اختبار صلابة روكويل هو طريقة شائعة الاستخدام لتقييم صلابة المواد في الصناعات الحديثة. يوفر نتائج فورية بقياس عمق الانبعاج تحت حمل قياسي، مما يُغني عن القياس البصري. تُقلل هذه البساطة من أخطاء المُشغّل، وتُسرّع الإنتاج، وتدعم الاختبار الآلي. بفضل سرعته واتساقه وسهولة استخدامه، يُعدّ روكويل الطريقة المُفضّلة في اختبار الصلابة.
المحتويات
ما هو اختبار صلابة روكويل؟
اخترع اختبار صلابة روكويل شخصان، هما هيو روكويل وستانلي ب. روكويل. لم تكن تربطهما صلة قرابة، لكنهما كانا يعملان في شركة نيو ديبارتشر في بريستول. كانت الفكرة ابتكار اختبار أكثر فعالية، لا يعتمد على المُشغّل بقدر ما تعتمد عليه الطرق الأخرى. تقدما بطلب للحصول على براءة اختراعهما في 1914 يوليو 15، ولكن الموافقة جاءت أخيرًا في 11 فبراير 1919، بعد خمس سنوات.
يقيس اختبار صلابة روكويل صلابة المادة بقياس عمق ثقبها بواسطة المثقب تحت تأثير حمل. وعلى عكس برينيل أو فيكرز، لا يقيس روكويل حجم المثقب بالملاحظة البصرية، بل يُعطي الجهاز قراءة مباشرة.
إجراء اختبار صلابة روكويل
يتضمن مبدأ طريقة اختبار صلابة روكويل استخدام حمل صغير وكبير للتحقق من صلابة مادية وفقًا لقياس العمق التفاضلي. كما يُطبّق أحمالًا مختلفة باستخدام مُسننات مختلفة، تُعرف بالمقاييس. يُشار إلى المقاييس بأحرف أخيرة مختلفة مثل HRA وHRB وHRC، وما إلى ذلك، والتي تُشير إلى اختلاف رقم صلابة روكويل (HR) الناتج عن تطبيق أحمال مختلفة.
إعداد عينة
لمنع تشوه عينة الاختبار تحت الحمل المطبق، تأكد من أن السطح أملس ومسطح ونظيف وسميك.
اختيار المقياس الصحيح
اختر المقياس وفقًا لنوع المادة المُختبرة. على سبيل المثال، اختر HRB للنحاس أو النحاس الأصفر الناعم، وHRC للفولاذ المُقسّى.
خطوات الاختبار
قم بتطبيق حمل صغير يبلغ 10 كجم لتعيين نقطة مرجعية صفرية باستخدام المخروط، ثم قم بقياس عمق المسافة البادئة باستخدام القرص أو الشاشة الرقمية.
قم بتطبيق الحمل الرئيسي (60/100/150 كجم قوة حسب المقياس) على نفس المكان الذي تم تطبيق الحمل الصغير فيه.
والشيء التالي هو عمل مسافة أعمق، وللقيام بذلك، يتم وضع الحمل الرئيسي لمدة انتظار تبلغ حوالي 2-6 ثوانٍ، حتى يمكن أخذ القياس.
لقياس المسافة البادئة النهائية، عليك إزالة الحمل الرئيسي، مع ترك الحمل الثانوي.
قراءة القياسات وقيمة الصلابة مباشرة من الجهاز.
جهاز اختبار صلابة روكويل
تتكون آلة اختبار صلابة روكويل من نظام مسنن، وآلية تطبيق الحمل، وواجهة قراءة مباشرة (إما قرص تناظري أو شاشة رقمية). النوعان الرئيسيان من المسننات هما مسننات الكرة الفولاذية لاختبار المواد الأكثر ليونة (مثل مقياس HRB) ومسننات المخروط الماسي (Brale) للمواد الأكثر صلابة (مثل مقياس HRC).
تطبيقات اختبار صلابة روكويل
ومن المعروف أن اختبار صلابة روكويل بسيط وقابل للتكيف؛ ولهذا السبب، يتم استخدامه عادة في العديد من التطبيقات عبر الصناعات المختلفة:
- يستخدم في المعادن والسبائك لتقييم صلابة الفولاذ وسبائك النحاس والألمنيوم وغيرها.
- يتم تطبيقه في التصنيع والهندسة لإنتاج خطوط للتحقق السريع من الجودة.
- في صناعة السيارات والطيران لضمان أن تكون المكونات الهيكلية متينة وقوية.
- يتم استخدامه للتحقق من المعالجة الحرارية للتأكد من فعالية العمليات مثل التلدين والإطفاء.
مزايا وعيوب اختبار صلابة روكويل
المزايا
- بالمقارنة مع طرق الاختبار الأخرى، فإن اختبار صلابة روكويل أسرع ويوفر الوقت لأن القيم تُقرأ على الفور من الشاشة.
- هذه الطريقة لا تحتوي على أخطاء تقريبًا لأن القياسات تتم بشكل أساسي تلقائيًا وليس عن طريق مشغلين بشريين
- يتم إجراء القياسات بالعين المجردة؛ وهنا لا توجد حاجة لاستخدام جهاز بصري مثل المجهر للإجراءات.
- يمكن استخدامه لاختبار مجموعة واسعة من المواد ومستويات الصلابة، مما يجعله طريقة اختبار متعددة الاستخدامات وقابلة للتطوير.
- اختبار صلابة روكويل فعال للغاية من حيث التكلفة.
عيوب
من أهم عيوب هذا الاختبار حساسيته لطبيعة سطح مادة الاختبار، وما إذا كان ملوثًا بالزيت، وما إذا كان خشنًا أو منحنيًا. وقد يؤدي ذلك إلى نتائج غير متساوية. ومن عيوبه أيضًا أن طريقة الاختبار هذه تُفضل العينات ذات السطح المسطح، حيث يصعب التعامل معها مع الأشكال المعقدة.
الفرق بين اختبارات صلابة برينيل وروكويل وفيكرز
يوفر الجدول أدناه مقارنة بين برينل، روكويل، و اختبارات صلابة فيكرز.
| الميزات | روكويل | برينل | فيكرز |
|---|---|---|---|
| نوع إندينتر | كرة فولاذية / ماسية | الكرة الصلب | هرم الماس |
| أساس القياس | عمق | قطر المسافة البادئة | المسافة البادئة القطرية |
| تحميل المدى | 60–150 كجم | 500–3000 كجم | 1–100 كجم |
| أفضل ل | جميع المعادن | المواد الخشنة | المواد الرقيقة والصلبة |
| دقة | معتدل | منخفض | مرتفع |
| سهولة الاستعمال | عالي جدا | معتدل | يتطلب مجهرًا |
| سرعة التطبيق | سريعة | أبطأ | معتدل |
| إعداد السطح | أدنى | أكثر أهمية | حرجة للغاية |
كل اختبار صلابة للمواد له مكانته الخاصة؛ حيث يتم تفضيل اختبار Rockwell للسرعة والأتمتة، واختبار Brinell للأسطح غير المستوية، واختبار Vickers للصلابة الدقيقة والمواد الرقيقة.
الأسئلة الشائعة
1. كم عدد مقاييس اختبار صلابة روكويل الموجودة؟
هناك 30 مقياس صلابة روكويل في المجموع والتي تعتمد على نوع المادة، ويتم الإشارة إلى كل منها بأحرف مثل A، B، C، وما إلى ذلك. يتم تجميعها في فئتين وهما مقاييس روكويل العادية ومقاييس روكويل السطحية.
2. ما هو الفرق بين مقاييس روكويل العادية والسطحية؟
تُستخدم مقاييس روكويل العادية لاختبار المواد السميكة بتطبيق أحمال أكبر، على سبيل المثال، يُطبّق حمل خفيف يبلغ حوالي 10 كجم، مع أحمال رئيسية تتراوح بين 50 و150 كجم. من ناحية أخرى، تُستخدم مقاييس روكويل السطحية لاختبار المواد الرقيقة، حيث يُطبّق حمل خفيف يبلغ حوالي 3 كجم، مع أحمال رئيسية تتراوح بين 15 و45 كجم.