لماذا نقيس الصلابة في المواد؟ يعد فهم كيفية المقارنة بين مقياس صلابة روكويل (HRC) ومقياس صلابة برينل (HB) أمرًا بالغ الأهمية لاختيار المواد المناسبة في الهندسة. تستكشف هذه المقالة الاختلافات بين هذين الاختبارين الشائعين للصلابة، وتشرح تطبيقاتهما وطرق التحويل. وفي النهاية، ستعرف كيفية تفسير قيم الصلابة هذه لاختيار المواد بشكل أفضل في مشاريعك.
الصلابة هي مؤشر أداء يستخدم لقياس ليونة أو صلابة المواد. هناك العديد من طرق اختبار الصلابة، ولكل منها مبادئ مختلفة، مما يؤدي إلى قيم صلابة ومعانٍ غير متشابهة تمامًا.
وأكثرها شيوعًا هو اختبار صلابة المسافة البادئة للحمل الساكن، وهي صلابة برينل (HB)، وصلابة روكويل (HRA، HRB، HRC)، وصلابة فيكرز (HV)، وصلابة البلاستيك المطاطي صلابة الشاطئ (HA، HD) وغيرها. وتمثل قيم الصلابة هذه مقاومة سطح المادة للتعرض للمسافة البادئة بواسطة جسم صلب.
تنتمي صلابة ليب (HL) وصلابة شور (HS) الأكثر شيوعًا إلى اختبار الصلابة الارتدادية، وتمثل قيمهما حجم عمل التشوه المرن للمعدن.
ولذلك، فإن الصلابة ليست كمية فيزيائية بحتة، ولكنها مؤشر أداء شامل يعكس مرونة المادة وليونتها وقوتها وصلابتها.
رمز صلابة المعدن (الصلابة) H. اعتمادًا على طريقة اختبار الصلابة,
تُستخدم صلادة برينل (HB) بشكل عام عندما تكون المادة أكثر ليونة، مثل المعادن غير الحديدية، أو الفولاذ قبل المعالجة الحرارية أو بعد التلدين. تُستخدم صلابة روكويل (HRC) بشكل عام للمواد ذات الصلابة العالية، مثل صلابة ما بعد المعالجة الحرارية.
تستخدم صلادة برينل (HB) حمولة اختبار معينة للضغط على كرة فولاذية مقواة أو كرة من سبيكة صلبة بقطر معين في السطح المعدني المراد اختباره، والاحتفاظ بها لفترة زمنية محددة، ثم تفريغها وقياس قطر المسافة البادئة على السطح المختبر.
قيمة صلابة برينل هي حاصل القسمة الذي يتم الحصول عليه بقسمة الحمل على مساحة السطح الكروية للمسافة البادئة.
وهي عادةً: استخدام حمولة معينة (3000 كجم بشكل عام) للضغط على كرة فولاذية مقواة بحجم معين (قطرها عادةً 10 مم) في سطح المادة، والحفاظ عليها لفترة من الوقت، وتفريغها، وتكون نسبة الحمل إلى مساحة المسافة البادئة هي قيمة صلابة برينل (HB)، الوحدة هي كجم/مم2 (نيوتن/مم2).
تستخدم صلابة روكويل (HR-) عمق التشوه البلاستيكي للمسافة البادئة لتحديد مؤشر قيمة الصلابة. وحدة الصلابة هي 0.002 مم.
عندما يكون HB > 450 أو عندما تكون العينة صغيرة جدًا، لا يمكن استخدام اختبار صلابة برينل ويجب اعتماد قياس صلابة روكويل بدلاً من ذلك.
ويستخدم مخروطًا ماسيًا بزاوية قمة 120 درجة أو كرة فولاذية بقطر 1.59، 3.18 مم، تحت حمولة معينة، للضغط على سطح المادة المراد اختبارها، ويتم حساب صلابة المادة من عمق المسافة البادئة.
وفقًا للصلابة المختلفة لمادة الاختبار، يتم التعبير عنها بثلاثة مقاييس مختلفة:
علاوة على ذلك:
(1) تشير HRC إلى مقياس روكويل C.
(2) تستخدم HRC و HB على نطاق واسع في الإنتاج.
(3) نطاق HRC هو HRC 20-67، أي ما يعادل HB225-650.
إذا كانت الصلابة أعلى من هذا النطاق، يتم استخدام مقياس صلابة روكويل A HRA. إذا كانت الصلابة أقل من هذا النطاق، يتم استخدام مقياس صلابة روكويل ب HRB. الحد الأعلى لصلابة برينل هو HB650، ولا يمكن أن تتجاوز هذه القيمة.
(4) مقياس صلابة مقياس روكويل لاختبار الصلابة C هو مخروط ماسي بزاوية 120 درجة، وحمل الاختبار هو قيمة ثابتة، والمعيار الصيني هو 150 كجم من الماس.
إن أداة اختبار صلابة برينل عبارة عن كرة فولاذية مقواة (HBS) أو سبيكة صلبة الكرة (HBW)، وتختلف حمولة الاختبار باختلاف قطر الكرة، حيث تتراوح من 3000 إلى 31.25 كجم قدم.
(5) صلابة روكويل لها مسافات بادئة صغيرة، والقيمة المقاسة محلية، ويجب الحصول على متوسط القيمة بقياس عدة نقاط، وهي مناسبة للمنتجات النهائية والألواح الرقيقة، وتنتمي إلى فئة الاختبارات غير المدمرة.
تكون المسافة البادئة لصلابة برينل أكبر، والقيمة المقاسة دقيقة، وغير مناسبة للمنتجات النهائية والألواح الرقيقة، ولا تنتمي عمومًا إلى فئة الاختبارات غير المدمرة.
(6) قيمة صلابة روكويل هي رقم بلا اسم، بدون وحدة. (ولذلك، من الخطأ الإشارة إلى صلابة روكويل من حيث الدرجة).
صلابة برينل لها وحدة، ولها علاقة تقريبية معينة مع قوة الشد.
(7) يتم عرض صلابة روكويل مباشرة على القرص أو يمكن عرضها رقميًا، وهي مريحة في التشغيل وسريعة وبديهية ومناسبة للإنتاج بكميات كبيرة.
وتتطلب صلابة برينل قياس قطر المسافة البادئة بالمجهر، ثم البحث في الجدول أو حسابها، فالعملية أكثر تعقيدًا.
(8) في ظل ظروف معينة، يمكن تحويل HB و HRC بالبحث في الجدول. يمكن تذكر معادلة الحساب الذهني تقريبًا على النحو التالي: 1HRC≈1/10HB.
وفقًا للمعيار الألماني DIN50150، فيما يلي جدول مقارنة قوة الشد بصلابة فيكرز وصلابة برينل وصلابة روكويل لمجموعة من مواد الصلب شائعة الاستخدام:
قوة الشد ر م ن/ملم2 | الجهد العالي | إتش بي | لجنة حقوق الإنسان |
250 | 80 | 76.0 | – |
270 | 85 | 80.7 | – |
285 | 90 | 85.2 | – |
305 | 95 | 90.2 | – |
320 | 100 | 95.0 | – |
335 | 105 | 99.8 | – |
350 | 110 | 105 | – |
370 | 115 | 109 | – |
380 | 120 | 114 | – |
400 | 125 | 119 | – |
415 | 130 | 124 | – |
430 | 135 | 128 | – |
450 | 140 | 133 | – |
465 | 145 | 138 | – |
480 | 150 | 143 | – |
490 | 155 | 147 | – |
510 | 160 | 152 | – |
530 | 165 | 156 | – |
545 | 170 | 162 | – |
560 | 175 | 166 | – |
575 | 180 | 171 | – |
595 | 185 | 176 | – |
610 | 190 | 181 | – |
625 | 195 | 185 | – |
640 | 200 | 190 | – |
660 | 205 | 195 | – |
675 | 210 | 199 | – |
690 | 215 | 204 | – |
705 | 220 | 209 | – |
720 | 225 | 214 | – |
740 | 230 | 219 | – |
755 | 235 | 223 | – |
770 | 240 | 228 | 20.3 |
785 | 245 | 233 | 21.3 |
800 | 250 | 238 | 22.2 |
820 | 255 | 242 | 23.1 |
835 | 260 | 247 | 24.0 |
850 | 265 | 252 | 24.8 |
865 | 270 | 257 | 25.6 |
880 | 275 | 261 | 26.4 |
900 | 280 | 266 | 27.1 |
915 | 285 | 271 | 27.8 |
930 | 290 | 276 | 28.5 |
950 | 295 | 280 | 29.2 |
965 | 300 | 285 | 29.8 |
995 | 310 | 295 | 31.0 |
1030 | 320 | 304 | 32.2 |
1060 | 330 | 314 | 33.3 |
1095 | 340 | 323 | 34.4 |
1125 | 350 | 333 | 35.5 |
1115 | 360 | 342 | 36.6 |
1190 | 370 | 352 | 37.7 |
1220 | 380 | 361 | 38.8 |
1255 | 390 | 371 | 39.8 |
1290 | 400 | 380 | 40.8 |
1320 | 410 | 390 | 41.8 |
1350 | 420 | 399 | 42.7 |
1385 | 430 | 409 | 43.6 |
1420 | 440 | 418 | 44.5 |
1455 | 450 | 428 | 45.3 |
1485 | 460 | 437 | 46.1 |
1520 | 470 | 447 | 46.9 |
1555 | 480 | (456) | 47.7 |
1595 | 490 | (466) | 48.4 |
1630 | 500 | (475) | 49.1 |
1665 | 510 | (485) | 49.8 |
1700 | 520 | (494) | 50.5 |
1740 | 530 | (504) | 51.1 |
1775 | 540 | (513) | 51.7 |
1810 | 550 | (523) | 52.3 |
1845 | 560 | (532) | 53.0 |
1880 | 570 | (542) | 53.6 |
1920 | 580 | (551) | 54.1 |
1955 | 590 | (561) | 54.7 |
1995 | 600 | (570) | 55.2 |
2030 | 610 | (580) | 55.7 |
2070 | 620 | (589) | 56.3 |
2105 | 630 | (599) | 56.8 |
2145 | 640 | (608) | 57.3 |
2180 | 650 | (618) | 57.8 |
660 | 58.3 | ||
670 | 58.8 | ||
680 | 59.2 | ||
690 | 59.7 | ||
700 | 60.1 | ||
720 | 61.0 | ||
740 | 61.8 | ||
760 | 62.5 | ||
780 | 63.3 | ||
800 | 64.0 | ||
820 | 64.7 | ||
840 | 65.3 | ||
860 | 65.9 | ||
880 | 66.4 | ||
900 | 67.0 | ||
920 | 67.5 | ||
940 | 68.0 |
باركول | برينيل | فيكرز | ويبستر | روكويل | ||||
GYZJ | 10 مم | 5 كجم | B | |||||
934-1 | 500 كجم | B | E | F | H | |||
35 | 21 | 32 | ||||||
36 | 22 | 35 | ||||||
37 | 23 | 37 | ||||||
38 | 24 | 40 | ||||||
39 | 25 | 42 | ||||||
40 | 25 | 26 | 45 | |||||
41 | 25 | 27 | 47 | |||||
42 | 26 | 28 | 49 | |||||
43 | 27 | 29 | 51 | |||||
44 | 27 | 30 | 54 | |||||
45 | 28 | 30 | 56 | |||||
46 | 29 | 31 | 58 | |||||
47 | 30 | 32 | 23 | 60 | ||||
48 | 30 | 33 | 0.7 | 26 | 62 | |||
49 | 31 | 34 | 1.3 | 28 | 64 | |||
50 | 32 | 35 | 1.9 | 31 | 66 | |||
51 | 33 | 36 | 2.5 | 34 | 68 | |||
52 | 34 | 38 | 3.1 | 36 | 70 | |||
53 | 35 | 39 | 3.6 | 39 | 30 | 72 | ||
54 | 37 | 40 | 4.2 | 41 | 34 | 73 | ||
55 | 38 | 41 | 4.7 | 44 | 37 | 75 | ||
56 | 39 | 43 | 5.3 | 46 | 40 | 77 | ||
57 | 40 | 44 | 5.8 | 48 | 43 | 78 | ||
58 | 42 | 45 | 6.3 | 50 | 46 | 80 | ||
59 | 43 | 47 | 6.8 | 53 | 48 | 82 | ||
60 | 45 | 49 | 7.3 | 55 | 51 | 83 | ||
61 | 46 | 50 | 7.8 | 57 | 54 | 85 | ||
62 | 48 | 52 | 8.3 | 59 | 56 | 86 | ||
63 | 50 | 54 | 8.8 | 61 | 59 | 88 | ||
64 | 51 | 56 | 9.2 | 63 | 61 | 89 | ||
65 | 53 | 58 | 9.7 | 65 | 63 | 90 | ||
66 | 55 | 60 | 10.1 | 67 | 66 | 92 | ||
67 | 57 | 62 | 10.6 | 69 | 68 | 93 |
باركول | فيكرز | ويبستر | روكويل | ||||
GYZJ | 10 مم | 5 كجم | B | ||||
934-1 | 500 كجم | B | E | F | H | ||
68 | 60 | 65 | 11 | 71 | 70 | 94 | |
69 | 62 | 67 | 11.4 | 73 | 72 | 95 | |
70 | 64 | 70 | 11.8 | 17 | 75 | 74 | 97 |
71 | 67 | 72 | 12.2 | 23 | 76 | 75 | 98 |
72 | 69 | 75 | 12.6 | 28 | 78 | 77 | 99 |
73 | 72 | 78 | 12.9 | 33 | 80 | 79 | 100 |
74 | 75 | 81 | 13.3 | 38 | 81 | 80 | 101 |
75 | 78 | 85 | 13.7 | 42 | 83 | 82 | 102 |
76 | 80 | 88 | 14 | 47 | 84 | 83 | 103 |
77 | 84 | 92 | 14.3 | 51 | 86 | 85 | 104 |
78 | 87 | 95 | 14.7 | 55 | 87 | 86 | 105 |
79 | 90 | 99 | 15 | 59 | 89 | 88 | 106 |
80 | 94 | 103 | 15.3 | 63 | 90 | 89 | 106 |
81 | 97 | 108 | 15.6 | 66 | 91 | 90 | 107 |
82 | 101 | 112 | 15.9 | 70 | 92 | 91 | 108 |
83 | 105 | 117 | 16.2 | 73 | 94 | 92 | 109 |
84 | 109 | 121 | 16.4 | 76 | 95 | 93 | 109 |
85 | 113 | 126 | 16.7 | 79 | 96 | 94 | 110 |
86 | 117 | 131 | 16.9 | 81 | 97 | 95 | 111 |
87 | 121 | 137 | 17.2 | 84 | 98 | 96 | 111 |
88 | 126 | 142 | 17.4 | 86 | 99 | 97 | 112 |
89 | 130 | 17.6 | 88 | 100 | 98 | 112 | |
90 | 135 | 17.8 | 90 | 101 | 98 | 113 | |
91 | 140 | 18 | 102 | 99 | 114 | ||
92 | 145 | 18.2 | 103 | 100 | |||
93 | 18.4 | 103 | 100 | ||||
94 | 18.6 | 104 | 101 | ||||
95 | 18.7 | 105 | 102 | ||||
96 | 18.9 | 106 | 102 | ||||
97 | 19 | 106 | 103 | ||||
98 | 19.2 | 107 | |||||
98 | 19.3 | 107 | |||||
100 | 19.4 | 108 |
إتش بي | الجهد العالي | HRA | HRB | لجنة حقوق الإنسان | تنمية الموارد البشرية | النظام المنزلي | قوة الشد ميجا باسكال | |
المجال القياسي | كرة كربيد التنجستن كربيد التنجستن | |||||||
– | – | 940 | 85.6 | – | 68 | 76.9 | 97 | – |
– | – | 920 | 85.3 | – | 67.5 | 76.5 | 96 | – |
– | – | 900 | 85 | – | 67 | 76.1 | 95 | – |
– | -767 | 880 | 84.7 | – | 66.4 | 75.7 | 93 | – |
– | -757 | 860 | 84.4 | – | 65.9 | 75.3 | 92 | – |
– | -745 | 840 | 84.1 | – | 65.3 | 74.8 | 91 | – |
– | -733 | 820 | 83.8 | – | 64.7 | 74.3 | 90 | – |
– | -722 | 800 | 83.4 | – | 64 | 73.8 | 88 | – |
– | -712 | – | – | – | – | – | – | – |
– | -710 | 780 | 83 | – | 63.3 | 73.3 | 87 | – |
– | -698 | 760 | 82.6 | – | 62.5 | 72.6 | 86 | – |
– | -684 | 740 | 82.2 | – | 61.8 | 72.1 | – | – |
– | -682 | 737 | 82.2 | – | 61.7 | 72 | 84 | – |
– | -670 | 720 | 81.8 | – | 61 | 71.5 | 83 | – |
– | -656 | 700 | 81.3 | – | 60.1 | 70.8 | – | – |
– | -653 | 697 | 81.2 | – | 60 | 70.7 | 81 | – |
– | -647 | 690 | 81.1 | – | 59.7 | 70.5 | – | – |
– | -638 | 680 | 80.8 | – | 59.2 | 70.1 | 80 | – |
– | 630 | 670 | 80.6 | – | 58.8 | 69.8 | – | – |
– | 627 | 667 | 80.5 | – | 58.7 | 69.7 | 79 | – |
– | – | 677 | 80.7 | – | 59.1 | 70 | – | – |
– | 601 | 640 | 79.8 | – | 57.3 | 68.7 | 77 | – |
– | – | 640 | 79.8 | – | 57.3 | 68.7 | – | – |
– | 578 | 615 | 79.1 | – | 56 | 67.7 | 75 | – |
– | – | 607 | 78.8 | – | 55.6 | 67.4 | – | – |
– | 555 | 591 | 78.4 | – | 54.7 | 66.7 | 73 | 2055 |
– | – | 579 | 78 | – | 54 | 66.1 | – | 2015 |
– | 534 | 569 | 77.8 | – | 53.5 | 65.8 | 71 | 1985 |
– | – | 533 | 77.1 | – | 52.5 | 65 | – | 1915 |
– | 514 | 547 | 76.9 | – | 52.1 | 64.7 | 70 | 1890 |
-495 | – | 539 | 76.7 | – | 51.6 | 64.3 | – | 1855 |
– | – | 530 | 76.4 | – | 51.1 | 63.9 | – | 1825 |
– | 495 | 528 | 76.3 | – | 51 | 63.8 | 68 | 1820 |
-477 | – | 516 | 75.9 | – | 50.3 | 63.2 | – | 1780 |
– | – | 508 | 75.6 | – | 49.6 | 62.7 | – | 1740 |
– | 477 | 508 | 75.6 | – | 49.6 | 62.7 | 66 | 1740 |
-461 | – | 495 | 75.1 | – | 48.8 | 61.9 | – | 1680 |
– | – | 491 | 74.9 | – | 48.5 | 61.7 | – | 1670 |
– | 461 | 491 | 74.9 | – | 48.5 | 61.7 | 65 | 1670 |
444 | – | 474 | 74.3 | – | 47.2 | 61 | – | 1595 |
– | – | 472 | 74.2 | – | 47.1 | 60.8 | – | 1585 |
– | 444 | 472 | 74.2 | – | 47.1 | 60.8 | 63 | 1585 |
429 | 429 | 455 | 73.4 | – | 45.7 | 59.7 | 61 | 1510 |
415 | 415 | 440 | 72.8 | – | 44.5 | 58.8 | 59 | 1460 |
401 | 401 | 425 | 72 | – | 43.1 | 57.8 | 58 | 1390 |
388 | 388 | 410 | 71.4 | – | 41.8 | 56.8 | 56 | 1330 |
375 | 375 | 396 | 70.6 | – | 40.4 | 55.7 | 54 | 1270 |
363 | 363 | 383 | 70 | – | 39.1 | 54.6 | 52 | 1220 |
352 | 352 | 372 | 69.3 | -110 | 37.9 | 53.8 | 51 | 1180 |
341 | 341 | 360 | 68.7 | -109 | 36.6 | 52.8 | 50 | 1130 |
331 | 331 | 350 | 68.1 | -108.5 | 35.5 | 51.9 | 48 | 1095 |
321 | 321 | 339 | 67.5 | -108 | 34.3 | 51 | 47 | 1060 |
311 | 311 | 328 | 66.9 | -107.5 | 33.1 | 50 | 46 | 1025 |
302 | 302 | 319 | 66.3 | -107 | 32.1 | 49.3 | 45 | 1005 |
293 | 293 | 309 | 65.7 | -106 | 30.9 | 48.3 | 43 | 970 |
285 | 285 | 301 | 65.3 | -105.5 | 29.9 | 47.6 | – | 950 |
277 | 277 | 292 | 64.6 | -104.5 | 28.8 | 46.7 | 41 | 925 |
269 | 269 | 284 | 64.1 | -104 | 27.6 | 45.9 | 40 | 895 |
262 | 262 | 276 | 63.6 | -103 | 26.6 | 45 | 39 | 875 |
255 | 255 | 269 | 63 | -102 | 25.4 | 44.2 | 38 | 850 |
248 | 248 | 261 | 62.5 | -101 | 24.2 | 43.2 | 37 | 825 |
241 | 241 | 253 | 61.8 | 100 | 22.8 | 42 | 36 | 800 |
235 | 235 | 247 | 61.4 | 99 | 21.7 | 41.4 | 35 | 785 |
229 | 229 | 241 | 60.8 | 98.2 | 20.5 | 40.5 | 34 | 765 |
223 | 223 | 234 | – | 97.3 | -18.8 | – | – | |
217 | 217 | 228 | – | 96.4 | -17.5 | – | 33 | 725 |
212 | 212 | 222 | – | 95.5 | -16 | – | – | 705 |
207 | 207 | 218 | – | 94.6 | -15.2 | – | 32 | 690 |
201 | 201 | 212 | – | 93.8 | -13.8 | – | 31 | 675 |
197 | 197 | 207 | – | 92.8 | -12.7 | – | 30 | 655 |
192 | 192 | 202 | – | 91.9 | -11.5 | – | 29 | 640 |
187 | 187 | 196 | – | 90.7 | -10 | – | – | 620 |
183 | 183 | 192 | – | 90 | -9 | – | 28 | 615 |
179 | 179 | 188 | – | 89 | -8 | – | 27 | 600 |
174 | 174 | 182 | – | 87.8 | -6.4 | – | – | 585 |
170 | 170 | 178 | – | 86.8 | -5.4 | – | 26 | 570 |
167 | 167 | 175 | – | 86 | -4.4 | – | – | 560 |
163 | 163 | 171 | – | 85 | -3.3 | – | 25 | 545 |
156 | 156 | 163 | – | 82.9 | -0.9 | – | – | 525 |
149 | 149 | 156 | – | 80.8 | – | – | 23 | 505 |
143 | 143 | 150 | – | 78.7 | – | – | 22 | 490 |
137 | 137 | 143 | – | 76.4 | – | – | 21 | 460 |
131 | 131 | 137 | – | 74 | – | – | – | 450 |
126 | 126 | 132 | – | 72 | – | – | 20 | 435 |
121 | 121 | 127 | – | 69.8 | – | – | 19 | 415 |
116 | 116 | 122 | – | 67.6 | – | – | 18 | 400 |
111 | 111 | 117 | – | 65.7 | – | – | 15 | 385 |