ثلاثة معايير لصلابة الفولاذ

تُسمى قدرة المادة المعدنية على مقاومة انبعاج سطحها بفعل الأجسام الصلبة بالصلابة. ووفقًا لاختلاف طرق الاختبار ونطاق التطبيق، يمكن تقسيم الصلابة إلى صلابة برينيل، وصلادة روكويل، وصلادة فيكرز، وصلادة شور، وصلادة دقيقة، وصلادة درجات الحرارة العالية. هناك ثلاث درجات صلابة شائعة الاستخدام للأنابيب: صلابة برينيل، وصلادة روكويل، وصلادة فيكرز.

أ. صلابة برينيل (HB)

استخدم كرة فولاذية أو كرة كربيد ذات قطر محدد للضغط على سطح العينة بقوة الاختبار المحددة (F). بعد انقضاء مدة التثبيت المحددة، أزل قوة الاختبار وقِس قطر الانبعاج (L) على سطح العينة. قيمة صلابة برينيل هي حاصل قسمة قوة الاختبار على مساحة سطح الكرة المسننة. تُقاس صلابة برينيل بالكرة الفولاذية (HBS)، ووحدتها نيوتن/مم² (ميجا باسكال).

صيغة الحساب هي:
في الصيغة: F- قوة الاختبار المضغوطة على سطح عينة المعدن، N؛
د- قطر الكرة الفولاذية للاختبار، مم؛
د- متوسط ​​قطر المسافة البادئة، مم.
يُعد قياس صلابة برينيل أكثر دقة وموثوقية، ولكن عادةً ما يكون HBS مناسبًا فقط للمواد المعدنية التي تقل صلابتها عن 450 نيوتن/مم² (ميجا باسكال)، ولا يُناسب الفولاذ الصلب أو الصفائح الرقيقة. تُعد صلابة برينيل الأكثر استخدامًا بين معايير أنابيب الفولاذ. ويُستخدم قطر التجويف d غالبًا للتعبير عن صلابة المادة، وهو أمر بديهي وسهل الاستخدام.
مثال: 120HBS10/1000130: هذا يعني أن قيمة صلابة برينيل المقاسة باستخدام كرة فولاذية قطرها 10 مم تحت قوة اختبار تبلغ 1000 كجم (9.807 كيلو نيوتن) لمدة 30 ثانية هي 120 نيوتن/مم2 (ميجا باسكال).

ب. صلابة روكويل (HR)

اختبار صلابة روكويل، مثل اختبار صلابة برينيل، هو طريقة اختبار الانبعاج. الفرق هو أنه يقيس عمق الانبعاج. أي أنه تحت التأثير المتسلسل لقوة الاختبار الأولية (F) وقوة الاختبار الكلية (F)، يتم ضغط المثقب (المخروط أو الكرة الفولاذية لمصنع الصلب) على سطح العينة. بعد وقت التثبيت المحدد، تتم إزالة القوة الرئيسية. قوة الاختبار، استخدم زيادة عمق الانبعاج المتبقي المقاس (e) لحساب قيمة الصلابة. قيمتها عبارة عن رقم مجهول، يمثله الرمز HR، وتشمل المقاييس المستخدمة 9 مقاييس، بما في ذلك A وB وC وD وE وF وG وH وK. من بينها، المقاييس المستخدمة بشكل شائع لاختبار صلابة الفولاذ هي عمومًا A وB وC، وهي HRA وHRB وHRC.

يتم حساب قيمة الصلابة باستخدام الصيغة التالية:
عند الاختبار باستخدام المقاييس A وC، معدل ضربات القلب = 100-e
عند الاختبار بمقياس B، معدل ضربات القلب = 130-e
في الصيغة، يُعبَّر عن زيادة عمق الانبعاج المتبقي بوحدة محددة وهي 0.002 مم، أي عندما تكون الإزاحة المحورية للمُثَبِّت وحدة واحدة (0.002 مم)، فإنها تُعادل تغيرًا في صلابة روكويل بمقدار رقم واحد. كلما زادت قيمة e، انخفضت صلابة المعدن، والعكس صحيح.
النطاق المطبق للمقاييس الثلاثة المذكورة أعلاه هو كما يلي:
HRA (مخروط الماس المسنن) 20-88
HRC (مخروط الماس المسنن) 20-70
HRB (مثقب كروي فولاذي بقطر 1.588 مم) 20-100
اختبار صلابة روكويل هو طريقة شائعة الاستخدام حاليًا، ومن بينها اختبار صلابة روكويل (HRC) الذي يُعدّ ثاني استخدام في معايير أنابيب الصلب بعد اختبار صلابة برينيل (HB). يمكن استخدام صلابة روكويل لقياس المواد المعدنية من شديدة الليونة إلى شديدة الصلابة. وهي تُعوّض عن عيوب طريقة برينيل. فهي أبسط من طريقة برينيل، ويمكن قراءة قيمة الصلابة مباشرةً من قرص جهاز قياس الصلابة. ومع ذلك، نظرًا لصغر حجمها، فإن قيمة الصلابة ليست بدقة طريقة برينيل.

ج. صلابة فيكرز (HV)

اختبار صلابة فيكرز هو أيضًا طريقة لاختبار الانبعاج. يُضغط فيه مثقب ماسي هرمي الشكل بزاوية ١٣٦٠ درجة بين السطحين المتقابلين على سطح الاختبار بقوة اختبار محددة (F)، ثم يُزال بعد مدة التثبيت المحددة. لقياس القوة، يُقاس طول قطري الانبعاج.

قيمة صلابة فيكرز هي حاصل قسمة قوة الاختبار على مساحة سطح الانبعاج. صيغتها الحسابية هي:
في الصيغة: رمز صلابة HV-Vickers، N/mm2 (MPa)؛
قوة الاختبار F، N؛
د- المتوسط ​​الحسابي لقطري المسافة البادئة، مم.
قوة الاختبار F المستخدمة في اختبار صلابة فيكرز هي 5 (49.03)، 10 (98.07)، 20 (196.1)، 30 (294.2)، 50 (490.3)، 100 (980.7) كجم (نيوتن)، بالإضافة إلى ستة مستويات أخرى. يمكن قياس قيمة الصلابة في نطاق 5 إلى 1000HV.
مثال على طريقة التعبير: 640HV30/20 يعني أن قيمة صلابة فيكرز المقاسة بقوة اختبار 30Hgf (294.2 نيوتن) لمدة 20 ثانية هي 640 نيوتن/مم2 (ميجا باسكال).
تُستخدم طريقة فيكرز لقياس الصلابة لتحديد صلابة المواد المعدنية الرقيقة جدًا والطبقات السطحية. تتمتع هذه الطريقة بمزايا رئيسية لطريقتي برينيل وروكويل، وتتغلب على عيوبهما الأساسية، إلا أنها ليست ببساطة طريقة روكويل. ونادرًا ما تُستخدم طريقة فيكرز في معايير أنابيب الصلب.