سختی ویکرز چیستهر ماده‌ای در برابر تغییر شکل مقاومتی از خود نشان می‌دهد. مثلا سنگ تا حدی فشار را تحمل می‌کند و پس از آن می‌شکند. پلاستیک فشرده تا میزان نیروی خاصی در مقابل تغییر شکل مقاومت می‌کند و سپس خم می‌شود. به این مقاومت ماده در مقابل هر گونه تغییر شکل را سختی می‌گویند. بنابراین به مجموعه اقداماتی که برای سنجش استحکام، دوام و مقاومت مواد در برابر تغییر شکل انجام می‌شود تست سختی گفته می‌شود. برای این کار روش‌های گوناگونی وجود دارد که یکی از پرکاربردترین‌های آن تست سختی ویکرز می‌باشد. در ادامه به بررسی این روش از تست سختی پرداخته و جوانب آن را بررسی خواهیم کرد.

سختی ویکرز چیست؟

یکی از روش‌های تست سختی که برای اندازه‌گیری سختی مواد استفاده شده و اطلاعات ارزشمندی را در مورد خواص مکانیکی و مقاومت آن‌ها در برابر فرورفتگی ارائه می‌دهد سختی سنجی ویکرز می‌باشد. به طور کلی در این روش با استفاده از یک الماس هرمی شکلی فرورفتگی‌ای را در سطح ماده ایجاد می‌کنیم. سپس با اندازه‌گیری طول‌های مورب فرورفتگی حاصله، سختی ماده را محاسبه می‌کنیم.

به طور دقیق‌تر در اندازه‌گیری سختی ویکرز از یک الماس هرمی شکل با پایه مربع و زاویه راس 136 درجه برای ایجاد فرورفتگی در سطح ماده استفاده می‌کنیم. برای این کار نیروی مشخصی را برای مدت زمانی معین از طریق فرورونده به سطح ماده اعمال می‌کنیم. پس از برداشتن فرورونده، فرورفتگی ایجاد شده را با استفاده میکروسکوپ نوری اندازه می‌گیریم تا طول مورب‌های تشکیل شده تعیین شود. در ادامه با تقسیم میزان بار اعمال شده بر سطح فرورفتگی عدد سختی ویکرز محاسبه می‌شود.

این روش برای اندازه‌گیری سختی موادی با ساختارهای مختلف از جمله فلزات، سرامیک‌ها، پلیمرها و کامپوزیت‌ها مناسب بوده و توانایی اندازه‌گیری مواد بسیار سخت و حتی مواد نرم را نیز دارا می‌باشد. به طور کلی این تست به دقت و تکرار‌پذیری بالایی که دارد شناخته شده و در مواردی مثل کنترل کیفیت، انتخاب مواد، تحقیق و توسعه صنایع مختلف استفاده می‌شود.

تاریخچه سختی ویکرز

داستان سختی ویکرز (به انگلیسی Vickers hardness) از اوایل قرن بیستم میلادی شروع می‌شود. درست زمانی که نیاز به روشی دقیق‌تر و همه کاره‌تر از تست سختی برینل بیش از پیش حس شد. در سال 1924 میلادی دو نفر از اعضای شرکت ویکرز به نام‌های جورج ای سندلند و اسمیت اف اسمیت یک روش تست سختی جدید را ابداع کردند. هدف آن‌ها ایجاد روشی بود که بتواند سختی مواد مختلف سخت و نرم را به دقت اندازه بگیرد. به همین جهت آن‌ها فرورونده‌ای الماسی شکل با پایه مربعی و زاویه 136 درجه را طراحی کرده و نام آن را هرم ویکرز گذاشتند. این فرورونده شکل منحصربه‌فردی داشت که امکان اندازه‌گیری دقیق‌تری را نسبت به روش‌های تست سختی قبلی فراهم می‌کرد.

روش ابداعی ویکرز به این صورت بود که با استفاده از فرورونده الماسی شکل باری را به ماده وارد کرده و پس از مدت زمانی مشخص آن را جدا می‌کردند. سپس با اندازه‌گیری طول دو قطر فرورفتگی ایجاد شده و تقسیم آن بر سطح فرورفتگی، به مقدار سختی ویکرز دست پیدا می‌کردند. این تست از همان ابتدا به دلیل توانایی فوق‌العاده‌اش در دقت اندازه‌گیری سختی برای طیف گسترده‌ای از مواد، بین متالورژیست‌ها محبوب شد. به همین دلیل پس از مدتی از این تست برای بسیاری از صنایع از جمله تولیدات فولاد و فلزات، هوافضا، خودروسازی و آزمایشگاه‌های تحقیقاتی استفاده شد.

پس از گذشت سال‌ها و با پیشرفت فناوری، ماشین‌های تست سختی خودکاری طراحی شدند و کارایی و دقت تست سختی ویکرز را بیش از پیش ارتقا بخشیدند. تا جایی که امروزه میکروسکوپ‌ها و نرم‌افزارهای دیجیتال می‌توانند قطرها را دقیقا اندازه گرفته و محاسبه سختی ویکرز را با سرعت بالایی انجام دهند. همین ویژگی‌ها باعث بیشتر شدن کاربرد این تست در صنایع مختلف شده و آن را به عضوی جدانشدنی از آن‌ها تبدیل کرده است.

اصول سختی ویکرز

بر اساس مباحث مطرح شده می‌توان گفت سختی ویکرز از مجموعه اصولی پیروی می‌کند که بر عمکرد آن حاکم است. این اصول، اندازه‌گیری دقیق و قابل اعتماد سختی را تضمین کرده و صحت انجام مراحل را کنترل می‌کند. در ادامه به بررسی این اصول خواهیم پرداخت:

شکل فرورفتگی

همان‌طور که گفتیم آزمون سختی ویکرز از یک فرورفتگی به شکل الماسی هرمی شکل با پایه مربع و زاویه 136 درجه استفاده می‌کند. این شکل منحصربه‌فرد به اندازه‌گیری دقیق میزان سختی ماده منجر می‌شود. انتخاب الماس به عنوان ماده فرورونده به دلیل سختی و دوام استثنایی آن است که به آن کمک می‌کند دربرابر تغییر شکل مقاومت کند. بنابراین استفاده از فرورونده‌های دیگر در این تست مرسوم نبوده و واجب است که از قالب گفته شده استفاده شود.

بار اعمال شده

در آزمون سختی سنجی ویکرز نیرویی مشخص و کنترل شده را بر روی سطح ماده مورد آزمایش اعمال می‌کنیم. این نیرو بسته به سختی ماده می‌تواند از چند گرم تا چند کیلوگرم متغیر باشد. بار اعمال شده باید با دقت انتخاب شود تا از این که فرورفتگی خیلی عمیق یا خیلی کم عمقی ایجاد نشده باشد اطمینان حاصل شود. چرا که در غیر این صورت ممکن است دقت اندازه‌گیری دچار خطا شده و دیگر قابل اعتماد نباشد.

زمان اعمال نیرو

هنگامی که بار مشخص شده توسط دستگاه سختی ویکرز اعمال می‌شود، باید برای مدت زمان مشخصی ثابت نگه داشته شود. این مدت زمان به ماده اجازه می‌دهد تا تحت تغییر شکل الاستیکی قرار گرفته و از رسیدن فرورفتگی به حالت پایدار و قابل اندازه‌گیری اطمینان حاصل کند. این که این مدت زمان چقدر باشد به ماده مورد آزمایش بستگی داشته و به طور معمول چند ثانیه طول خواهد کشید.

اندازه‌گیری فرورفتگی

پس از برداشتن نیرو، فرورفتگی ایجاده شده را با استفاده از میکروسکوپ نوری مجهز به چشمی مدرج یا سیستم اندازه‌گیری خودکار اندازه می‌گیریم. قطرهای فرورفتگی اندازه‌گیری شده و از آن‌ها برای تعیین مقدار سختی ویکرز استفاده می‌شود.

محاسبه سختی

عدد سختی ویکرز (HV) با تقسیم بار اعمال شده بر سطح فرورفتگی محاسبه می شود. فرمول سختی ویکرز HV = (2P) / (d2) است که در آن P بار اعمال شده، d میانگین طول مورب فرورفتگی و HV علامت سختی ویکرز می‌باشد.

این اصول تضمین می‌کند که اندازه‌گیری سختی در روش سختی ویکرز به طور دقیق انجام شده و امکان مقایسه خواص مکانیکی مواد مختلف را فراهم کرده باشد. کنترل دقیق شکل فرورفتگی، بار اعمال شده، زمان اعمال نیرو و اندازه‌گیری فرورفتگی برای به دست آوردن میزان سختی دقیق، ضروری بوده و در صورت عدم کنترل آن‌ها به عددی غیر قابل اعتماد خواهیم رسید.

استانداردهای سختی ویکرز

به مجموعه‌ای از دستورالعمل‌ها که به انتخاب مواد مرجع مورد استفاده برای کالیبراسیون و اعتبارسنجی دستگاه‌های تست سختی ویکرز (که به اطمینان از اندازه‌گیری دقیق سختی منجر می‌شوند) کمک می‌کنند استانداردهای سختی ویکرز گفته می‌شود. این استانداردها به طور معمول توسط نهادهای استاندارد بین‌المللی مانند ASTM International، ISO (سازمان بین‌المللی استاندارد)، و NIST (موسسه ملی استاندارد و فناوری) توسعه داده شده و نگهداری می‌شوند. علاوه بر این، این استانداردها هستند که الزامات روش‌های آزمایش، تجهیزات و میزان نیروی لازم برای مواد مختلف را در فرایند سختی سنجی به روش ویکرز تعریف می‌کنند.

استانداردهای سختی ویکرز نقش مهمی را در حفظ ثبات و دقت تست سختی دارا می‌باشند. آن‌ها ابزاری را برای تضمین کیفیت ارائه داده و اطمینان می‌دهند که اندازه‌گیری‌های سختی به دست آمده با استفاده از تست سختی ویکرز استاندارد بوده و قابل استفاده در آزمایشگاه‌ها و صنایع مختلف می‌باشد. بنابراین با استفاده از این استانداردها اطمینان خاطر از دقت و کیفیت تست، به وجود آمده و امکان استفاده از آن در هر جایی فراهم می‌شود.

مقیاس‌های سختی ویکرز

در آزمایش سختی سنجی ویکرز با توجه به جنس ماده و استانداردهای تعریف شده از مقیاس‌های مختلفی استفاده می‌شود. برخی از این مقیاس‌ها به شرح زیر می‌باشند:

  1. HV: مقیاس HV رایج‌ترین و پرکاربردترین مقیاس برای اندازه‌گیری سختی ویکرز است. این مقیاس مقدار سختی‌ای را نشان خواهد داد که به طور مستقیم از محاسبات تست سختی ویکرز یعنی فرمول‌هایی مثل HV = (2P) / (d2) به دست آمده باشد. به همین دلیل واحد سختی ویکرز بر حسب kgf/mm² یا N/mm² بیان می‌شود.
  2. HV0.2: این مقیاس برای اندازه‌گیری ریز سختی ویکرز که مربوط به پوشش‌ها ولایه‌های نازک است استفاده می‌شود. “0.2” در HV0.2 به بار اعمال شده بر حسب کیلوگرم نیرو (kgf) بر مجذور طول مورب فرورفتگی بر حسب میلی‌متر (mm) اشاره دارد.
  3. HV1: این مقیاس برای اندازه‌گیری میکرو سختی ویکرز در مواد حجیم استفاده می‌شود. در این مقیاس مقدار استاندارد سختی با استفاده از باری 1 کیلوگرمی به دست می‌آید.
  4. HV5: برای آزمایش موادی با مقدار سختی بسیار پایین از این مقیاس استفاده می‌شود. در این روش از انواع سختی ویکرز با استفاده از بار 5 کیلوگرمی فرورفتگی را ایجاد کرده و با بررسی آن به میزان سختی ماده می‌رسیم.
  5. HV10: در این مقیاس با استفاده از باری 10 کیلوگرمی به ماده نیرو وارد کرده و سپس فرورفتگی حاصل شده را اندازه‌گیری می‌کنیم. با قرار دادن این دو مقدار در فرمول به میزان سختی خواهیم رسید.

این‌ها تنها چند نمونه از مقیاس‌های ازمون سختی ویکرز بودند که با توجه به جنس ماده و استانداردهای تعریف شده میزان نیرو را مشخص می‌کنند. به عبارت دیگر برای هر ماده‌ای مقیاس و استانداردی خاص وجود دارد و نباید تمام مواد را با یک مقیاس سنجید. بلکه باید مقیاس مربوط به هر ماده را شناخته و نیروی سختی ویکرز مخصوص به آن را به ماده وارد کرد.

سختی سنج ویکرز

دستگاه تست سختی ویکرز که به سختی سنج میکرو ویکرز یا تستر میکروسختی هم شناخته می‌شود ابزاری است که هدف آن انجام تست‌های سختی ویکرز بر روی مواد مختلف می‌باشد. این دستگاه برای اندازه‌گیری سختی نمونه‌های کوچک یا نازک بسیار مناسب می‌باشد. سختی سنج ویکرز از چندین جزء کلیدی تشکیل شده که در ادامه آن‌ها را بررسی می‌کنیم:

فرورونده و سیستم اعمال بار

دستگاه سختی سنجی میکرو ویکرز از یک فرورونده هرمی شکل الماسی استفاده می‌کند که الماس آن از سختی و دوام بالایی برخوردار می‌باشد. این فرورونده به بازویی متصل است که توسط یک اهرم قابل کنترل بوده و اعمال بار را انجام می‌دهد.

سیستم نوری

سختی سنج ویکرز به یک سیستم نوری مجهز است که به طور معمول از یک میکروسکوپ و یک چشمی تشکیل شده است. این سیستم به اپراتور اجازه می‌دهد تا اندازه فرورفتگی را به دقت مشاهده و اندازه‌گیری کند. برخی از سختی سنج‌ها نیز ممکن است برای انجام اندازه‌گیری‌های دقیق‌تر و تجزیه و تحلیل‌های با کیفیت‌تر شامل دوربین‌های دیجیتال یا سیستم‌های ویدیویی نیز باشند.

سندان

به سکویی که نمونه آزمایش را در حین تست در موقعیت خود نگه می‌دارد سندان می‌گویند.

سیستم اندازه‌گیری

این سیستم که به سیستم نوری متصل است اپراتور را قادر می‌سازد تا طول‌های مورب فرورفتگی را اندازه‌گیری کند. از طول‌های مورب برای محاسبه عدد سختی ویکرز استفاده می‌شود.

واحد کنترل و نمایشگر

واحد کنترل سختی سنج ویکرز به اپراتور اجازه می‌دهد تا پارامترهای آزمایش مانند میزان بار و زمان اعمال نیرو را تنظیم کند. همچنین وظیفه نمایش نتایج آزمون و ذخیره‌سازی و تجزیه و تحلیل داده‌ها به عهده این بخش می‌باشد.

محاسبه عدد سختی ویکرز

برای به دست آوردن سختی ویکرز ابتدا باید قطعه نمونه را روی سندان قرار داده و آن را محکم کنیم. سپس با استفاده از بازوی دستگاه و فرورونده نیرویی را به ماده وارد می‌کنیم. پس از صرف زمان لازم بازو را جدا کرده و میکروسکوپ را روی قطعه قرار می‌دهیم و قطر فرورفتگی را با دقت بالایی اندازه می‌گیریم. پس از آن عدد سختی را با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‌کنیم:

HV = (2P) / (d2)

البته 2P برای رند شدن فرمول در نظر گرفته شده و در اصل باید از 1.854P استفاده کنیم. اما در مواردی که نیاز دقت بالایی ندارند بهتر است از 2P استفاده شود. در ادامه می‌توانید میزان نیروی لازم برای برخی از مواد را مشاهده کنید.

انواع ماده فولاد و چدن آلیاژهای مس فلدسپات ارتوکلاز مس خالص و آلیاژهای آلومینیوم آلومینیوم خالص قلع و آلیاژهای قلع
نیرو بر حسب کیلوگرم 30 10 6 5 2.5 1

جدول سختی ویکرز

تا اینجا روش به دست آوردن عدد سختی ویکرز را متوجه شده و نحوه‌ی محاسبه آن را یاد گرفتیم. اما ممکن است به دستگاه دسترسی نداشته و یا امکان انجام تست بر روی بسیاری از مواد را نداشته باشیم. به همین دلیل در جدول سختی سنجی ویکرز برخی از مقادیر به دست آمده مثل سختی ویکرز الومینیوم و سختی ویکرز مس را آورده‌ایم تا با حدود آن‌ها آشنا شده و در صورت نیاز از آن استفاده کنید. در ادامه این جدول را مشاهده می‌کنید:

نام فلز آلومینیوم مس برنز آهن کبالت تیتانیوم تنگستن کاربید تنگستن
عدد سختی ویکرز 160-350 343-369 250 608 1043 830-3420 3430-4600 2600

تبدیل سختی ویکرز

داشتن میزان سختی ویکرز در بسیاری از اوقات کمک کننده خواهد بود اما در برخی موارد نیاز به تبدیل سختی ویکرز به راکول یا برینل بوده و فرمول ساده‌ای برای اینکار وجود ندارد. به همین دلیل می‌توانید از جدول زیر که برخی از این تبدیلات را دارد برای تبدیل و مقایسه این مقادیر استفاده کنید.

سختی ویکرز سختی راکول HRB سختی راکول HRC سختی برینل
589 120 54 534
567 119 53 513
549 118 52 504
531 118 51 486
505 117 50 569
497 117 49 468
490 116 48 456
474 115 47 445
458 115 46 430
448 114 45 419
438 114 44 415
424 114 43 402
406 113 42 388
393 112 41 375
388 111 40 373
376 111 39 360
361 110 38 348
351 109 37 341
342 109 36 331

مزایای تست سختی ویکرز

مزایای زیادی وجود دارند که باعث شده‌اند تست سختی ویکرز به یکی از پرکاربردترین روش‌های تست سختی در صنایع مختلف تبدیل شود. برخی از این مزایا را با هم بررسی می‌کنیم:

تطبیق‌پذیری

تست سختی ویکرز به گونه‌ای است که برای اندازه‌گیری سختی طیف وسیعی از مواد از جمله فلزات، سرامیک‌ها، پلیمرها و کامپوزیت‌ها استفاده می‌شود. این یعنی از این تست برای مواد سخت و نرم استفاده شده و با اکثر مواد تطبیق‌پذیر است.

دقت بالا

همان‌طور که می‌دانید سختی سنجی ویکرز اندازه‌گیری بسیار دقیقی را ارائه می‌دهد. این دقت با استفاده از فرورونده هرمی شکل و اعمال بار کنترل شده ایجاد شده و استفاده از آن را در صنایع حساس تضمین می‌کند.

اندازه فرورفتگی

فرورفتگی ایجاد شده در تست سختی ویکرز بسیار کوچک بوده و این امکان را ایجاد می‌کند که بتوانیم تست را روی نمونه‌های کوچک یا نازک هم اجرا کنیم.

جهانی بودن

این تست در صنایع جهانی پذیرفته شده و مقیاس‌های آن در اکثر نقاط جهان در حال اجرا هستند. به همین دلیل می‌توان با وجود این تست اعداد به دست آمده را در سطح جهانی مقایسه کرده و از کیفیت محصولات تولید شده مطمئن شد.

تست ریزسختی با دقت بالا

به طور معمول از تست سختی ویکرز برای تست ریزسختی استفاده می‌شود. مخصوصا برای لایه‌های نازک و قطعات کوچک که امکان استفاده از فرورونده‌های بزرگ در آن‌ها وجود ندارد. این اتفاق اندازه‌گیری دقیق سختی در قطعات ریز و نقاط موضعی را فراهم کرده و خیال شما را از بابت سخت بودن یا نبودن آن قطعه راحت میکند.

استاندارد بودن

همان‌طور که گفتیم تست سختی ویکرز توسط سازمان‌هایی مثل ASTM International و ISO تثبیت شده و استانداردهای مخصوص به آن‌ها مشخص شده‌اند. این موضوع باعث می‌شود تا استاندارد بودن روند تست در صنایع و آزمایشگاه‌ها مورد بررسی قرار گرفته و دقت لازم به دست آید.

معایب تست سختی ویکرز

برای تست سختی ویکرز برخی معایب و محدودیت‌ها وجود دارند که نباید از آن‌ها چشم‌پوشی کرد. در ادامه به بررسی برخی از این معایب می‌پردازیم.

زمان تست

تست سختی ویکرز به طور معمول در مقایسه با سایر روش‌‌ها زمان بیشتری را لازم دارد. به خاطر ریز بودن فرورفتگی و قطعات مورد آزمایش، زمانی را صرف آماده‌سازی کرده و زمانی را هم صرف اعمال نیرو می‌کنیم. پس از آن اندازه‌گیری فرورفتگی و محاسبه عدد سختی نیز زمان‌بر هستند. این‌ها باعث می‌شوند تا زمان انجام این تست در مقایسه با دیگر سختی‌ها کمی طولانی‌تر باشد.

آماده‌سازی نمونه

برای انجام تست دقیق ویکرز بسیار مهم است که سطح آزمایش تمیز، مسطح و عاری از هرگونه بی‌نظمی و آلودگی باشد. چرا که هر کدام از این موارد می‌تواند بر فرورفتگی ایجاد شده یا اندازه‌گیری آن تاثیر گذاشته و عددی اشتباه را حاصل شود.

انتخاب بار دقیق

برای انجام تست ویکرز باید بار انتخابی را با دقت و به صورت کاملا درست انتخاب کنید. چرا که با کم بودن آن فرورفتگی ایجاد شده کم عمق می‌شود و ممکن است عدد سختی درستی را نشان ندهد. با زیاد بودن بار هم فرورفتگی ایجاد شده عمیق می‌شود و علاوه بر نمایش نتایج اشتباه ممکن است به قطعه هم آسیب وارد کند. بنابراین برای تست ویکرز حتما باید میزان بار دقیقی انتخاب شده و از بروز هرگونه خطایی جلوگیری کرد.

کاربردهای تست سختی ویکرز

تست سختی ویکرز کاربردهای زیادی را در صنایع و زمینه‌های مختلف پیدا کرده است که در آن‌ها کنترل کیفیت و اندازه‌گیری سختی دقیق برای تعیین مشخصات مواد از اهمیت بالایی برخوردار می‌باشد. در ادامه با برخی از این کاربردها آشنا می‌شویم.

کنترل کیفیت در تولید

مشخص است که مهمترین کاربرد تست سختی ویکرز استفاده از آن در کنترل کیفیت مواد مختلف می‌باشد. این کار برای اطمینان از وجود خواص لازم در ماده انجام شده و کیفیت مواد را مورد ارزیابی قرار می‌دهد. برخی از قطعاتی که در کنترل کیفی با این تست مورد ارزیابی قرار می‌گیرند عبارتند از چرخ دنده‌ها، بلبرینگ‌ها، ابزارها و قطعات ساختاری.

ارزیابی عملیات حرارتی

برای بهبود ریزساختار و خواص مکانیکی مواد از عملیات‌های حرارتی استفاده می‌کنیم. یکی از مواردی که پس از عملیات‌های حرارتی بهبود پیدا می‌کند سختی ماده است. برای رسیدن به پاسخ این سوال که “آیا ماده عملیات حرارتی شده به سختی لازم رسیده یا نه” از تست سختی ویکرز استفاده کرده و میزان سختی ماده را می‌سنجیم.

ارزیابی پوشش

از تست سختی ویکرز برای ارزیابی پوشش‌های اعمال شده بر مواد نیز استفاده می‌شود. از جمله این پوشش‌ها می‌توان به گالوانیزه با روی، آبکاری با نیکل و روکش پودری با رزین و رنگدانه‌های مخصوص اشاره کرد. با استفاده از تست سختی ویکرز می‌توان دوام و مقامت این پوشش‌ها در برابر سایش و ضربه را مورد ارزیابی قرار داده و تصمیمات لازم را در مورد آن‌ها اتخاذ کرد.

تحقیق و توسعه

از سختی ویکرز به طور گسترده‌ای برای تحقیق و توسعه مواد استفاده کرده و با مطالعه خواص مکانیکی آن‌ها برای ارتقا خواصشان گام برداشته می‌شود. این موضوع به محققان کمک می‌کند تا علاوه بر توسعه مواد مختلف به تکنیک‌های جدید برای پردازش آن‌ها دست پیدا کنند.

متالورژی و علم مواد

در صنایعی مثل تولید فولاد، ریخته‌گری، ساخت فلز و ساخت قطعات فلزی از روش تست سختی ویکرز برای تعیین سختی مواد تولید شده استفاده می‌شود. این کار باعث می‌شود تا محصول تولید شده در نهایت از کیفیت بالایی برخوردار بوده و در بازار فروش با مرجوعی کمتری مواجه شوند.

ساخت و مهندسی

وجود تست سختی ویکرز در صنایع تولیدی و مهندسی بسیار حیاتی بوده و نبود آن می‌تواند مشکلات زیادی را به وجود آورد. این تست به ارزیابی سختی و کیفیت مواد مورد استفاده در کاربردهای مختلفی مانند قطعات خودرو، قطعات هوافضا، ماشین‌آلات، ابزار و اجزای ساختاری می‌پردازد. به همین دلیل است که تولیدکنندگان برای اطمینان از دقت، دوام و ایمنی محصولات خود، به تست سختی ویکرز متکی می‌باشند.

صنایع خودروسازی

صنعت خودروسازی در بسیاری از فرایندها از تست سختی ویکرز استفاده می‌کند. از جمله‌ی این موارد می‌توان به ارزیابی سختی و استحکام اجزای حیاتی‌ای مثل قطعات موتور، سیلندر، دنده‌ها، اجزای انتقال و اجزای سیستم ترمز اشاره کرد. این تست باعث می‌شود تا اطمینان لازم از عملکرد و طول عمر قطعات خودرو در شرایط مختلف حاصل شود.

صنایع دفاعی و هوافضا

استفاده از تست سختی ویکرز برای ارزیابی سختی و یکپارچگی مواد مورد استفاده در هواپیما، فضاپیما، موشک و سیستم‌های دفاعی ضروری بوده و نبود آن می‌تواند باعث ایجاد مشکل شود. چرا که سختی برخی قطعات مانند قطعات موتور، ارابه فرود و اجزای ساختاری بسیار مهم و حیاتی بوده و عملکرد آن‌ها می‌تواند بر کل سیستم تاثیرگذار باشد.

 

جمع‌بندی

هر ماده‌ای میزان مقاومت متفاوتی را در برابر تغییر شکل از خود نشان می‌دهد. به این مقاومت، سختی و به مجموعه فعالیت‌هایی که برای سنجش آن انجام می‌شود تست سختی گفته می‌شود. برای این سنجش روش‌های گوناگونی وجود دارد که یکی از پرکاربردترین‌های آن‌ها ازمایش سختی ویکرز می‌باشد. این تست در سال 1924 میلادی توسط دو نفر از اعضای شرکت ویکرز به نام‌های جورج ای سندلند و اسمیت اف اسمیت ابداع شده و به جهان معرفی شد. روش آن‌ها به این صورت بود که از یک الماس هرمی شکل با زاویه راس 136 درجه برای ایجاد فرورفتگی در سطح ماده استفاده کرده و با اندازه‌گیری قطر فرورفتگی، مقدار سختی آن را محاسبه کردند.

به طور کلی برای محاسبه سختی ماده در این روش از فرمول HV = (2P) / (d2) استفاده می‌شود. P در این فرمول میزان بار وارد شده بر ماده بوده و d هم میانگین طول مورب فرورفتگی می‌باشد. بنابراین روش کلی محاسبه این سختی تقسیم میزان بار بر قطر فرورفتگی می‌باشد. میزان نیروی وارد شده بر ماده به عوامل مختلفی بستگی دارد. بر همین اساس مقیاس‌های متفاوتی طراحی شده‌اند که از جمله آن‌ها می‌توان به HV و HV0.2 و HV1 و HV5 و HV10 اشاره کرد. این مقیاس‌ها در دستگاهی به نام سختی سنج ویکرز اجرایی شده و مقادیر مربوط به خود را برمی‌گردانند.

دستگاه تست سختی ویکرز از اجزای مختلفی مثل فرورونده، سیستم نوری، سندان، سیستم اندازه‌گیری، واحد کنترل و نمایشگر، تشکیل شده است و در واقع مجموعه‌ی این اجزا هستند که به محاسبه دقیق میزان سختی منجر می‌شوند. این روش تست سختی از مزایای زیادی مثل تطبیق‌پذیری، دقت بالا، اندازه فرورفتگی و استاندارد بودن برخوردار بوده و معایبی مثل زمان تست، آماده‌سازی نمونه و انتخاب بار دقیق را نیز به همراه دارد. این مزایای گسترده و مهم باعث شده‌اند تا از این تست در صنایع مهمی مثل متالورژی، خودروسازی، صنایع دفاعی و هوافضا استفاده شده و کنترل کیفیت قطعات مصرفی در آن‌ها به بهترین نحو انجام شود. بنابراین شاید بتوان تست ویکرز را معتبرترین تست سختی دانسته و آن را به عنوان آزمایش مقبول جهانی معرفی کرد.

 

پرسش و پاسخ

میزان سختی فولاد کربن چند ویکرز می‌باشد؟

سختی ویکرز فولاد 55–120HV5 است. این عبارت یعنی میزان سختی فولاد کربن 120 ویکرز می‌باشد که با استفاده از 5 کیلوگرم نیرو به مدت 55 ثانیه به دست آمده است.

قیمت دستگاه سختی سنج ویکرز در بازار جهانی چگونه است؟

دستگاه‌های سختی سنج ویکرز انواع متفاوتی داشته و بسته به کارایی و نوع آن‌ها قیمت‌های متفاوتی را شامل می‌شوند. با توجه به این موضوع می‌توان گفت قیمت سختی سنج ویکرز در بازار جهانی از 350 دلار شروع شده و تا 7000 دلار هم ادامه پیدا می‌کند.

مقالات در گروه صبا | نویسنده : امین شاکری | بروزرسانی : 21 تیر 1402