سختی چیست

به مقاومت هر ماده در برابر تغییر شکل پلاستیک، سختی گفته می شود. سختی، میزان مقاومت سطح ماده در برابر تغییر شکل دائم یا پلاستیک است. از آنجایی که در هنگام تست میزان سختی ماده، نفوذکننده به سطح فشار داده می‌شود، سختی را می‌توان به عنوان میزان مقاومت ماده در برابر نیروی فشاری نیز تعریف کرد. هر چه سختی یک ماده بیشتر باشد دیرتر خراش برمی‌دارد. در حال حاضر الماس سخت ترین ماده شناخته شده در طبیعت است.

سختی سنجی چیست

سختی سنجی یک آزمونن مکانیکی بسیار مهم است که در طی چند صد سال گذشته، برای عمده مواد استفاده می شده و همچنان هم آزمونی بسیار مهم در شناخت مواد به حساب می آید. شواهد نشان می‌دهند سختی سنجی اولیه در سال ۱۷۷۲ شروع شد. در آن زمان لبه دو نمونه فلزی منشوری شکل بر روی هم فشار داده می شدند و هر ماده ای که بر روی دیگری خراش می‌انداخت سخت تر شناخته می شد. امروزه اصول سختی سنجی بر پایه‌ی اندازه گیری مقاومت جسم در برابر فرورفتگی سنجیده می‌شود. اساس این آزمون به صورت اندازه گیری میزان نفوذ جسم نفوذکننده درون نمونه‌ی آزمایش است. در مرحله‌ی بعد نیز نیروی لازم برای این کار افزایش یافته یا مقدار فرو روندگی در برابر نیرویی معین اندازه گیری می‌شود. به این ترتیب می‌توان سختی جسم مورد نظر را اندازه گیری کرد.

روش های سختی سنجی مواد

امروزه از روش های مختلف سختی سنجی به منظور اندازه گیری میزان سختی فلزات به ویژه پس از سخت کاری و عملیات حرارتی استفاده می‌شود. در ادامه این مطلب به توضیح انواع روش های سختی سنجی می پردازیم:

• سختی سنجی مینرالوژی (موس) : این روش در واقع همان روش قدیمی مذکور است که بعدها در سال ۱۸۲۲ به روش سختی سنجی ماینرالوژی (کانی شناسی) تکامل یافت. در این روش مینرال ها (سنگ ها) و سایر مواد بر حسب قدرت خراش دادن بر دیگر مواد طبقه بندی شده و در جدول موس (MOHS) جایگذاری می‌شوند. بر اساس این جدول، جسم سخت تر قایلیت ایجاد خراش بر روی جسم نرم تر را دارد. این روش، تست ساده ای برای سنجش سختی محسوب می شود اما معمولا برای فلزات مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.
• سختی سنجی شُور (SHORE) : سختی سنجی شور روشی قدیمی است که معمولا برای اندازه‌گیری سختی صفحات نازک به کار می‌رود. در این روش یک هرم الماسی (یا منشور) از ارتفاع معینی رها شده و پس از برخورد با صفحه مجدداً به طرف بالا باز می گردد. با توجه به ماکزیمم ارتفاع در هنگام بازگشت هرم، سختی ماده میتواند با روش سور محاسبه شود. بدین ترتیب که هر چه هرم یا منشور الماس پس از برخورد با صفحه به ارتفاع بالاتری برگردد، جسم سخت‌تر است، زیرا انرژی کمتری صرف تغییر شکل نرم جسم می‌شود.
• روش برینل (HB) : این روش یکی از روش های قدیمی سختی سنجی است که جز روش های ایستایی به حساب می ‌آید. در این روش ما ساچمه فولادی را به سطح مقطعی از نمونه می‌فشاریم. در این آزمون معمولا از یک ساچمه به قطر 10 میلی متر از جنس فولاد سخت استفاده می‌شود. این روش، از روش های خوب سختی سنجی است اما برای مواد بسیار سخت مورد استفاده قرار نمی‌گیرد، زیرا ساچمه ایی که به سطح مقطع مواد فشرده می‌شود باعث ایجاد تغییر شکل می‌شود و ساچمه خراب می‌شود و برای مواد بسیار نازک نیز استفاده نمی‌شود.
• روش ویکرز (HV) : در این روش ما الماسی هرمی شکل با سطح مقطع مربع را به سطح مقطع نمونه فشار می‌دهیم. این اعمال نیرو معمولا بین 10 تا 15 ثانیه، وارد می‌شود. پس از اعمال نیرو، نمونه زیر میکروسکوپ قرار می‌گیرد و سوراخ ایجاد شده توسط الماس مشاهده می‌شود. در این آزمایش باید نیروی اعمالی به وسیله الماس طوری تعیین شود که عمق سوراخ ایجاد شده در سطح مقطع نمونه نزدیک به 0.5 میلی متر باشد و زخامت نمونه بزرگتر از 1.5 برابر عمق سوراخ ایجاد شده باشد. در این روش می‌توان سختی فلزات نرم و سخت را اندازه گیری کرد ولی کار با این روش، به دلیل اینکه باید نمونه آزمایش آماده سازی شود؛ روش وقت گیری نسبت به سایر روش ها است.

انتخاب روشی مناسب برای سختی سنجی

همانطور که مشاهده کردید، روش های سختی سنجی بسیار گوناگون است و انتخاب یکی از این روش های برای بدست آوردن اطلاعات راجب مواد در حال برسی، بستگی به این دارد که مثلا ماده ما نرم است یا سخت، فلز است یا غیر فلز، قابل نمونه سازی است یا خیر و از همه مهم تر اینکه دقت در اندازه گیری برای ما چقدر اهمیت دارد.