مخطط مقارنة الصلابة للمعادن والسبائك والسيراميك

مقدمة

تعتبر الصلابة خاصية مهمة عند اختيار المواد لمختلف التطبيقات. يتناول هذا الدليل صلابة المعادن والسبائك والسيراميك. تساعد المواد الصلبة في التطبيقات الشاقة. وتستخدم في الأدوات والآلات. قد يكون للمواد الأكثر ليونة مزايا أخرى مثل المرونة والليونة.

مخطط صلابة موس

مقياس موس للصلادة هو أحد أبسط الطرق لمقارنة صلابة المعادن والمواد. يتراوح هذا المقياس من واحد إلى عشرة. تُظهر قراءة واحد أنعم المواد. والتلك مثال نموذجي على ذلك. وعلى الطرف الآخر، تمثل الدرجة عشرة أصعب المواد. يشتهر الماس بأن درجة موس تساوي عشرة.

بالنسبة للمعادن والسبائك، يقدم مقياس موس فكرة تقريبية عن الصلابة. تقع العديد من المعادن بين ثلاثة وخمسة. على سبيل المثال، يسجل الحديد النقي حوالي أربعة. يمكن أن تصل السبائك في بعض الأحيان إلى قيم أعلى بسبب تركيبها المختلط. وغالبًا ما يكون للسيراميك درجات أعلى وتصل أحيانًا إلى ثمانية. يجب ملاحظة أن مقياس موس ترتيبي. فهو لا يشير إلى الاختلافات في القوة بين المواد. فهو يعطي فقط ترتيبًا للصلابة.

المقياس عملي في الاستخدام اليومي. في الميدان، يمكن للمرء مقارنة مادة غير معروفة بمجموعة من المعادن القياسية. وهذا يساعد على تحديد ما إذا كان يمكن استخدام المادة في مهمة صعبة. بالنسبة للفني المتمرس، تكون هذه الطريقة مفيدة أثناء إجراء فحص سريع عندما لا تتوفر اختبارات أكثر دقة.

مزيد من القراءة: صلابة المعادن وأقوى المعادن في العالم

صلادة فيكرز

اختبار فيكرز للصلادة هو طريقة أكثر دقة تُستخدم في المختبرات. يتم ضغط مسند على شكل هرم ماسي على المادة. يقيس الاختبار حجم المسافة البادئة المتبقية بعد إزالة القوة. يعطي رقم صلابة فيكرز (VHN) مقياساً مفصلاً للصلابة.

في هذا الاختبار، ترتبط القوة وحجم البصمة ارتباطاً مباشراً. ينطبق المقياس على مجموعة واسعة من المواد. بالنسبة للعديد من المعادن، يعني ارتفاع رقم VHN مقاومة أفضل للتشوه. وغالباً ما تُظهر السبائك صلابة أفضل مقارنة بالمعادن النقية. وفي حالة السيراميك، يمكن أن تكون القيم عالية جدًا. ومن المعروف أن السيراميك يتمتع بصلابة ممتازة ولكن يمكن أن يكون هشًا.

ومن الفوائد المحددة لاختبار فيكرز أنه يمكن استخدامه للمواد الرقيقة والطلاءات. تكفي المسافة البادئة الصغيرة لتوفير قيم صلابة موثوقة. يتم تطبيق هذه الطريقة بشكل شائع في مختبرات مراقبة الجودة ومختبرات الأبحاث. يقدّر المهندسون البيانات لأنها دقيقة وقابلة للتكرار.

مقارنة صلابة المواد

عند مقارنة قيم الصلابة، عادةً ما يكون للمعادن والسبائك أرقام أقل من السيراميك. عادةً ما تظهر المعادن مثل الألومنيوم والحديد النقي صلابة أقل. تميل أرقام صلابة فيكرز الخاصة بها إلى أن تكون في نطاق 100 إلى 300 VHN. أما السبائك، وخاصةً الفولاذ المقوى، فيمكن أن تقترب قيم صلابتها من 800 إلى 1000 VHN.

من ناحية أخرى، يمكن أن يكونللسيراميك قيم صلابة فيكرز أكثر من 1000. على سبيل المثال، كربيد التنجستن، وهو نوع من مركبات السيراميك، غالبًا ما تتجاوز صلابته 1500 VHN. وهذا يجعل السيراميك مثاليًا لأدوات القطع والمواد الكاشطة. ومع ذلك، يمكن أن تؤدي صلابتها العالية إلى الهشاشة. قد ينحني المعدن قبل أن ينكسر، لكن السيراميك يمكن أن ينكسر فجأة عند التحميل الزائد.

تعتبر المقارنة بين مخططات الصلابة جنبًا إلى جنب مفيدة في اختيار المادة المناسبة. عندما يتطلب المشروع المتانة ومقاومة الخدوش، قد يكون السيراميك هو الخيار الأفضل. أما بالنسبة للمنتجات التي تحتاج إلى تحمل الصدمات، فقد يكون المعدن أو السبيكة أفضل خيار. تحدد بيئة العمل ومتطلبات التطبيق بيئة العمل ومتطلبات التطبيق أي المواد تعمل بشكل أفضل.

وينظر المهندسون إلى هذه المقارنات عند تصميم القطع، حيث تستفيد الأدوات ومكونات الماكينات وحتى العناصر اليومية من الاختيار الصحيح للمواد. ويساعد مخطط الصلابة في اتخاذ هذا القرار، مما يضمن استمرار المكوّن لفترة طويلة في ظل الظروف القاسية.

الخاتمة

لقد تناولنا طرقًا مهمة لقياس الصلابة. يوفر مقياس موس للصلابة تصنيفًا ترتيبيًا بسيطًا وترتيبيًا. يوفر اختبار فيكرز للصلابة بيانات دقيقة وقابلة للتكرار. تُظهر المقارنة بين المعادن والسبائك والسيراميك أن كل فئة من فئات المواد لها فوائدها وحدودها. وغالبًا ما يتم اختيار المعادن والسبائك بسبب صلابتها وليونتها، بينما يتم تقييم السيراميك لمقاومته للخدش والصلابة العالية. إن معرفة هذه الاختلافات هي المفتاح لإيجاد المادة المناسبة لتطبيق معين.

الأسئلة المتداولة

س: ما هو مقياس موس للصلابة؟
س: يقوم مقياس موس بتصنيف المواد بناءً على مقاومة الخدش من واحد إلى عشرة.

ف: كيف يعمل اختبار فيكرز للصلابة؟
س: يقيس مقياس فيكرز حجم المسافة البادئة التي يصنعها هرم ماسي تحت حمولة محددة.

و: لماذا يُعَد السيراميك أكثر صلابة من الفلزات بشكل عام؟
س: يتميز السيراميك ببنية ذرية قوية تؤدِّي إلى مقاومة أعلى للتشوُّه.