در این مقاله از کوپا می خوانیم: میکروسختی سنجی چیست؟ کاربرد های ویژه میکرو سختی سنج. میکرو سختی سنجی به روش ویکرز. میکرو سختی سنجی به روش نوپ.

آزمایش میکروسختی سنجی یا به عبارت صحیح تر Micro indentation Hardness، یکی از روش‌های سختی سنجی است که به طور گسترده ای، مورد استفاده قرار می گیرد.

از مثال های رایج میکرو سختی میتوان به سختی سنجی ناحیه ای بسیار کوچک، بدست آوردن سختی یک پوشش گالوانیزه، تعیین سختی رزوه های یک پیچ کوچک، سختی سنجی یک فاز میکروسکوپی یا تعیین سختی یک چرخدنده نازک ساعت اشاره کرد.

برخی از کاربرد های ویژه میکرو سختی سنج عبارتند از[۱]:

• اندازه گیری سختی مواد بسیار نازک مانند یک فویل نازک یا سیم خیلی نازک که با روش‌های دیگر سختی سنجی، اندازه گیری سختی ممکن نیست.
• نظارت بر عملیات کربن‌دهی یا نیتروژن‌دهی و یا سایر عملیات بهینه‌سازی، با رسم گراف سختی در یک برش از سطح مورد‌نظر.
• اندازه گیری سختی میکروساختار‌های مجزا.
• اندازه گیری سختی لبه یک قطعه برای تشخیص شرایطی مانند کربن‌زدایی و… .
• اندازه‌گیری سختی لایه‌های سطحی،از قبیل لایه‌های پوششی اندودکاری‌ و یا پوشش‌های چند‌لایه.

آزمون میکروسختی سنجی به دو روش ویکرز و نوپ انجام می‌شود. یکی از متداول‌ترین استاندارد‌های این دو آزمون ، ASTM E 384 است. استاندارد ASTM C 730 روش سختی سنجی شیشه را با نوپ بیان می‌کند. اصول روش آزمایش میکرو ویکرز همانند آزمون ویکرز استاندارد است با این تفاوت که نیروهای اعمالی زیر یک کیلوگرم هستند.

اثر های ایجاد شده توسط ایندنتور ویکرز(چپ) و نوپ (راست)

«حتما بخوانید: از چه روش سختی سنجی استفاده کنم؟»

در روش میکرو ویکرز از فرورونده (Indenter) الماسه‌ای که شکل آن به صورت هرمی مربع القاعده با زاویه راس °۱۳۶ استفاده می‌شود. الماسه با یک نیروی مشخص بر سطح نمونه نفوذ می‌کند و اثری به شکل مربع مستطیل که دارای قطر‌های d1 و d2 می‌باشد به وجود می‌آورد[۳–۵].

عدد سختی میکرو ویکرز و یا ویکرز ( HV ) از تقسیم نیرو به سطح اثر ( F/A ) به دست می‌آید که نیرو بر حسب کیلوگرم‌نیرو(Kgf) و سطح بر حسب میلی‌متر مربع(mm2 ) محاسبه می‌شود. با استفاده از روابط هندسی (با توجه به ابعاد مشخص هرم فرورونده) می‌توان مقدار سطح اثر(A) را به اندازه قطر‌های اثر ربط داد،و با این‌کار به جای سطح اثر می‌توانیم از مقدار متوسط قطر‌ها در فرمول استفاده کنیم. در مقادیر سختی سنجی گزارش شده حتماً باید مقدار نیرو را در گزارش عدد سختی ذکر کنیم. به عنوان مثال HV0.3 با HV0.5 به علت اعمال نیروی متفاوت قابل مقایسه نیستند .

 

اثر ایجاد شده توسط ایندنتور ویکرز دستگاه میکرو سختی سنج در دو فاز متفاوت

با استفاده از سیستم اپتیک دستگاه میکرو سختی سنج و بزرگنمایی های بالا می‌توان ریز‌ساختار فلز را مشاهده و سختی فازهای موجود در ریز‌ساختار را اندازه گیری نمود. بسیاری از فازها در ریز‌ساختار متالورژیکی از نظر رنگ و شکل فاز شبیه به هم هستند و بهترین راه برای تمایز آن‌ها استفاده از تست میکروسختی سنجی است.

به کمک ریز سختی سنجی ویکرز می‌توان اثرهای بسیار ریز بر روی فازها ایجاد کرد که قطر این اثرها در حد میکرون می‌باشد. ابعاد دانه‌ها در فلزات از چند میکرون تا چند ده میکرون می‌باشد که در نتیجه می‌توان با استفاده از تنظیم نیروی مناسب، سطح اثر را به گونه‌ای تنظیم کرد که در داخل فاز مورد نظر قرار بگیرد.

روش نوپ Knoop (HK) جایگزینی برای آزمون ویکرز در محدوده میکرو سختی است، و به طور عمده برای غلبه بر ترک خوردن مواد شکننده (به عنوان مثال سرامیک ها) و همچنین برای تسهیل آزمون لایه های نازک از این روش استفاده می‌شود.

این آزمون توسط فردریک نوپ و همکارانش در انجمن ملی استاندارد آمریکا در سال ۱۹۳۹ ابداع شد[۱]. در این روش از یک فرورونده هرمی استفاده می‌شود که قطر بزرگ اثر ایجاد شده توسط آن ۷ برابر قطر کوچکش و در حد سی برابر عمق آن است. سطح اثر فرورونده بر روی نمونه به جای اینکه به شکل مربع مستطیل باشد به صورت یک لوزی ظریف است. زاویه راس‌های هرم در روش نوپ °۳۰ و °۱۷۲ است[۳-۵]. امتیاز این نوع فرو‌رونده در مقایسه با فرورونده آزمون میکرو ویکرز، که فرو رفتگی مربعی ایجاد می‌کند، در این است که قطر فرو رفتگی نوپ حدود سه برابر قطر فرو رفتگی ویکرز است و می‌تواند با دقت بیشتری اندازه گیری شود.

 

اثر ایندنتور نوپ در سه فاز متفاوت

این روش سختی سنجی برای اندازه گیری سختی ساختارهای میکروسکوپیک به کار می رود و برای مواردی که یکی از ابعاد ناحیه مورد آزمایش بزرگتر از بعد دیگر باشد به عنوان مثال برای پوشش های نازک با فاز های کشیده شده بسیار مناسب است. گستره نیروهای مورد استفاده در آزمون نوپ همانند آزمون میکرو ویکرز است. نتایج آزمون سختی نوپ بسیار شبیه نتایج آزمون میکرو ویکرز است با این تفاوت که همواره اعداد نوپ ۲۰ تا ۲۵ واحد بزرگتر از اعداد میکرو ویکرز برای همان ماده هستند.

عدد سختی نوپ نیز مانند عدد سختی ویکرز از تقسیم نیرو بر سطح اثر به دست می‌آید:

با توجه به هندسه‌ی هرم فرورونده نوپ می‌توان رابطه بین سطح اثر و قطر بزرگ هرم را پیدا نمود و به جای سطح اثر از طول بزرگترین قطر استفاده کرد. تفاوت بکارگیری دو روش نوپ و میکرو ویکرز در آن است که سختی سنجی نوپ عمدتاً برای موارد ترد و سخت که نیاز به ایندنتور با قابلیت نفوذ بیشتر دارند استفاده می‌شود. در نتیجه در موارد سخت و ترد بهتر نفوذ می‌کند و همچنین هنگامی که بخواهیم ورق‌های بسیار نازک، فلزهای خاص مانند طلا و نقره و … را اندازه‌گیری کنیم باید از نیروهای بسیار کم استفاده کرد که مقدار نفوذ حداقل ۰٫۱ ضخامت لایه باشد که سختی سنجی نوپ این حالت را دارد.

«جدیدترین و دقیق ترین مدل دستگاه سختی سنج میکروهاردنس را داشته باشید.»

«بهترین انتخاب دستگاه سختی سنج میکروهاردنس کوپا است چون دستگاه میکروهاردنس کوپا بسیار پیشرفته اما کاربرپسند، تمام خودکار و مطابق با استانداردهای نوین سختی سنجی طراحی و از دقت و قابلیت اعتماد بالایی برخوردار می باشد.»

«برای مشاهده اطلاعات بیشتر درباره دستگاه میکروهاردنس کلیک کنید»

مراجع:

• Kamm, J. and G. Vander Voort, An introduction to microindentation methods. Tech-Notes: Using Microstructural Analysis to Solve Practical Problems, 1997. 1(6): p. 1-6.

ممکن است به این مطالب نیز علاقمند باشید:

• سختی سنجی ویکرز
• سختی سنجی راکول
• سختی سنجی برینل