مرکز دانلود کتاب الکترونیک مواد ، مکانیک ، عمران و مهندسی شیمی

سختی سنجی راکول یکی از چهار روش متداول برای انجام آزمایش سختی فرورفتگی یا سختی نفوذی است.

در روش سختی سنجی راکول ابزاری وجود دارد که با استفاده از آن می توان سختی را مستقیماً خواند. اساس کار این روش اندازه گیری اختلاف عمق نفوذ در ماده است. متداولترین آزمون سختی در ایالات متحده آزمایش راكول بوده است. دلیل این امر سرعت، عدم امكان بروز خطا از طرف شخص، قابلیت تشخیص تغییرات كوچك سختی در فولاد سخت شده و كوچك بودن اندازه فرورفتگی است به طوری كه قطعات عملیات حرارتی شده نهایی می توانند بدون صدمه دیدن آزمایش شوند.

همان طور که گفته شد، در این آزمایش از عمق فرورفتگی تحت بار ثابت به عنوان مقیاسی برای سختی استفاده می شود. ابتدا یک نیروی اولیه اعمال می شود. این بار نیاز به آماده كردن سطح را به حداقل رسانده و تمایل به ایجاد فرورفتگی یا برآمدگی توسط سنبه را كم می كند. سپس بار اصلی وارد شده و عمق فرورفتگی به طور خودكار ثبت می شود. سپس بار اصلی از روی قطعه برداشته شده و تا نیروی اولیه کاهش داده می شود.

عموما دو نوع سختی سنج راکول وجود دارد. نوع معمولی که برای مقاطع نسبتا ضخیم و نوع سطحی که برای مقاطع نازک به کار می رود. بار اولیه در سختی سنج راکول معمولی 10Kg و در سختی سنج سطحی 3Kg می باشد.

در روش راکول انواع فرو رونده و نیروهای مختلف را می توان به کار برد و هر ترکیب از این دو معرف مقیاس راکول مخصوصی است. مقیاس های مختلف راکول و نمونه های مورد آزمون در جدول 2 آورده شده است. در اکثر موارد برای اندازه گیری سختی فلزات از سه روش زیر بیشتر استفاده می شود:

راکول A :

که نیروی 60 کیلوگرم را اعمال می کند

راکول B :

که نیروی 100 کیلوگرم را اعمال می کند

راکول C :

که نیروی 150 کیلوگرم را اعمال می کند

جدول استاندارد سختی سنجی راکول

مقیاس های مختلف راکول با ایندنتور های مختلف

Use	Indenter	Load	Abbreviation	Scale
Tungsten carbide	120° diamond spheroconical	60kgf	HRA	A
Aluminium, brass, and soft steels	1⁄16-inch-diameter (1.588 mm) steel sphere	100kgf	HRB	B
Harder steels >B100	120° diamond spheroconical	150kgf	HRC	C
	120° diamond spheroconical	100kgf	HRD	D
	1⁄8-inch-diameter (3.175 mm) steel sphere	100kgf	HRE	E
	1⁄16-inch-diameter (1.588 mm) steel sphere	60kgf	HRF	F
	1⁄16-inch-diameter (1.588 mm) steel sphere	150kgf	HRG	G

اساس کار اغلب این دستگاه ها به نقطه اثر ایجاد شده به روی سطح فلز است. در راکول ساچمه ای به کمک یک ساچمه به سطح فلز نیرو اعمال می شود که این ساچمه دارای اندازه های مختلفی است ولی در راکول سوزنی به کمک یک سوزن نیرو به سطح فلز اعمال می شود و نقطه اثر آن بصورت یک مخروط 120 درجه خواهد بود. راکول های از نوع A و C هر دو نقطه اثر آن ها بصورت یک مخروط 120 درجه است.

آزمایش سختی راكول شبیه آزمایش برینل است كه در آن عدد سختی، نسبتی از بزرگی حفره ای است كه توسط یك ایندنتور (عمق نفوذ) و با وارد آوردن یك بار ثابت معین بر روی قطعه نمونه بوجود می آید. آزمایش راكول با آزمایش برینل از نظر اصول متفاوت است، زیرا در آزمایش راكول سه نوع بار و فرو رونده مختلف را می توان انتخاب نمود. اختلاف آزمایش راكول با آزمایش برینل در كوچكتر بودن بار وارده و شكل فرو رونده ایجاد كننده حفره است و در نتیجه حفره ایجاد شده كوچكتر و كم عمق تر خواهد بود. بنابراین طیف كاربرد آن وسیعتر از آزمایش برینل و انجام آن سریعتر می باشد چون می توان مستقیماَ قرائت عدد سختی را انجام داد.

انواع ایندنتورها با نوک ساچمه ای و یا هرم یا مخروط الماسی که در آزمون های سختی سنجی به کار می روند

 

جدول استاندارد معیارهای مختلف راکول

معیار	مخفف	بار	فرورونده	کاربرد
A	HRA	۶۰ kgf	مخروط الماسی ‎۱۲۰°‎	فولادهای نازک و سخت‌کاری سطحی شده
B	HRB	۱۰۰ kgf	کره فولادی با قطر ۱/۱۶ اینچ	آلیاژهای آلومینیوم، آلیاژهای مس و فولادهای نرم
C	HRC	۱۵۰ kgf	مخروط الماسی ‎۱۲۰°‎	فولادهای سخت، آلیاژهای تیتانیوم
D	HRD	۱۰۰ kgf	مخروط الماسی ‎۱۲۰°‎	آهن مالیبل پرلیتی
E	HRE	۱۰۰ kgf	کره فولادی با قطر ۱/۸ اینچ	چدن، آلیاژهای آلومینیوم منیزیم
F	HRF	۶۰ kgf	کره فولادی با قطر ۱/۱۶ اینچ	آلیاژهای مس آنیل‌شده
G	HRG	۱۵۰ kgf	کره فولادی با قطر ۱/۱۶ اینچ	برلیم-مس، آهن‌های مالیبل
H	HRF	۶۰ kgf	کره فولادی با قطر ۱/۸ اینچ	آلومینیوم، روی، سرب
K	HRF	۱۵۰ kgf	کره فولادی با قطر ۱/۸ اینچ	مواد بسیار نرم یا نازک
L	HRF	۶۰ kgf	کره فولادی با قطر ۱/۴ اینچ	مواد بسیار نرم یا نازک
M	HRF	۱۰۰ kgf	کره فولادی با قطر ۱/۴ اینچ	مواد بسیار نرم یا نازک
P	HRF	۱۵۰ kgf	کره فولادی با قطر ۱/۴ اینچ	مواد بسیار نرم یا نازک
R	HRF	۶۰ kgf	کره فولادی با قطر ۱/۲ اینچ	مواد بسیار نرم یا نازک
S	HRF	۱۰۰ kgf	کره فولادی با قطر ۱/۲ اینچ	مواد بسیار نرم یا نازک
V	HRF	۱۵۰ kgf	کره فولادی با قطر ۱/۲ اینچ	مواد بسیار نرم یا نازک

نحوه انجام آزمون راکول

هنگامی که یک فرورونده تحت تاثیر نیرو به درون یک ماده فشرده می شود، هر دو نوع کرنش الاستیک و پلاستیک در این ماده به وجود می آید. ولی، سختی، مقاومت ماده در برابر تغییر شکل پلاستیک است. بنابراین، باید نیروی فرو رونده قبل از خواندن سختی حذف شود. البته برای اطمینان از این که اندازه خوان عدد درست سختی را نشان می دهد، هنگام خواندن، یک نیروی مختصر روی فرو رونده اعمال می شود تا مطمئن شویم که فرو رونده در تماس کامل با کف فرورفتگی قرار دارد. این امر در سختی راکول از طریق اعمال یک نیروی جزئی (کم) و یک نیروی کلی (زیاد) حاصل می شود. روش استفاده از این دو نیرو به شکل زیر است:

1- نمونه آزمایش در تماس با فرورونده قرار گرفته و آنقدر به سمت فرورونده حرکت داده شود تا عقربه کوچک صفحه نمایش به محل از پیش تعیین شده روی صفحه برسد. با این عمل فرو رونده روی یک فنر فشرده می شود تا نیروی وارد شده از فنر، روی ماده از طریق فرورونده به 10 کیلوگرم برسد.

2- صفحه نمایش روی مرجع درست (صفر برای فرورونده الماسی و 30 برای فرورونده کروی) قرار گیرد.

3- نیروی کلی 50، 90 یا 140 کیلوگرم اعمال شود تا برحسب مقیاس مورد نظر نیروی اصلی 60، 100 یا 150 کیلوگرم وارد شود.

4- نیروی کلی به مدت 4 تا 7 ثانیه نگاه داشته شود.

5- ضمن نگه داشتن نیروی جزئی روی نمونه نیروی کلی برداشته شود.

6- عدد سختی از روی صفحه نمایش خوانده می شود.

بیشترین درجه اطمینان به نتایج آزمون راکول هنگامی است که عدد سختی بین 20 و 70 باشد. اگر نمونه بیش از اندازه نازک باشد، نتیجه، بیانگر خاصیت واقعی ماده نخواهد بود. حد ضخامت نمونه های آزمایش سختی راکول در مقیاس های مختلف در استاندارد انگلیسی 891 بدست آمده است.

مقیاس های مختلف راکول با همدیگر همپوشانی دارند و نکته مهم این است که ترکیب مناسب فرورونده و نیروی فشار برای ماده مورد نظر انتخاب شود. عمق حفره نباید از 100 درجه صفحه نمایش تجاوز کند. نکته بسیار مهم دیگر این است که هنگام گزارش عدد سختی راکول حتما مقیاس مربوطه همراه با عدد ذکر شود، در غیر این صورت عدد سختی فاقد معنی خواهد بود.

نکات مهم آزمون راکول

آزمایش سختی راکول یک آزمایش بسیار مفید و قابل تکرار است، به شرطی که اقدامات ساده ای طی آن رعایت شود. بیشتر نکاتی که در زیر ذکر می شوند باید در مورد سایر آزمایش های سختی هم رعایت شوند:

1- سنبه و قسمت نگهدارنده قطعه باید تمیز بوده و به طور مناسب قرار گیرند.

2- سطح آزمایش باید تمیز، خشک صاف و بدون زنگ باشد. معمولا برای آزمایش راکول، سطحی که سنگ زیر خورده شده باشد کافی است.

3- سطح باید صاف و عمود بر سنبه باشد.

4- آزمایش سطوح استوانه ای سختی را کمتر از سختی واقعی نشان داده و میزان خطا به شعاع انحنا، بار، سنبه، و سختی ماده بستگی دارد. از این رو تصحیح های نظری و تجربی خاصی انجام گرفته است.

5- ضخامت نمونه باید طوری باشد که در سمت مخالف قطعه علامت یا برآمدگی ایجاد نشود. توصیه می شود که ضخامت حداقل 10 برابر عمق فرورفتگی باشد. آزمایش ها فقط باید بر یک سوی ماده انجام شوند.

6- فاصله بین فرورفتگی ها باید 3 تا 5 برابر قطر فرورفتگی باشد.

7- سرعت وارد شدن بار باید استاندارد باشد. این عمل با قرار دادن کمک فنر بر دستگاه آزمایش راکول انجام می شود. سرعت وارد کردن بار باید به دقت کنترل شود، چون تغییرات سختی در فلزات خیلی نرم زیاد است. برای چنین موادی دسته دستگاه آزمایش راکول باید به محض وارد کردن کامل بار اصلی به عقب برگردانیده شود.