يبحث
أغلق مربع البحث هذا.

كل ما تحتاج لمعرفته حول صلابة المواد

استكشاف أساسيات صلابة المواد، بما في ذلك الأنواع وطرق الاختبار والعوامل المؤثرة عليها في التصنيع والهندسة.
هيتوب / مدونة / <a href="https://hitopindustrial.com/ar/صلابة-المواد/" title="كل ما تحتاج لمعرفته حول صلابة المواد">كل ما تحتاج لمعرفته حول صلابة المواد

من القواعد الأساسية أن تأخذ في الاعتبار البيئة الوظيفية التي سيتم فيها استخدام جزء معين أو تثبيته. من المؤكد أن اختيار المواد التي تدخل في إنتاج المنتج يمكن أن يكون أمرًا صعبًا، ولكن الاستخدام النهائي هو أفضل دليل لك في حالة حدوث مثل هذا الالتباس.

واحدة من أهم الجوانب التي تحتل مركز الصدارة أثناء اتخاذ قرارات الإنتاج التي تخرق الصفقات هي الصلابة المادية. 

للوهلة الأولى، قد تبدو الصلابة المادية مفهومًا محددًا، لكن التيار الخفي لهذا الجانب عميق. في هذه المقالة، سنكشف ونحلل أهمية وأنواع صلابة المواد، لذا استعد لتكون مستنيرًا!

ما هي صلابة المواد؟

كما تعلم، من المهم أن يكون لديك مادة يمكنها تحمل التشوهات والخدوش والخدوش وما إلى ذلك. بكلمات بسيطة، صلابة المادة هي مقياس مقاومة المادة تجاه القوى الخارجية. في الأساس، الأمر يشبه الحديث عن صلابة المعادن والمعادن والبلاستيك وما إلى ذلك.

صلابة المواد

على سبيل المثال، مرري أصابعك على سطح الماس ثم على قطعة من الطباشير. ستلاحظ أن الماس ناعم، والطباشير متفتت وغير متساوي. إن الاختلاف في استجابتهم للقوى الخارجية يخبرك بكل شيء عن صلابتهم المادية.

صلابة الفولاذ في تصنيع القوالب

صلابة الفولاذ هي عامل أساسي في تصنيع القالب. والسبب هو أنه يؤثر على الأداء والمتانة وعمر القالب. الآن، يجب أن تفهم أن الصلابة هي عامل أساسي يجب مراعاته أثناء اختيار الفولاذ المثالي للقولبة. 

في تصنيع القوالب، يمكنك قياس الصلابة باستخدام مقاييس مثل Rockwell (HRC) أو Brinell (HB) أو Vickers (HV). بالنسبة للفولاذ، فإن الصلابة الأعلى ستمنحك مقاومة أفضل للتآكل وعمرًا أطول للأداة.

وهنا بعض من المشتركة الصلب العفن ونطاقات الصلابة. أولاً، هناك الفولاذ المقسى مسبقًا (HRC 30-40)، وهو مناسب لأحجام الإنتاج المنخفضة إلى المتوسطة. بعد ذلك، لديك الفولاذ المقسى (HRC 40-50)، والذي يستخدم في تطبيقات القولبة للأغراض العامة. بعد ذلك، ستجد الفولاذ عالي الصلابة (HRC 50-60+)، والذي يستخدم في الإنتاج بكميات كبيرة. 

يمكنك اختيار أي واحدة من الفئات المذكورة أعلاه. ومع ذلك، تذكر أنه إذا كنت تريد المضي قدمًا في القولبة بالحقن والقولبة بالضغط، فاختر الفولاذ عالي الصلابة والفولاذ المقسى، على التوالي. الفولاذ متوسط الصلابة جيد للنفخ. 

في النهاية، يمكن للمعالجات السطحية دائمًا أن تعزز صلابة القالب وجودة التآكل.

أنواع صلابة المواد

ولذلك، ليس من الخطأ أن نقول إن صلابة المواد تعتمد على أشياء مثل المرونة، والقوة، والانفعال، واللدونة، واللزوجة، وما إلى ذلك. ولأن كل مادة تتصرف بشكل مختلف، فهذه هي أنواع الصلابة المختلفة:

صلابة الصفر

الخدوش عبارة عن خطوط حادة تحدث عندما تحتك المادة الصلبة بمادة أكثر ليونة. قد يؤدي ذلك إلى ظهور الخدوش. لنفترض أنك على وشك فك غلاف هاتفك الجديد، وأنك قلق بشأن الخدوش التي لا مفر منها. الآن، إذا كانت المادة تتمتع بخاصية مقاومة جيدة للخدش، فسيكون هاتفك آمنًا. ومع ذلك، فإن العكس يمكن أن يكون مؤلما.

أنواع صلابة المواد

هناك طرق عديدة للتحقق من مقاومة المادة للخدش، مثل مقياس موس للصلابة. يمكنك استخدام هذا للمعادن أو السيراميك. لذلك، يمكن للمادة ذات صلابة الخدش العالية أن تتحمل كل خدش تحت الشمس.

تتمثل فائدة صلابة الخدش في أنك لن تضطر إلى إنفاق الأموال على الإصلاحات بعد الآن. يمكنك شراء منتج ذو مظهر جديد لبقية حياتك. إذا كانت لا تزال لديك شكوك، فيمكنك دائمًا إجراء اختبار صلابة الخدش وعدم فقدان السطح الأملس.

انتعاش صلابة

التالي هو صلابة الارتداد. تخيل أنك تقوم بمراوغة كرة السلة، فترتد الكرة إلى أعلى. الآن، هذا ممكن بسبب خاصية صلابة الارتداد للمادة. لذلك، فإن صلابة الارتداد تشبه إلى حد ما جودة الارتداد ولكن بالنسبة للمواد. 

يمكن للمادة أن تمتص الطاقة عند ضربها ثم ترتد إلى شكلها الأصلي. على سبيل المثال، ينضغط المطاط عند الضغط عليه ثم يعود إلى شكله الأصلي عند تحريره. 

يمكنك استخدام اختبارات Charpy وIzod للتحقق من صلابة الارتداد من مادة. بهذه الطريقة، يمكنك التحقق من مدى قدرة المادة على تحمل الضربة والعودة بقوة. بكلمات بسيطة، ما عليك سوى إسقاط المطرقة من ارتفاع ما ومعرفة ما إذا كانت ستعود إلى نفس المستوى. إذا لم يكن الأمر كذلك، فمن المحتمل أن يكون لديه صلابة ارتداد منخفضة. 

صلابة المسافة البادئة

المثال المثالي هو محاولة الضغط بإبهامك على قطعة من العجين. لذا، فإن الانطباع الذي يتركه على العجين يعطيك فكرة عن مدى ليونة أو صلابة العجين. تمامًا مثل ذلك، تقيس صلابة المسافة البادئة مدى مقاومة المادة للقوة الخارجية.

هناك عدد قليل من الاختبارات لهذا، مثل اختبارات برينل وفيكرز. كل ما عليك فعله هو الضغط على الجسم بقوة كافية داخل المادة وقياس المسافة البادئة. ونتيجة لذلك، سيكون لديك في يدك بعض المواد التي لا تستسلم تحت الضغط، خاصة عندما يكون هناك تأثير مفاجئ. 

العوامل المؤثرة على صلابة المواد

من المهم دائمًا أن تضع في اعتبارك بعض العوامل التي يمكن أن تؤثر على صلابة المادة، وهي:

الهيكل البلوري

تخيل المواد وكأنها مكونة من وحدات بناء صغيرة. تقوم بعض المواد بتنظيم هذه الكتل بطريقة مرتبة ومرتبة، مثل كومة من الطوب مرتبة جيدًا (البنية البلورية). 

والبعض الآخر أكثر عشوائية بعض الشيء، مثل مجموعة من قطع الليجو المتناثرة (بنية غير متبلورة). الآن، عندما يتعلق الأمر بالصلابة، فإن الطريقة التي يتم بها تنظيم هذه الكتل مهمة. تميل المواد ذات الخطة الواضحة إلى أن تكون لها خصائص صلابة مختلفة مقارنة بتلك ذات البنية العشوائية.

حجم الحبوب

فكر في المواد كما لو أنها مكونة من العديد من الحبيبات الصغيرة، مثل مغرفة من الرمل. الآن، إذا كانت هذه الحبوب كبيرة، فسيكون هناك عدد أقل من العوائق في الطريق. ولكن، إذا كانت صغيرة، سيكون هناك الكثير من العقبات الصغيرة. 

تعني أحجام الحبوب الأصغر عمومًا المزيد من العقبات التي يمكن أن تعترض طريقك. وهذا يعني ببساطة أنه يمكن أن تكون هناك عيوب أو مخالفات صغيرة يمكن أن تؤثر على كيفية انحناء المواد. لذا، فإن المزيد من العوائق غالبًا ما يؤدي إلى صلابة أعلى.

درجة حرارة

الآن دعونا نتحدث عن درجة الحرارة. تخيل المواد الخاصة بك كمجموعة من الأشخاص في حفلة. وفي درجات الحرارة المرتفعة، يشبه الأمر أولئك الضيوف الذين يختلطون بحرية ويتحركون بسهولة، مما يزيد من حركة الذرات. 

ولكن، عندما تبرد الأمور، سيبدأ الضيوف في التجمد في مكانهم. في المواد، انخفاض الحركة الذرية في درجات حرارة منخفضة يمكن أن يجعلها أكثر صعوبة. يمكنك القول أنها أصبحت أكثر مقاومة للتغيرات لأن الذرات لا تستطيع التحرك بنفس القدر.

كيفية اختبار صلابة المواد؟

على الرغم من أنك على دراية بنظريات صلابة المواد، فمن المهم أن تفهم كيفية إجراء الاختبارات. دعونا نتحدث عن تلك الاختبارات الآن:

اختبار صلابة روكويل

اختبار صلابة روكويل

يتضمن المبدأ الكامن وراء هذا الاختبار التحقق من قوة المادة عن طريق قياس مدى قدرتها على المقاومة عند الضغط عليها بقوة. للقيام بذلك، يمكنك استخدام أداة تسمى إندينتر. تُستخدم هذه الأداة للتحقق من مدى قدرتها على دفع حمولة ثقيلة إلى داخل المادة.

بالنسبة للمبتدئين، استخدم فقط حمولة أخف للتأكد من أن المسافة البادئة في المكان الصحيح. ثم يأتي الحدث الرئيسي، حيث يمكنك استخدام الحمل الثقيل. يرجى ملاحظة مدى عمق إندينتر في المادة. 

ومع ذلك، هناك مقاييس مختلفة لتحليل النتائج. بالنسبة للمواد الصلبة، يمكنك استخدام مقياس HRC، وبالنسبة للمواد اللينة، يمكنك استخدام مقياس HRB. يعمل هذا الاختبار بشكل رائع بالنسبة للمعادن والسبائك. على سبيل المثال، يمكنك التأكد من أن المعدن الموجود في محرك سيارتك أو السبيكة الموجودة في دراجتك جاهز للتحدي. 

اختبار صلابة برينل

إن اختبار صلابة برينل يشبه الضغط على مادة ما ورؤية مدى استجابتها. الأمر كله يتعلق بالتحقق من "قابلية الأسنان" للمادة عن طريق قياس حجم الانبعاج. يمكنك استخدام أداة خاصة تسمى المسافة البادئة الكروية لهذه المهمة. 

الإجراء بسيط. فقط ابدأ بالضغط على كرة صغيرة مستديرة في قطعة من المادة. في هذا الاختبار، يمكنك تطبيق مقدار معروف من الضغط على هذه المسافة البادئة الكروية. بعد الضغط، قم بإلقاء نظرة خاطفة على الانبعاج الذي تركه خلفك. إنه مثل النظر إلى آثار الإبهام الذي يضغط على عجينة اللعب. يعد حجم هذا الانبعاج أمرًا بالغ الأهمية، ويتم دائمًا استخدام صيغة لتحويل حجم هذا الانبعاج إلى رقم. 

يشبه هذا الاختبار اختبار صلابة المعادن الخارق. يتم استخدامه عادةً للتحقق من مدى صلابة المعادن ومقاومتها عندما تتعرض للضغط قليلاً. يمكنك التأكد من أن السبيكة الموجودة في وعاء الطبخ المفضل لديك يمكنها تحمل الضغوط اليومية التي قد تواجهها.

اختبار صلابة فيكرز

في هذا الاختبار، يمكنك التحقق من مدى قدرة المادة على تحمل نقطة صغيرة من الماس. تصور ماسة صغيرة على شكل هرم. الآن، تخيل الضغط على هذه الماسة في مادة لترى كيف تستجيب.

تصور ماسة صغيرة على شكل هرم. الآن، تخيل الضغط على هذه الماسة في مادة لترى كيف تستجيب. بكلمات أبسط، الأمر كله يتعلق بقياس حجم الانبعاج الذي خلفته هذه الماسة الصغيرة عندما تلتقي بمادة تحت الحمل.

أولاً، عليك أن تضع حملاً على هذه الماسة الصغيرة، مثل دفعها بلطف داخل المادة. فكر في الأمر كالماس الذي يعطي المادة دفعة صغيرة. عندما تنتهي من هذا، قم بإلقاء نظرة على الانبعاج الذي تم إنشاؤه. الآن، هذا هو الجزء الرائع - قم بقياس قطر الانبعاج، مثل التحقق من مدى عرضه وطوله.

اختبار صلابة نوب

اختبار صلابة نوب

هذا هو ابن عم قريب من اختبار فيكرز، اختبار صلابة نوب. إنه مثل الأخ ولكن بأداة مختلفة الشكل. تخيل ألماسة، لكن هذه المرة، على شكل معين صغير، وليس على شكل هرم. هذا هو نوب إندينتر. الآن، اضغط بلطف على هذه الماسة الفريدة داخل المادة لترى كيف تتفاعل.

يدور اختبار Knoop حول قياس الانبعاج الذي يتركه هذا الماس المعيني عند تطبيق الحمل. في هذا الاختبار، يجب عليك قياس الأقطار الطويلة والقصيرة للأسنان. علاوة على ذلك، يمكنك التحقق من الانبعاج من زاويتين مختلفتين.

اختبار صلابة الشاطئ

إذا كنت مهتمًا بمعرفة مدى نعومة أو قوة حافظة هاتفك المطاطية، فإن اختبار Shore Hardness Test هو الرجل المناسب لك. هذا الاختبار يشبه الوخزة اللطيفة لمعرفة مدى قدرة المادة، وخاصة تلك المطاطية والبوليمرات الإسفنجية (مثل المطاط والبلاستيك)، على التعامل معها قبل ظهور علامات المسافة البادئة.

إنه مشابه للتحقق من مقدار سحق مرتبة الإسفنج الذكي عند الضغط عليها. بدلاً من الماس أو الأهرامات، عليك هنا استخدام أداة خاصة تسمى مقياس التحمل. إنه مسبار ودود يضغط بلطف على المادة. 

يقيس مقياس التحمل مقدار المسافات البادئة للمادة. بهذه الطريقة، يمكنك معرفة مدى عمق ضغط إصبعك على قطعة من الطين. اعتمادًا على ما تختبره، سواء كان مطاطًا ناعمًا أو بلاستيكًا قويًا، يتم استخدام مساطر أو موازين مختلفة. بالنسبة للمواد الأكثر ليونة، يوجد مقياس Shore A، وبالنسبة للمواد الأصعب، يوجد مقياس Shore D. 

اختبار الصلابة الدقيقة

تخيل تلك الاختبارات، ولكن التركيز على أصغر التفاصيل هو ما يهم اختبار الصلابة الدقيقة هو كل شيء. على عكس الاختبارات الأخرى، يمكنك الحصول على أجزاء صغيرة دقيقة الحبيبات بدلاً من التعامل مع قطع كبيرة. إنه مماثل لاستخدام عدسة مكبرة لفحص العالم المجهري للمواد.

بدلًا من إندينتر عادي الحجم، استخدم واحدًا صغيرًا لهذا الاختبار. إنه يشبه ببساطة الضغط على أداة ماسية صغيرة أو أداة معينية الشكل في المادة. بعد الضغط، عليك قياس حجم المسافة البادئة، ولكن على نطاق أصغر بكثير. كل ما عليك فعله هو إلقاء نظرة فاحصة على آثار الأقدام الصغيرة التي تركها الإندينتر الصغير.

إليك الجزء المثير للاهتمام – استخدم القياسات لحساب رقم صلابة فيكرز أو نوب. فهو يمنحك فكرة عن مدى قدرة المادة على تحمل الضغط عندما تتعامل مع ميزاتها الصغيرة.

اختبار صلابة الخدش

خذ مفتاحًا أو عملة معدنية واخدشها على السطح. ستجد إما بعض الخدوش أو ترى أنه لا يحدث شيء على السطح. في نهاية المطاف، يدور هذا الاختبار حول معرفة مدى قدرة المادة على مقاومة الخدوش عندما تتلامس مع شيء أكثر صلابة. 

يشبه الأمر اختبار شاشة هاتفك على مفتاح سيارتك لمعرفة ما إذا كان يترك أي علامات. على سبيل المثال، احصل على مادة أكثر صلابة، مثل مثال مع درع غير قابل للخدش. يمكنك استخدام هذه المادة الأكثر صلابة لخدش العينة التي تختبرها.

أثناء حدوث الخدش، انظر عن كثب إلى الأشياء. ستخبرك أي خدوش أو علامات تظهر على العينة بمدى قدرتها على مواجهة التحدي.

ما هي وحدة قياس صلابة المواد؟

من السهل جدًا الخلط بين وحدات قياس الصلابة والضغط. وحدة SI لصلابة المواد هي ميجاباسكال (MPa). ومع ذلك، هناك اختلاف واحد: بعض الاختبارات تكون نوعية ولا تحتوي على وحدات نظام الدولي المحددة. الآن، كل نوع من أنواع الصلابة التي قرأت عنها سابقًا له مقاييس قياس مختلفة. هنا ملخص:

اختبار الصلابةوحدة قياس SI
مقياس موس للصلابةهذا الاختبار نوعي
صلابة برينلميجاباسكال (MPa)
صلابة فيكرزميجاباسكال (MPa)
صلابة روكويللا شيء (بلا أبعاد)
اختبار الصلابة الدقيقةميجاباسكال (MPa)
صلابة الشاطئلا شيء (بلا أبعاد)

كلمات فراق!

خلاصة القول هي أن فهم صلابة المادة أمر مهم بالنسبة لك لاختيار المادة المناسبة، تصميم المنتجالخ. وبهذه الطريقة، يمكنك التحكم في ما تقوم به. تعمل التطورات الحديثة على تحسين القدرة على أن تكون أكثر دقة في هذه الاختبارات، وإذا كنت تريد إجراء اختبار تحت التوجيه المناسب، اتصل بنا!

مقالات ذات صلة

جدول المحتويات

منشور له صلة

Arabic

اتصل بنا اليوم، واحصل على الرد غدًا

لديك طريقتان لتوفير الملف (الملفات)

ملحوظة: سيتم الحفاظ على سرية معلوماتك/ملفك (ملفاتك) بشكل صارم.

مرحبًا، أنا سبارو شيانغ، المدير التنفيذي للعمليات في شركة HiTop، وسنكون سعداء أنا وفريقي بلقائك ومعرفة كل شيء عن عملك ومتطلباتك وتوقعاتك.