بازدید کننده عزیز سایت دیجی صنعتی هنوز به طور کامل آماده نشده به این معنی که محصولات در جریان قیمت گذاری است.لذا شما فقط می توانید از اطلاعات فنی موجود استفاده نمایید.برای خرید حتما تماس بگیرید.

درجه سختی مواد لوله

درجه سختی مواد لوله

درجه سختی مواد لوله

Pipe Material Hardness

 

 

Description:

یکی از آزمایش­های بسیار مهم در تعیین خواص مکانیکی مواد تشکیل دهنده بدنه لوله، آزمایش سختی سنجی است که جهت تعیین درجه سختی مواد لوله انجام می­شود. درجه سختی ( Hardness ) در واقع یک خاصیت مکانیکی مهمی است که به عنوان معیاری برای بیان مقاومت یک ماده در برابر تغییر شکل کشسان یا مومسان موضعی ( مثل فرورفتگی سطحی، خراش یا جذب انرژی ) به کار می رود. خواص مکانیکی سختی و استحکام کششی، هر دو نشان دهنده مقاومت ماده در برابر تغییر شکل پلاستیک هستند و بنا بر این می­توان گفت که ایندو تقریباً با هم متناسب هستند.

مقیاس های مختلفی برای تعیین درجه سختی مواد لوله و در کل مواد مختلف وجود دارد. اما رایج­ترین روش­ها در تعیین درجه سختی مواد لوله روش راکول و برینل است که با توجه به شکل فرورفتگی، اندازه و مقدار بار وارده تعریف می شوند.امکان تبدیل درجه سختی هایی که با یک مقیاس مشخص اندازه گیری شده اند به مقیاس های دیگر با توجه به یک سری از اطلاعات و نتایج تجربی به دست آمده از آزمایش وجود دارد اما در استفاده از این اطلاعات باید دقت کامل را به عمل آورد.

 

Keywords:

درجه سختی مواد لوله، سختی سطح، مقیاس سختی سنجی، آزمون سختی سطح لوله، استحکام کششی، تبدیل سختی، لوله، لوله فولادی.

Pipe Material Hardness, Surface Hardness, Pipe Hardness Test, Tensile Test, Hardness Conversion, Pipe, Steel Pipe.

 

 

بسیاری از مواد در عمل در معرض انواع نیرو یا بار ( Load ) قرار می گیرند. این موضوع در مورد لوله ها ممکن است به صورت فشار داخلی، فشار خارجی، ضربه، بار تکیه گاهی،تنش های حرارتی یا هر عامل دیگری در سیستم لوله کشی که باعث ایجاد تنش در لوله­هاست باشد. در چنین شرایطی داشتن مشخصه های موادی که قطعات یا لوله ها از آن ساخته می شود برای جلوگیری از وقوع تغییر شکل، شکست یا تخریب، ضروری است. رفتار مکانیکی یک ماده در واقع نشان دهنده رابطه بین تغییر شکل ماده و نیروی وارد شده به آن ( بار اعمال شده به آن ) است.

تعیین خواص مکانیکی مواد با بکارگیری تجهیزات و روش های دقیق آزمایش که تا حد امکان مطابق شرایط عملی است صورت می­پذیرد. عواملی که در حین آزمایش باید مدنظر قرار گیرد شامل ماهیت و مدت بار اعمال شده و نیز شرایط محیطی آزمایش است. . یکی از آزمایش­های بسیار مهم در تعیین خواص مکانیکی مواد تشکیل دهنده بدنه لوله، آزمایش سختی سنجی است که جهت تعیین درجه سختی مواد لوله انجام می­شود.

درجه سختی ( Hardness ) در واقع یک خاصیت مکانیکی مهمی است که به عنوان معیاری برای بیان مقاومت یک ماده در برابر تغییر شکل مومسان موضعی (فرورفتگی یا خراش ) به کار می رود. آزمایش های اولیه سختی سنجی بر پایه کانی های طبیعی صورت می گرفت و توانایی یک ماده برای خراش دادن ماده نرم تر سنجیده می­شد. به همین دلیل این روش تعیین سختی به روش آزمون خراش ( Scratch Hardness Test ) نیز شهرت دارد. در آن زمان مقیاس مو ( Mohs ) یک شاخص کیفی سختی بود که در آن از نرم­ترین ماده یعنی تالک با مقیاس 1 تا الماس با مقیاس 10 را در بر می­گرفت. سپس روش­هایی کمّی برای تعیین درجه سختی توسعه یافت که عموماً در آنها از اعمال فشار به وسیله یک قطعه سخت کوچک به سطح نمونه آزمایشی تحت شرایط کنترل شده بار و سرعت، استفاده می­شد. در این روش­ها با اندازه گیری عمق یا اندازه فرورفتگی قطعه سخت کوچک در سطح نمونه این ارتفاع فرورفتگی به عدد سختی معیاری نسبت داده می­شد. واضح است که در انجام آزمایش های سختی سنجی، ماده نرم­تر همواره دارای فرورفتگی وسیع­تر و عمیق­تر در سطح و در نتیجه عدد سختی کمتر است. در واقع در تمامی این روش­ها، درجه سختی اندازه گیری شده برای نمونه یک مقدار نسبی است و بنا بر این، در هنگام مقایسه مقادیر به دست آمده از روش­های مختلف باید به این نکته توجه نمود که هر مقیاس نسبت به چه چیزی سنجیده می­شود.

در کل آزمون های سختی سنجی در یک دسته بندی کلی به سه دسته تقسیم می­شوند:

  1. آزمون های سختی سنجی خراش ( Scratch Hardness Test ): در این آزمون ها با استفاده از ایجاد خراش روی سطح قطعه درجه سختی سطح آن را تعیین می­کنند. این روش­ها در واقع مقاومت در برابر برش یا سایش قطعه را تعیین می­کنند. مقیاس مو مقیاسی است که بر پایه این روش ایجاد شده است.
  2. آزمون های سختی سنجی الاستیک ( Elastic Hardness Test ): در این نوع آزمون برای تعیین سختی سطح قطعه با رها کردن یک ساچمه بر روی سطح و اندازه گیری ارتفاع برگشت ساچمه انرژی جذب شده توسط سطح را محاسبه می­کنند. این مقدار انرژی جذب شده در واقع خود معیاری برای محاسبه درجه سختی سطح است. این آزمون های سختی برگشت یا انعکاس سطح را نشان می­دهند. دستگاه اسکلروسکوپ ( Scleroscope ) متداول ترین دستگاه آزمایش سختی دینامیک است که سختی را بر حسب ارتفاع بازگشت ساچمه اندازه می گیرد.
  3. آزمون های سختی سنجی فرورفتگی ( Penetration Hardness Test ): این روش های آزمون بیشتر مقاومت در برابر فرورفتگی سطح را نشان می­دهند و متداول­ترین روش های تعیین سختی در لوله ها هستند. این روش ها شامل روش راکول، برینل، ویکرز و نوپ می­شود که در ادامه بحث به هرکدام از این روش­ها پرداخته شده است.

آزمایش های سختی سنجی به خاطر چند ویژگی خوب که دارند همواره بیش از سایر آزمایش های تعیین خواص مکانیکی مواد انجام می­پذیرند و در واقع طرفدار بیشتری دارند:

  1. این آزمایش­ها ساده و ارزان هستند، به تهیه نمونه نیازی نیست و تجهیزات آزمایش نسبتاً ارزان است؛
  2. این آزمایش­ها غیرمخرب هستند به این معنی که نمونه در حین آزمایش نمی شکند یا تغییر شکل خاصی نمی دهد و تنها یک فرورفتگی کوچک در سطح آن پدید می آید؛
  3. سایر خواص مکانیکی ماده، نظیر استحکام کششی را می توان به طور تقریبی از مقدار درجه سختی نمونه تخمین زد.

همان طور که پیش­تر نیز بیان شد، روش­های مختلفی برای انجام آزمایش سختی سنجی وجود دارد. در جدول زیر مختصری از هر یک از این روش­ها و در ادامه نیز توضیحات تکمیلی آنها ارائه شده است.

روش­های مختلف انجام تست سختی سنجی

1.jpg

آزمایش سختی راکول

این آزمایش به دلیل ساده بودن و عدم نیاز به مهارت زیاد جزء رایجترین روش های سختی سنجی است که معمولاً طبق استاندارد ASTM E 18 انجام می­شود. طبق این استاندارد، در این روش آزمایش سختی سنجی با استفاده از فرو رونده های مختلف و اعمال نیروهای مختلف، مقیاس­های مختلفی پدید می آید که امکان بکارگیری آن را برای انواع آلیاژهای فلزی و نیز برخی پلیمرها میسر می سازد. فرو رونده های گوی کروی برای انجام آزمایش از جنس فولاد سخت کاری شده با قطرهای 1/16،1/8 ،1/4  و 1/2 اینچ هستند. در این روش برای تعیین درجه سختی مواد سخت­تر نیز از یک الماس مخروطی شکل جهت انجام آزمایش استفاده می شود.

در این سیستم، عدد سختی از اختلاف عمق نفوذ فرورفتگی با اعمال حداقل بار اولیه و بار اصلی که بزرگتر از بار اولیه است به دست می آید. استفاده از یک بار حداقل، دقت آزمایش را افزایش می دهد. بر اساس دامنه این دو بار، دو نوع آزمایش وجود دارد: راکول ( Rockwell ) و راکول سطحی  ( Superficial Rockwell )که آزمایش سختی سطحی غالباً برای نمونه های نازک به کار رود. در آزمایش راکول، بار حداقل، 10 kg و بار اصلی 60، 100 و 150 kg است. اما برای آزمایش­های راکول سطحی بار حداقل، 3 kg و بار اصلی 15، 30 و 45 kg است.

در آزمایش سطحی سنجی راکول و راکول سطحی مقیاس­ها را با حروف الفبا نشان می دهند. این مقیاس­ها در دو جدول زیر بر حسب فرو رونده و بار به ترتیب برای سختی راکول در جدول اول و برای سختی راکول سطحی در جدول دوم ارائه شده است.

مقیاس­های سختی راکول (Rockwell Hardness Scales )

نماد مقیاس

فرو رونده

مقدار بار اصلی ( kg )

A

الماس

60

B

گوی 1/16 اینچ

100

C

الماس

150

D

الماس

100

E

گوی 1/8 اینچ

100

F

گوی 1/16 اینچ

60

G

گوی 1/16 اینچ

150

H

گوی 1/8 اینچ

60

K

گوی 1/8 اینچ

150

 

 

 

مقیاس­های سختی راکول سطحی ( Superficial Rockwell Hardness Scales )

نماد مقیاس

فرو رونده

مقدار بار اصلی ( kg )

15N

الماس

15

30N

الماس

30

45N

الماس

45

15T

گوی 1/16 اینچ

15

30T

گوی 1/16 اینچ

30

45T

گوی 1/16 اینچ

45

15W

گوی 1/8 اینچ

15

30W

گوی 1/8 اینچ

30

45W

گوی 1/8 اینچ

45

 

 

عدد سختی در مقیاس راکول تا 130 معتبر است، گرچه مقادیر بیشتر از 100 و کمتر از 20 در هر مقیاسی از آن نیز دقیق نخواهد بود و بهتر است از روش دیگر سختی سنجی استفاده شود. در این روش آزمایش همچنین باید ضخامت نمونه حداقل 10 برابر عمق فرورفتگی باشد، در غیر اینصورت نتایج آزمایش از دقت لازم برخوردار نیست. تجهیزات جدید سختی سنجی راکول به صورت خودکار و بسیار ساده عمل می کند و مستقیم و به سرعت در طی چند ثانیه سختی نمونه را به دست می دهد.

آزمایش سختی برینل

آزمایش سختی سنجی برینل ( Brinell )  طبق استاندارد ASTM E 10 انجام می­شود. در آزمایش برینل نیز شبیه به آزمایش راکول، یک فرورونده کروی در سطح نمونه آزمایشی فرو می رود. قطر این گوی فولادی سخت شده ( یا کاربید تنگستن ) 10 mm است. بار اعمالی معمولاً بین 500 kg و 3000 kg است که با افزایش 500 کیلوگرمی اعمال می­شود. در این آزمایش، بار بین 10 - 30 ثانیه بر روی نمونه به صورت ثابت نگهداشته می شود و پس از آن با اندازه­گیری قطر سوراخ ایجاد شده بر روی سطح نمونه ( فرو رفتگی ) می­توان عدد سختی برینل را محاسبه کرد. در واقع عدد سختی برینل ( HB ) به صورت تابعی از دامنه بار اعمالی و قطر فرورفتگی است.

آزمایش سختی ویکرز و نوپ

در این دو آزمایش یک فرورونده بسیار کوچک الماسی با هندسه هرمی شکل به سطح نمونه فرو می رود. بار اعمالی بسیار کمتر از آزمایش راکول و برینل و بین 1 تا 1000 گرم ( 0.001 تا 1 کیلوگرم ) است. نماد نمایش درجه سختی ویکرز HV و نماد درجه سختی نوپ HK است. در این آزمایش­ها اثری که روی سطح نمونه پدید می آید در زیر میکروسکوپ مشاهده و اندازه گیری می­شود و سپس با استفاده از فرمول­های مربوطه عدد سختی محاسبه می شود. دقت در انجام آزمایش مستلزم آماده سازی دقیق سطح نمونه شامل سنگ زنی و صیقل کاری است. مقیاس هر دو روش تقریبا یکسان است. این دو روش را روش آزمایش ریز سختی ( Microhardness ) می نامند که برای سختی سنجی مناطق کوچک و انتخاب شده نمونه ها به کار می رود. روش نوپ برای سختی سنجی مواد ترد مثل سرامیکها استفاده می شود.

آزمایش سختی سنجی ویکرز طبق استاندارد  ASTM E 92انجام می­شود. استاندارد ASTM E 384 نیز به بررسی روش های آزمایش ریز سختی پرداخته است که شامل هر دو روش ویکرز و نوپ می­شود.

تبدیل سختی ها

امکان تبدیل درجه سختی هایی که با یک مقیاس مشخص اندازه گیری شده اند به مقیاس های دیگر، یک امکان بسیار مطلوب و کاربردی است. البته به دلیل اختلاف در تعاریف موجود برای این خاصیت مکانیکی و همچنین به دلیل عدم شباهت در نتایج تجربی به دست آمده به روش­های مختلف، هنوز یک مقیاس جامع برای تبدیل اعداد درجه سختی در مقیاس­های مختلف وجود ندارد و عموماً اطلاعات موجود یک سری داده های تجربی هستند و کاملاً به نوع ماده و مشخصه های آن بستگی دارند.

مطمئن تری اطلاعات تبدیل سختی برای فولادها درشکل زیر بین تعدادی از مقیاس­های درجه سختی شامل مقیاس­های راکول ( HRB & HRC )، برینل ( HB ) و نوپ ( HK ) نشان داده شده است.

تبدیل سختی ها.png

البته جداول تبدیل دقیقی نیز برای فلزات و آلیاژهای مختلف در استاندارد ASTM E 140 ارائه شده است که می­توان از آنها جهت تبدیل درجه سختی­ها بین مقیاس­های مختلف سختی استفاده کرد. اما با توجه به بحث های قبلی در مورد این خاصیت مکانیکی باید همواره در برون یابی از داده های تبدیل سختی بین سیستم­های آلیاژی مختلف دقت کافی به عمل آورد.

 

 

 

ارتباط بین سختی و استحکام کششی

خواص مکانیکی سختی و استحکام کششی، هر دو نشان دهنده مقاومت ماده در برابر تغییر شکل پلاستیک هستند و بنا براین می­توان گفت که ایندو تقریباً با هم متناسب هستند. این موضوع برای چدن، فولاد و برنج در شکل زیر نشان داده شده است.

تبدیل استحکام کششی به درجه سختی راکول و برینل.jpg

در شکل بالا رابطه بین استحکام کششی و درجه سختی های راکول و برینل برای این سه فلز نشان داده شده است. اما اطلاعات این شکل را نمی­توان برای تمام فلزات به کار برد. در مورد اغلب فولادها البته می توان قاعده کلی زیر را برای ارتباط بین سختی برینل ( HB ) و استحکام کششی (ST  ) به کار برد:

در سیستم آحاد متریک:               ST (MPa) = 3.45 × HB

در سیستم آحاد اینچی:                  ST (psi) = 500 × HB

 

 درجه سختی مواد لوله، سختی سطح، مقیاس سختی سنجی، آزمون سختی سطح لوله، استحکام کششی، تبدیل سختی، لوله، لوله فولادی.
 3/3/2016 1:08:00 AM
نوشته شده در: 2 سال قبل

آدرس دیجی صنعتی

آدرس دفتر مرکزی : تهران - میدان قزوین - خیابان قزوین پلاک 330

آدرس دیجی صنعتی 2

02155429098  02155418351