ثلاثة معايير للصلابة للفولاذ

تُعرف قدرة المادة المعدنية على مقاومة انبعاج سطحها بفعل الأجسام الصلبة بالصلابة. وبحسب طرق الاختبار المختلفة ونطاق التطبيق، تُقسم الصلابة إلى صلابة برينل، وصلابة روكويل، وصلابة فيكرز، وصلابة شور، والصلابة المجهرية، وصلابة درجات الحرارة العالية. وتُستخدم ثلاث صلابات شائعة في صناعة الأنابيب: صلابة برينل، وصلابة روكويل، وصلابة فيكرز.

أ. صلابة برينل (HB)

استخدم كرة فولاذية أو كرة من الكربيد بقطر محدد للضغط على سطح العينة بقوة الاختبار المحددة (F). بعد انقضاء وقت الضغط المحدد، أزل قوة الاختبار وقِس قطر الانبعاج (L) على سطح العينة. قيمة صلابة برينل هي حاصل قسمة قوة الاختبار على مساحة سطح الكرة المنبعجة. تُقاس الصلابة بوحدة HBS (كرة فولاذية)، ووحدتها نيوتن/مم² (ميجا باسكال).

صيغة الحساب هي:
في الصيغة: F - قوة الاختبار المضغوطة على سطح العينة المعدنية، نيوتن؛
D- قطر الكرة الفولاذية المستخدمة في الاختبار، مم؛
d– متوسط ​​قطر الانبعاج، مم.
يُعد قياس صلابة برينل أكثر دقة وموثوقية، ولكنه مناسب عمومًا للمعادن التي تقل صلابتها عن 450 نيوتن/مم² (ميجا باسكال)، ولا يُناسب الفولاذ الصلب أو الصفائح الرقيقة. وتُعد صلابة برينل الأكثر استخدامًا بين معايير أنابيب الصلب. ويُستخدم قطر الانبعاج (d) غالبًا للتعبير عن صلابة المادة، وهو مؤشر بديهي وسهل الاستخدام.
مثال: 120HBS10/1000130: هذا يعني أن قيمة صلابة برينل 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)

يُعد اختبار صلابة روكويل، مثل اختبار صلابة برينل، طريقة اختبار تعتمد على الانضغاط. ويكمن الاختلاف في أنه يقيس عمق الانضغاط. أي أنه تحت تأثير متتابع لقوة الاختبار الأولية (Fo) ثم قوة الاختبار الكلية (F)، يُضغط رأس الانضغاط (مخروط أو كرة فولاذية من مطحنة الصلب) على سطح العينة. بعد انقضاء وقت التثبيت المحدد، تُزال قوة الاختبار الرئيسية. يُستخدم مقدار الزيادة في عمق الانضغاط المتبقي (e) لحساب قيمة الصلابة. هذه القيمة عبارة عن رقم مجهول، يُرمز له بالرمز HR، وتتضمن المقاييس المستخدمة تسعة مقاييس، هي: A، B، C، D، E، F، G، H، وK. ومن بينها، تُعد المقاييس A وB وC الأكثر شيوعًا في اختبار صلابة الفولاذ، وهي HRA وHRB وHRC على التوالي.

يتم حساب قيمة الصلابة باستخدام الصيغة التالية:
عند إجراء الاختبار باستخدام مقياسي A و C، يكون معدل ضربات القلب = 100 - e
عند إجراء الاختبار باستخدام مقياس B، يكون معدل ضربات القلب = 130 - e
في الصيغة، يُعبّر عن الزيادة في عمق الانضغاط المتبقي (e) بوحدة 0.002 مم، أي عندما تكون الإزاحة المحورية للمُنضغِط وحدة واحدة (0.002 مم)، فإنها تُعادل تغييرًا في صلابة روكويل بمقدار رقم واحد. كلما زادت قيمة e، انخفضت صلابة المعدن، والعكس صحيح.
نطاق تطبيق المقاييس الثلاثة المذكورة أعلاه هو كما يلي:
HRA (مخروط ماسي) 20-88
HRC (مخروط ماسي) 20-70
HRB (قطر 1.588 مم، رأس كروي فولاذي) 20-100
يُعد اختبار صلابة روكويل طريقة شائعة الاستخدام حاليًا، حيث تُستخدم صلابة روكويل (HRC) في معايير أنابيب الصلب، وتأتي في المرتبة الثانية بعد صلابة برينل (HB). تُستخدم صلابة روكويل لقياس صلابة المواد المعدنية من الليونة الشديدة إلى الصلابة الشديدة، مما يُعوض أوجه القصور في طريقة برينل. فهي أبسط من طريقة برينل، ويمكن قراءة قيمة الصلابة مباشرةً من مؤشر جهاز القياس. مع ذلك، ونظرًا لصغر حجم منطقة القياس، فإن قيمة الصلابة المُقاسة ليست بدقة طريقة برينل.

ج. صلابة فيكرز (HV)

يُعد اختبار صلابة فيكرز أحد أساليب اختبار الانضغاط. يتم فيه ضغط رأس ماسي هرمي مربع بزاوية 136 درجة بين سطحين متقابلين على سطح الاختبار بقوة اختبار محددة (F)، ثم يُزال بعد انقضاء مدة زمنية محددة. تُقاس القوة بقياس طول قطري الانضغاط.

قيمة صلابة فيكرز هي ناتج قسمة قوة الاختبار على مساحة سطح الانبعاج. صيغة حسابها هي:
في الصيغة: HV– رمز صلابة فيكرز، نيوتن/مم2 (ميجا باسكال)؛
F– قوة الاختبار، نيوتن؛
د - المتوسط ​​الحسابي لقطري الانبعاج، مم.
تُستخدم قوة اختبار F في قياس صلابة فيكرز، وهي 5 (49.03)، 10 (98.07)، 20 (196.1)، 30 (294.2)، 50 (490.3)، 100 (980.7) كيلوغرام قوة (نيوتن)، بالإضافة إلى ستة مستويات أخرى. ويمكن قياس قيمة الصلابة ضمن نطاق يتراوح بين 5 و1000 HV.
مثال على طريقة التعبير: 640HV30/20 تعني أن قيمة صلابة فيكرز المقاسة بقوة اختبار 30Hgf (294.2N) لمدة 20S (ثانية) هي 640N/mm2 (MPa).
يمكن استخدام طريقة فيكرز لقياس الصلابة لتحديد صلابة المواد المعدنية الرقيقة جدًا والطبقات السطحية. تتميز هذه الطريقة بالمزايا الرئيسية لطريقتي برينل وروكويل، وتتغلب على عيوبهما الأساسية، إلا أنها ليست بنفس بساطة طريقة روكويل. ونادرًا ما تُستخدم طريقة فيكرز في معايير أنابيب الصلب.