منتقل شود. پس از اعمال نیروی لازم در زمان مشخص‌شده فرورفتگی را در ماده مشاهده می‌کنیم. با اندازه‌گیری این فرورفتگی توسط دستگاه‌های اندازه‌گیری مخصوص و یک میکروسکوپ نوری به سختی ماده می‌رسیم.

 

 

آزمون سختی برینل، روشی است برای اندازه‌گیری سختی مواد با استفاده از فشار توپ فولادی.

 

 

به طور دقیق‌تر برای سختی سنجی برینل از فرورونده‌ای مثل ساچمه فولادی که به طور معمول 10 میلی‌متر قطر دارد استفاده کرده و نیرویی در حدود  500 الی 3000 کیلوگرم را بر ماده اعمال می‌کنیم. این اعمال نیرو که اغلب به مدت 30 ثانیه روی ماده انجام می‌شود باعث ایجاد یک فرورفتگی‌ خواهد شد. در نهایت با استفاده از فرمول‌های این روش و اندازه‌گیری قطر این فرورفتگی به میزان سختی ماده دست پیدا می‌کنیم. البته توجه به این نکته هم از اهمیت زیادی برخوردار است که به دلیل بزرگ بودن سطح اثر در این روش، اغلب از نمونه‌های ضخیم برای تست استفاده می‌شود.

سختی برینل

تاریخچه تست سختی برینل

آزمایش سختی برینل در سال 1900 میلادی و توسط مهندسی سوئدی به نام یوهان آگوست برینل ابداع شد. پیش از ارائه شدن تست برینل، روش‌هایی برای تست سختی وجود داشت که محدود به نوع خاصی از ماده بوده و برای همه اهداف صنعتی مناسب نبودند. به همین دلیل برینل به فکر ایجاد تستی افتاد که برای طیف وسیعی از مواد از جمله فلزات و آلیاژهای آن کاربرد داشته باشد. علاوه بر این او به دنبال آزمایشی بود که انجام آن ساده بوده و قابل اجرا برای مواد نرم و سخت باشد. رسیدن به این هدف کار ساده‌ای نبود و برینل برای رسیدن به آن انواع زیادی از بارها و جسم‌های فرورونده را آزمایش کرد. در نهایت به این نتیجه رسید که از یک توپ فولادی سخت‌‌ شده به عنوان جسم فرورونده استفاده کند. این توپ فولادی باعث ایجاد یک فرورفتگی گرد بر روی سطح ماده می‌شد.

برینل پس از تکمیل آزمایش خود و در سال 1900 میلادی روش تست برینل را در مقاله‌ای با عنوان سختی فولاد منتشر کرد. او در این مقاله “روش آزمایش”، “مفهوم تقسیم بار اعمال شده بر سطح فرورفتگی برای به دست آوردن عدد سختی” و همچنین “مزایای این روش نسبت به تست‌های سختی دیگر” را توضح داد. چیزی نگذشته بود که روش سختی‌سنجی برینل به رسمیت شناخته شد و به طور گسترده‌ای در جوامع متالورژی و مهندسی پذیرفته شد.

با گذر زمان تست سختی برینل دستخوش اصلاحات و استانداردسازی‌ها شده و توسعه استاندارهای مختلف ملی و بین‌المللی را حاصل شد. کم کم این روش به روشی ضروری و پرکاربرد برای اندازه‌گیری سختی موادی مثل فلزات تبدیل شد و نقش بسزایی را در کنترل کیفیت و انتخاب مواد ایفا کرد. تا جایی که امروزه روش برینل به یکی از پرکاربردترین روش‌های تست سختی تبدیل شده و جدا کردن آن از صنایع گوناگون ناممکن شده است.

روش انجام تست برینل

همان‌طور که گفتیم تست سختی برینل روشی پرکاربرد برای تعیین سختی انواع مواد و به ویژه فلزات می‌باشد. این آزمایش از مراحل گوناگونی تشکیل شده که در ادامه به شرح این مراحل خواهیم پرداخت:

آماده شدن برای تست

پیش از شروع آزمون سختی برینل نیاز به انجام اقداماتی می‌باشد که انجام نشدنشان می‌تواند باعث ایجاد خطا در طول تست شود. یکی از این کارها آماده کردن سطح ماده می‌باشد. برای این کار باید ماده را بررسی کرده و از مسطح بودن و عدم وجود زبری و آلودگی در سطح آن اطمینان حاصل کنیم. یعنی باید سطح ماده را تمیز کرده و در صورت وجود اعوجاج یا زبری آن‌ها را رفع کنیم. علاوه بر این توجه به این نکته از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است که از سالم بودن و درست کار کردن دستگاه تست برینل اطمینان حاصل کرده و از ایجاد خطا توسط آن جلوگیری کنیم.

انجام مراحل اصلی تست

  1. تعیین نیرو: در مرحله اول بر اساس ماده‌ی مورد آزمایش میزان نیرو را مشخص می‌کنیم. این نیرو به طور معمول بر حسب کیلوگرم – نیرو (kgf) یا نیوتن (N) مشخص می‌شود.
  2. انتخاب فرورونده: در این مرحله جسم فرورونده را انتخاب می‌کنیم که به طور معمول توپی فولادی با قطر 1 الی 10 میلی‌متر می‌باشد.
  3. اعمال بار: فرورونده روی ماده‌ی مورد آزمایش قرار گرفته و به تدریج فشار را اعمال می‌کند. این اتفاق برای مدت زمانی معین که اغلب بین 10 تا 30 ثانیه می‌باشد انجام می‌شود.

اندازه‌گیری فرورفتگی

پس از اینکه نیروی لازم برای مدت زمان مشخصی به ماده وارد شد جسم فرورونده را از ماده جدا کرده و فرورفتگی ایجاد شده را بررسی می‌کنیم. برای این کار با استفاده از یک میکروسکوپ تخصصی برینل یا یک سیستم اندازه‌گیری نوری، قطر این فرورفتگی را اندازه‌گیری می‌کنیم. البته نباید فراموش کرد که قطر فرورفتگی را در دو جهت عمود بر فروفتگی اندازه‌گیری می‌کنیم تا از بروز خطا در نتیجه تست جلوگیری شود.

محاسبه سختی

برای محاسبه سختی ابتدا باید با استفاده از قطر فرورفتگی مساحت سطح آن را اندازه بگیریم. سپس با تقسیم بار اعمال شده روی جسم بر سطح فرورفتگی به دست آمده، عدد سختی برینل را تعیین کرده و به میزان سختی ماده می‌رسیم.

دستگاه تست سختی برینل

تست برینل با استفاده از دستگاه‌ها و تجهیزات مختلفی انجام می‌شود که اصلی‌ترین آن‌ها به دستگاه تست سختی برینل معروف است. این دستگاه شامل یک سیستم بارگیری است که از اجزایی مثل صفحات و سندان، وزنه‌ها، داشپات هیدرولیک و پیستون محصور شده در بدنه دستگاه تشکیل شده است. ماده‌‌ی مورد آزمایش، روی سندان دستگاه محکم می‌شود. پس از آن با استفاده از اهرم توپ کروی فرورونده با نیرویی از پیش تعیین شده روی ماده فرود می‌آید. مقدار نیرو بسته به نرم یا سخت بودن ماده از 1 کیلوگرم تا 3000 کیلوگرم قابل تغییر می‌باشد. به طور معمول برای مواد غیرآهنی از نیروی 500 کیلوگرمی و برای فولادها و چدن‌ها از نیروی 3000 کیلوگرمی استفاده می‌شود.

قطر فرورونده‌های استفاده شده در دستگاه سختی سنج برینل نیز می‌تواند متفاوت باشد. قطرهای معمول آن عبارتند از 1، 2.5، 5 و 10 میلی‌متر که بسته به جنس ماده‌ی مورد آزمایش از آن‌ها استفاده می‌شود. در نهایت با اندازه‌گیری فرورفتگی‌ ایجاد شده توسط فرورونده‌ی دستگاه و قرار دادن مقدار آن در فرمول برینل، به عدد سختی ماده دست پیدا می‌کنیم.

دستگاه تست سختی برینل

فرمول برینل

پس از اندازه‌گیری پارامترهای مورد نیاز باید آن‌ها را در فرمول قرار دهیم تا عدد سختی برینل را به دست آوریم. البته چون ممکن است فرورفتگی ایجاد شده کاملا کروی نباشد از میانگین قطرهای عمود برهم استفاده می‌کنیم. این فرمول به شکل زیر می‌باشد:

HBW= 2P/ΠD(D—√D2—d2)

اصطلاح HBW مخفف Hardness Brinell Wolfram Carbide می‌باشد که در آن منظور از کاربید ولفرام همان کاربید تنگستن است. این عبارت در واقع بر استفاده از توپ‌های کاربید تنگستن تاکید می‌کند و برای این جنس از فرورونده کارایی دارد. هرچند که سختی برینل فرمول ثابتی دارد و در صورت وجود فرورونده‌ای با جنس متفاوت هم کلیت آن تغییر نکرده و نهایتا عدد ثابتی به آن اضافه خواهد شد.

استانداردهای آزمون برینل

برای آزمون‌های سختی مختلف استاندارهای گوناگونی تعریف شده و به نوعی مهر تاییدی بر آن‌ها می‌زنند. تست سختی برینل هم از این موضوع مستثنا نبوده و شامل استاندارهای زیر می‌شود:

  1. ASTM E10: این استاندارد به دستورالعمل‌های مربوط به تجهیزات و اجرای آزمون سختی سنجی به روش برینل در مواد فلزی می‌پردازد. همان‌طور که در مقاله “استاندارد ASTM و کاربرد آن در صنعت فولاد” هم به آن اشاره کردیم ASTM توسط انجمن مواد و آزمون آمریکا (که در سال ۱۸۹۸ میلادی تاسیس شد) ارائه شده است.
  2. ISO 6506: یکی از مراجع انجام آزمون سختی سنجی برینل بر روی قطعات فلزی استاندارد ISO 6506 است. این استاندارد در ۴ پارت روش آزمون، تصدیق و کالیبراسیون دستگاه انجام آزمون، کالیبراسیون قطعات مرجع و جدول اندازه سختی منتشر شده است.
  3. JIS Z 2243: استاندارد JIS استاندارد صنعتی ژاپن (Japanese Industrial Standards) است که به وسیله وزارت خانه‌های صنعتی مربوطه تحت عنوان ضابطه استاندارد سازی صنعتی اعلام و در سال 1949 میلادی به طور رسمی به عنوان استاندارد صنعتی ژاپن معرفی شد. بخشی از این استاندارد که با JIS Z 2243 نشان داده می‌شود شامل تست سختی برینل شده و دستورالعمل‌های این آزمایش را شرح داده است.

مقیاس سختی برینل

در تست برینل هر ماده‌، میزان قطر فرورونده و نیروی وارد شده با هم تناسب دارند. بنابراین با داشتن این دو مولفه می‌توانیم بازه احتمالی عدد سختی نهایی را به دست آوریم. در جدول زیر بخشی از مقیاس‌های سختی برینل را در بازه‌های عددی مختلف مشاهده می‌کنیم:

 

مقیاس برینل (قطر گلولهmm  / نیرو kgf ) 10

3000

 10

1500

 10

1000

 10

500

 10

250

 10

125

 10

100

 5

750

 5

250

 5

125

 5

62.5

 5

31.25

 5

25
نسبت نیرو به قطر2 30 15 10 5 2.5 1.25 1 30 10 5 2.5 1.25 1
نیروی آزمایش (N) 29420 14710 9807 4903 2452 1226 980.7 7355 2452 1226 612.9 306.5 245.1
محدوده سختی 95.5 تا 650 47.7 تا 327 31.8 تا 218 15.9 تا 109 7.96 تا 54.5 3.98 تا 27.2 3.18 تا 21.8 95.5 تا 650 31.8 تا 218 15.9 تا 109 7.96 تا 54.5 3.98 تا 27.2 3.18 تا 21.8

تفاوت سختی راکول و برینل

تست‌های سختی راکول و برینل هر دو روش‌های پرکاربردی برای اندازه‌گیری سختی مواد (به ویژه فلزات) هستند. اما در روش‌ آزمایش، نوع فرورنده و… با هم تفاوت‌هایی را دارند. در ادامه برخی از این تفاوت‌ها را باهم بررسی می‌کنیم:

1- نوع فرورونده

در تست سختی برینل برای جسم فرورونده از یک توپ سخت‌شده‌ از جنس فولاد یا کاربید تنگستن استفاده می‌شود. قطر این توپ بسته به جنس ماده و اندازه فرورفتگی مورد انتظار از 1 تا 10 میلی‌متر متغیر است. اما در تست سختی راکول این گونه نبوده و از انواع مختلفی از فرورونده‌ها استفاده می‌شود. به طور مثال در مقیاس راکول C از یک الماس مخروطی و در راکول B از یک توپ کروی فولادی به عنوان جسم فرورونده استفاده می‌شود.

2- میزان فرورفتگی

در آزمون سختی برینل به طور معمول از توپی با قطر 10 میلی‌متر استفاده کرده و فرورفتگی بزرگ و قابل مشاهده‌ای را به جا می‌گذاریم. اما در تست راکول فرورفتگی کوچکتری ایجاد شده و حتی امکان حذف فرورفتگی هم به راحتی وجود دارد.

3- روش آزمون

مراحل و روش دو آزمون برینل و راکول با هم متفاوت است. همانطور که می‌دانید در روش برینل بار مشخصی را برای مدت زمان مشخصی بر جسم مورد آزمایش وارد می‌کنیم. سپس قطر فرورفتگی ایجاده شده را با استفاده از میکروسکوپ نوری یا تجهیزات اندازه‌گیری تخصصی اندازه می‌گیریم. اما در تست راکول ابتدا بار جزئی و سپس بار اصلی را وارد کرده و از مقایسه این دو فرورفتگی سختی را به دست می‌آوریم.

 4- حساسیت به زبری سطح

تست برینل ممکن است به زبر بودن سطح حساس باشد و برای به دست آوردن نتایج دقیق در آن نیاز به آماده‌سازی کامل سطح داشته باشیم. اما در آزمون راکول به دلیل کوچکتر بودن فرورفتگی‌ها حساسیت کمتری را مشاهده می‌کنیم.

5- هزینه و سرعت

به طور کلی تست سختی برینل نسبت به تست راکول هزینه بالاتری داشته و مدت زمان بیشتری را برای انجام تست صرف می‌کند. بنابراین تست راکول از لحاظ هزینه و سرعت بر تست برینل برتری دارد.

تبدیل سختی راکول به برینل

همان‌طور که گفته شد یکی دیگر از پرکاربردترین و رایج‌ترین تست‌های مورد استفاده برای آزمایش سختی مواد تست راکول می‌باشد. تستی که در آن ابتدا یک بار جزئی را وارد کرده و سپس بار اصلی لحاظ می‌شود. در نهایت با مقایسه دو فرورفتگی ایجاد شده میزان سختی راکول به دست می‌آید. اما گاهی نیاز به تبدیل این مقدار به عدد معادل آن در سختی برینل می‌باشد. این کار هم برای مقایسه دو آزمون و هم برای انتخاب مواد مصرفی صنایع کمک‌کننده بزرگی محسوب شده و باعث افزایش سرعت فرایندهای پیش تولید آن‌ها شده است. در جدول زیر به بررسی تبدیل حدودی برخی از مقادیر در این دو معیار می‌پردازیم.

 

سختی برینل – بار 3000kg – قطر توپ فرورونده 10mm سختی راکول (HRC) – 150 کیلوگرم راکول (HRB) – 100 کیلوگرم
534 54 120
513 53 116
504 52 118
486 51 118
469 50 117
468 49 117
456 48 116
445 47 115
430 46 115
419 45 114
415 44 114
402 43 114
388 42 113
375 41 112
373 40 111
360 39 111
348 38 110
341 37 109
331 36 109

 

همان‌طور که در جدول هم مشخص است رابطه سختی راکول و برینل رابطه مستقیمی است و هرچه میزان سختی برینل کاهش پیدا کند از میزان سختی راکول هم کاسته می‌شود.

مزایای آزمون برینل

تست سختی برینل از مزیت‌های زیادی برخوردار است که باعث شده‌اند این آزمون به رایج‌ترین آزمون تست سختی تبدیل شود. در ادامه به بررسی برخی از این مزایا می‌پردازیم.

مناسب بودن برای مواد نرم

اکثر تست‌ها برای مواد نرم مناسب نبوده و فقط برای مواد سخت کاربرد دارند. اما تست برینل با دقت بسیار بالایی که دارد برای مواد نرم هم مناسب می‌باشد.

میانگین اندازه‌گیری سختی

مواد گوناگون در نقاط مختلف سطحشان دارای میزان سختی متفاوتی می‌باشند. این موضوع باعث می‌شود تا حتی با انجام آزمون سختی هم مقدار درستی از سختی آن به دست نیاید. اما در تست برینل به دلیل بزرگ بودن منطقه مورد آزمایش، مقدار متوسطی از منطقه‌ای بزرگ از ماده به دست می‌آید. این اتفاق باعث می‌شود تا میزان سختی به دست آمده نسبت به روش‌های دیگر قابل اعتمادتر باشد.

ساده بودن

همان‌طور که گفتیم روش تست برینل یکی از ساده‌ترین روش‌های تست سختی می‌باشد. این روش به اندازه‌ای ساده است که شامل تنها 3 مرحله اعمال بار، اندازه‌گیری فرورفتگی و محاسبه مقدار سختی ماده می‌شود. تجهیزات و سیستم‌های آن هم به گونه‌ای است که امکان انجام آن توسط دستگاه‌های دستی‌‌ای مثل سختی سنج برینل رومیزی هم امکان‌پذیر می‌باشد.

استاندارد بودن

آزمون برینل توسط استانداردهای معتبر بین‌المللی پشتیبانی می‌شود. این استانداردها دستورالعمل‌های انجام آزمایش را ارائه داده و از سازگاری آن‌ها در آزمایشگاه‌ها و صنایع مختلف اطمینان حاصل می‌کنند. این موضوع باعث شده تا این روش تست سختی قابل اعتماد بوده و امکان انجام آن در صنایع حساس نیز فراهم باشد.

تطبیق‌پذیری

تست برینل نه تنها برای مواد نرم که برای طیف وسیعی از مواد مختلف مناسب می‌باشد. این طیف شامل مواد نرم با اعداد سختی بسیار پایین، تا مواد سخت با مقادیر سختی بسیار بالا شده و امکان سختی‌سنجی اکثر مواد را ایجاد می‌کند.

این‌ موارد تنها چند نمونه از مزایای تست سختی برینل بودند. این مزایا باعث شده‌اند تا این تست به یکی از پرکاربردترین تست‌های سختی تبدیل شده و در اکثر صنایع مورد استفاده قرار گیرد.

معایب تست سختی برینل

روش آزمایش سختی برینل هم مانند تمام روش‌های دیگر، در کنار تمام مزایایی که دارد محدودیت‌ها و معایب مخصوص به خود را نیز دارا می‌باشد. در ادامه به برخی از این معایب و محدودیت‌ها می‌پردازیم.

بزرگ بودن اندازه فرورفتگی

اندازه بزرگ فرورفتگی ایجاد شده در کنار این که یک مزیت محسوب می‌شود از زاویه‌ای دیگر می‌تواند یک محدودیت نیز باشد. چرا که بزرگ بودن فرورفتگی علاوه بر این که باعث می‌شود تا انجام این تست برای مواد نازک غیرممکن شود، مواد تست شده را نیز غیر قابل استفاده می‌کند. در حالی که اگر این فرورفتگی بزرگ نمی‌بود امکان استفاده از قطعه از بین نمی‌رفت.

آماده سازی سطح

یکی از مواردی که دقت آزمایش برینل به آن بستگی دارد آماده‌سازی سطح ماده می‌باشد. هرگونه اعوجاج، آلودگی و ناهمواری‌ای در سطح می‌تواند بر فرورفتگی ایجاد شده اثر گذاشته و منجر به نتایج نادرستی شود. دستیابی به یک سطح سالم و مناسب می‌تواند زمانبر بوده و تجهیزات و تکنیک‌های تخصصی‌ای را شامل شود.

دقت پایین

هرچند که تست برینل یکی از رایج‌ترین تست‌های سختی می‌باشد اما دقت فوق‌العاده‌ای ندارد. چرا که ممکن است به دلیل استفاده از ابزارهای نوری خطاهایی در اندازه‌‌گیری فرورفتگی به وجود بیاید.

محدودیت در مواد بسیار سخت

همان‌طور که می‌دانید تست سختی برینل تطبیق‌پذیری خوبی داشته و اکثر مواد را مورد آزمایش قرار می‌دهد. اما مواد بسیار سخت در این بازه جای نگرفته و امکان انجام تست برینل روی آن‌ها وجود ندارد. چرا که بزرگ بودن فرورونده باعث می‌شود تا فرورفتگی لازم در این مواد به وجود نیامده و عملا تست با شکست روبرو شود.

 

هنگام انتخاب روش تست سختی، توجه کردن به این معایب و محدودیت‌ها، از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. بسته به نیازهای خاص ماده مورد آزمایش، ممکن است روش‌های جایگزینی مثل راکول یا ویکرز مناسب‌تر بوده و اندازه‌گیری‌های دقیق‌تر یا حساس‌تری را ارائه دهند.

کاربردهای تست سختی برینل

آزمون سختی برینل به دلیل مزایای گسترده‌ای که دارد در صنایع مختلفی کاربرد داشته و از آن استفاده می‌شود. در ادامه برخی از این کاربردها را بررسی می‌کنیم:

کنترل کیفیت

تست سختی برینل برای اطمینان از برآورده شدن الزامات سختی خاص مواد نقشی حیاتی را در فرایندهای تولید جهت نظارت و کنترل سختی مواد خام و محصولات نهایی ایفا می‌کند. این موضوع باعث می‌شود تا کیفیت و عملکرد محصولات در صنایعی مثل تولید فولاد و ساخت و ساز تضمین شود.

فلزات و آلیاژها

برای تعیین سختی فلزات و آلیاژها در صنعت متالورژی به طور گسترده‌ای از روش آزمون برینل استفاده می‌شود. این آزمون اطلاعات ارزشمندی را در مورد خواص مکانیکی ماده مثل استحکام، مقاومت در برابر سایش و شکل‌پذیری ارائه می‌دهد. این اطلاعات باعث می‌شوند تا در انتخاب مواد، کنترل کیفی و ارزیابی مناسب بودن مواد برای کاربرد مورد نظر عملکرد بهتری را به نمایش بگذاریم.

صنعت خودروسازی و هوافضا

در صنایعی مثل خودروسازی و هوافضا از تست برینل برای کنترل کیفی قطعاتی مثل موتور، چرخ‌دنده‌ها، یاتاقان‌ها و اجزای ساختاری استفاده می‌شود. این موضوع باعث می‌شود تا از کافی بودن سختی مواد مورد استفاده اطمینان حاصل کرده و از ایجاد خسارات احتمالی جلوگیری شود.

جوشکاری و اتصالات

تست سختی برینل برای ارزیابی سختی جوش و مناطق متاثر از حرارت نیز استفاده می‌شود. این موضوع به تعیین یکپارچگی جوش و احتمال ترک‌ خوردگی یا شکستن تحت بار آن کمک می‌کند.

تحقیق و توسعه مواد

از روش آزمایش تست سختی برینل در تحقیق و توسعه مواد برای بررسی اثرات عوامل مختلف بر سختی آن‌ها مانند ترکیب، عملیات حرارتی و عناصر آلیاژی استفاده می‌شود. این اتفاق داده‌های ارزشمندی را برای بهینه‌سازی خواص مواد و توسعه مواد جدید در اختیار محققان قرار می‌دهد.

معدن و ساخت و ساز

در صنایعی مثل معدن و ساخت و ساز برای ارزیابی سختی و مقاومت مواد مورد استفاده در تجهیزات سنگین، ابزار و تجهیزات حفاری از آزمون سختی برینل استفاده می‌شود. این اتفاق باعث می‌شود تا از مقاومت مواد در برابر شرایط عملیاتی سخت، سایش و تغییر شکل اطمینان حاصل شود.

 

جمع‌بندی

همان‌طور که می‌دانید به مقاومت مواد در برابر تغییر شکل سختی گفته می‌شود. این که مواد مورد استفاده در صنایع گوناگون سختی لازم را داشته باشند اصل مهمی است که نیاز به آزمایش دارد. به همین دلیل است که روش‌های تست گوناگونی برای آزمایش این مولفه‌ی مهم به وجود آمدند. یکی از رایج‌ترین و پرکاربردترین این روش‌ها روش تست برینل می‌باشد. برینل شامل ایجاد یک فرورفتگی بزرگ و اندازه‌گیری قطر آن می‌باشد. سادگی، سرعت و هزینه این تست از بزرگترین مزایای آن بوده و باعث شده‌اند تا به طور گسترده‌ای در صنایع گوناگون استفاده شوند.

این روش که در سال 1900 میلادی توسط مهندسی سوئدی به نام یوهان آگوست برینل ابداع شد امروزه به یکی از مهمترین ارکان تولید تبدیل شده است. این روش تست سختی توانسته استانداردهای مهمی مثل ASTM E10، ISO 6506 و JIS Z 2243 را کسب کرده و معتبر بودن خود را به جهانیان ثابت کند. اما باز هم این تست بی نقص نبوده و معایبی مثل نیاز به آماده‌سازی سطح و بزرگ بودن اندازه فرورفتگی را به دوش می‌کشد. با این همه مزایای آن به قدری ارزشمند هستند که باعث شده‌اند تا این تست در صنایع مهمی مثل تولید فولاد، معدن، جوشکاری و هوافضا کاربرد داشته و نقش مهمی را در دنیای ما ایفا کند. به همین دلیل است که این تست با تمام معایب و محدودیت‌هایی که دارد باز هم یکی از بهترین تست‌های سختی در تمام جهان به شمار می‌رود.

 

پرسش و پاسخ

سختی موارد زیر چه مقدار می‌باشد؟

  1. آلومینیوم: عنصر آلومینیوم با نماد شیمیایی Al و عدد اتمی ۱۳ از شکل‌پذیری بالایی برخوردار بوده و جوش‌پذیری نسبتا خوبی را هم دارا می‌باشد. سختی برینل آلومینیوم چیزی در حدود 0.245 بوده و تقریبا نصف آهن می‌باشد.
  2. برنج: آلیاژ برنج ترکیبی از فلز مس و روی بوده و چکش خواری بیشتری از این دو عنصر را دارا می‌باشد. سختی برینل برنج چیزی در حدود 55 الی 73 بوده و جزو فلزات سخت به حساب می‌آید.
  3. چدن خاکستری: این چدن نسبتا ارزان، چکش خوار و بادوام است. سختی برینل چدن خاکستری از 100 الی 300 متغیر بوده و برای استفاده در صنایع گوناگون مناسب می‌باشد.
  4. مس: فلز مس به طور معمول به شکل معدنی یافت شده و در صنایعی مثل برق، پزشکی، ساختمان و کشاورزی کاربرد دارد. میزان سختی برینل مس چیزی در حدود 35 می‌باشد.
  5. فولاد st37: این فولاد یک فولاد سازه ای غیر آلیاژی است که از آن در ساخت ورق سیاه نیز استفاده می‌شود. مقدار سختی برینل فولاد st37 عدد 120 بوده و جزو فلزات سخت محسوب می‌شود.
  6. فولاد st52: این نوع از فولاد کربن بیشتری را نسبت به st37 داشته و به نوعی پرکربن می‌باشد. میزان سختی برینل فولاد st52 معادل 180 بوده و در صنایع سنگین مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تفاوت سختی راکول و ویکرز و برینل چیست؟

اگر بخواهیم تفاوت این سه نوع از تست سختی را بررسی کنیم باید روی مواردی مثل نوع فرورونده، میزان نیرو و سطح قطعه مورد آزمایش متمرکز شویم. در تست برینل جسم فرورونده یک توپ فلزی سخت بوده و سطح قطعه‌ای براق و فلزی مورد نیاز می‌باشد. اما در راکول علاوه بر توپ فلزی می‌توان از الماسی مخروطی نیز استفاده کرد. سطح قطعه در این تست چیزی در حدود 0.8 الی 1.6 می‌باشد. در ویکرز هم نوک فرورونده به صورت هرم چهار وجهی بوده و سطحی بین 0.4 الی 0.8 را نیاز دارد.

مقالات در گروه صبا | نویسنده : امین شاکری | بروزرسانی : 14 تیر 1402