موضوع مقاله: سختی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # سختی | مقدمه: سختی ، به عنوان قابلیت ماده به مقاومت در برابر تغییر شکل دائم یا نفوذ یک نفوذکننده ، به سطح آن تعریف می‌شود. | ## بخش 1: سختی | سختی، میزان مقاومت سطح ماده در برابر تغییر شکل دائم یا پلاستیک (غیر الاستیک) 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. سفتی معیاری برای تعیین تمایل یک ماده به برگشت به شکل اول پس از تغییر شکل توسط یک نیرو می‌باشد. استحکام تعیین می‌کند که یک ماده چقدر می‌تواند تنش را قبل از تغییر شکل دائم یا شکست تحمل کند. معیارها و آزمون‌های مختلفی برای سختی مواد وجود دارد اما تمام آن‌ها از مقاومت ماده در برابر یک فرورونده یا خراشنده با اعمال نیروی مشخص بر ابزاری با شعاع یا قطر مشخص سختی ماده را ارزیابی می‌کنند. پارامترهای مختلف از جمله دما، نرخ کرنش، اندازه دانه، جهت‌های بلوری (در تک بلورها)، ترکیبات آلیاژی و غیره بر سختی مواد تاثیرگذارند. برای این واژه می‌توان بیشتر از یک معنی تعریف کرد؛ می‌توان آن را مقاومت ماده در برابر سایش یا مقاومت در مقابل تغییر شکل موم سان (تغییر شکل دائمی یا پلاستیک) دانست. روش‌های گوناگون آزمون‌های سنجش سختی بر اندازه‌گیری یکی از این دو ویژگی ماده استوار است. در آزمون‌های استاتیک که متداول تر هستند، یک حفره با استفاده از نیرویی معین در قطعه ایجاد کرده و ابعادش را اندازه‌گیری می‌کنند. در آزمون‌های دینامیک، پرتابه ای آزادانه رها شده و به سطح ماده برخورد می‌کند، بخشی از انرژی پرتابه صرف تغییر شکل ماده شده و باقیمانده آن موجب برگشتن وزنه از سطح می‌شود و با اندازه‌گیری این انرژی سختی جسم را می‌سنجند. ذات ماده، اندازه و نوع فرورونده و همچنین مقدار نیروی وارد شده بر اندازه فرورفتگی تأثیر گذارند. راکول، برینل، نوپ و ویکرز روش‌هایی هستند که غالباً برای تعیین سختی استفاده می‌شوند. اساس به کار گرفته شده در تمام این آزمایش‌ها، مجموعه نیروهایی هستند که به فرورونده اعمال می‌شوند. | ## بخش 2: سختی | اگر ماده سخت باشد، فرورفتگی ای کوچک و کم عمق حاصل می‌شود در حالی که اگر ماده نرم باشد، فرورفتگی ای کاملاً بزرگ و عمیق حاصل خواهد شد. آزمایشگرهای راکول عمق فرورفتگی را اندازه می‌گیرند، در حالی که آزمایشگرهای برینل، نوپ و ویکرز نیاز به اندازه‌گیری قطر فرورفتگی دارند. آزمون‌های دینامیک سختی فلزات به روش دینامیک، به کمک اندازه‌گیری میزان جهش یک پرتابه سخت پس از برخورد به سطح قطعه شده به دست می‌آید. در اثر برخورد، اثر کوچکی روی نمونه به جای می‌ماند، اندازه این اثر، نشان دهنده خاصیت پلاستیک قطعه است که تظاهر «سختی استاتیکی» فلز می‌باشد. بخشی از انرژی پرتابه صرف ایجاد این اثر گشته و تقریباً باقیمانده انرژی صرف بازگشت پرتابه می‌شود. البته روش‌های دینامیک دیگری نیز برای سختی سنجی وجود دارند، اما کاربردی و رایج نیستند.ماهنامه دانشمند، شماره 575. روش‌های دیگر سختی سنجی برای برخی مواد، مانند مواد معدنی، یکی از بهترین روش‌های سختی سنجی، اندازه‌گیری مقاومت آن‌ها نسبت به سایش است. در این روش، این مقیاس شامل ۱۰ ماده معدنی استاندارد است که به ترتیب قابلیت خراشیده شدنشان مرتب می‌شوند. نرم‌ترین ماده معدنی در این مقیاس، تالک می‌باشد (با سختی خراش ۱)، در حالی که الماس سختی برابر ۱۰ دارد. بر اساس این نوع سنجش سختی، مواد مطابق با توانایی شان برای خراشیدن یکدیگر، ارزیابی می‌شوند. بدین ترتیب در این آزمون، نمونه‌های استاندارد توسط ماده مورد ارزیابی خراشیده می‌شوند و عدد سختی ماده بین عدد سختی دو نمونه استاندارد متوالی قرار می‌گیرد. روش‌های سختی سنجی دیگری نیز وجود دارند که کمتر رایج هستند؛ مثلاً در سختی سنجی به روش التراسونیک از نیروهای تا ۸۰۰ گرم استفاده شده و عمق اثر را با یک پروب اندازه می‌گیرند و عدد سختی در معیار راکول یا ویکرز به صورت دیجیتال گزارش می‌شود. از ویژگی‌های مهم این روش قابلیت خودکار شدن آن است به طوری که در صورت وجود تمهیدات لازم، می‌توان تا ۱۲۰۰ قطعه را در ساعت سختی سنجی کرد. | ## بخش 3: سختی | برای سنجش سختی انواع چوب‌ها از روشی به نام Janka استفاده می‌شود که اساس آن این است که با چه نیرویی بر حسب پوند نیرو (Ibf) می‌توان نیمی از یک گلوله با قطر ۰/۴۴۴ اینچ را درون چوب فروبرد. بدین ترتیب انواع چوب‌ها را طبقه‌بندی شده د و معیاری برای آسان بودن یا دشواری بریدن یا میخ کاری چوب به دست می‌آید که به عنوان راهنمایی برای چگونگی کاربرد آن‌ها بر اساس استحکام به کار می‌رود. دورومتر معمولی، وسیله کوچکی است که در آن یک فرورونده کروی تحت اثر نیروی فنر یا وزنه، روی سطح ماده فشرده شده و یک عقربه عدد سختی را روی صفحه مدرج نمایش می‌دهد. این دستگاه انواع مختلفی برای آزمایش گسترده کامل الاستومرها و پلاستیک‌ها از بسیار نرم تا بسیار سخت، دارد. سختی و سختی پذیری در فولادها منظور از سختی پذیری یا قابلیت سختکاری در فولادها، قابلیت فولاد به افزایش سختی تا عمق مطلوب، از طریق خنک سازی آن با نرخ مناسب است. سختکاری فولاد از طریق تبدیل آستنیت به مارتنزیت انجام می‌شود، و میزان تشکیل مارتنزیت بستگی به رعایت سرعت لازم در خنک سازی فولاد آستنیتی شده، تا زیر دمای شروع-مارتنزیت دارد، به گونه ای که آستنیت قابل توجه ای به پرلیت یا سایر فراورده‌ها تبدیل نشود. در نتیجه گفته می‌شود که فولادهایی که تا عمق زیادی سختکاری می‌شوند (یعنی مارتنزیت تا عمق زیادی شکل می‌گیرد)، دارای "سختی پذیری" بالایی هستند و آنهایی که تا عمق کمی مارتنزیت در آنها شکل می‌گیرد، سختی پذیری کمی دارند. سختی پذیری، که مقیاسی تجربی برای اندازه‌گیری قابلیت سخت شدن ماده است، نباید با «سختی» یا با «حداکثر سختی مارتنزیت پس از کوئنچ شدن» اشتباه گرفته شود. برای یک فولاد با درصد کربن مشخص، حداکثر سختی قابل دسترسی از طریق تولید قطعه ای ۱۰۰٪ مارتنزیتی است، که فقط ممکن است بر روی سطح یا نمونه‌های فولادی کوچک امکان‌پذیر باشد. نرخ خنک سازی در قطعات با ضخامت بالا ممکن است به قدر کافی بالا نباشد تا بتواند یک ریزساختار ۱۰۰٪ مارتنزیتی ایجاد کند، و در نتیجه باعث کاهش عمق مارتنزیت تولید شده و سختی شود. برخلاف تأثیر کربن بر سختی مارتنزیت، سایر عناصر آلیاژی باعث افزایش سختی فولاد کوئنچ شده نمی‌شوند. عناصر آلیاژی می‌توانند انتشار و پخش شدن کربن را کند کرده (تشکیل پرلیت نیاز به پخش شدن کربن دارد)، و به این طریق با بهبود تشکیل مارتنزیت در سرعت‌های خنک سازی کمتر، سختی پذیری (و عمق سختکاری) را افزایش دهند. | ## جمع‌بندی | برای مثال، خنک کاری ناگهانی فولادی آستنیتی شده با ۱٪ کربن، باعث سخت شدن بسیار بیشتر آن نسبت به یک فولاد ۳٪ نیکل می‌شود که فقط ۰٫۳٪ کربن دارد، اما فولاد نیکلی سختی پذیری خیلی بیشتری خواهد داشت، چرا که فولاد نیکلی تا عمق بسیار بیشتری در قسمت‌های ضخیم سختکاری خواهد شد.