آنالیز سختی یکی از آنالیز های پر کاربرد جهت بررسی خواص مکانیکی مواد می باشد و جزو مجموعه آنالیز های مکانیکی است. از دیگر آنالیز های مکانیکی می توان به آزمون کششی، آزمون ضربه، آزمون فشار و غیره اشاره نمود. ما در این مقاله در مورد آنالیز سختی مواد صحبت می‌کنیم و انواع روش هایی که جهت سنجش سختی مواد مورد استفاده قرار می گیرند را معرفی می کنیم تا پایان این مقاله   با ما در گروه آنالیز آزمایشگاهی مهر اندیش همراه باشید.

 تعریف سختی

قبل از بیان روش های سختی سنجی باید به یک توضیح و تعریف مشترک درمورد سختی برسیم؛ تعارف زیادی برای سختی انواع مواد در طبیعت ارائه شده است که بر اساس نوع کاربرد مواد مختلف متفاوت می باشدک تعریف جامع و مشخصی برای تعریف سختی وجود ندارد، به طور معمول سختی را میزان مقاومت یک ماده در برابر اعمال نیرو های پلاستیک به ماده تعریف می‌کنند. نیروی اعمال شده می تواند از طریق فرو کردن یک جسم نوک تیز به درون ماده اعمال شود با توجه به اینکه سختی کمیتی است که قابل شمارش نیست. هر ماده که مقاومت بیشتری در برابر فرو کردن جسم نوک تیز از خود نشان دهد دارای سختی بیشتری می‌باشد.

 آنالیز سختی

 طور کلی هر نوع عملیاتی که سختی یک ماده را اندازه گیری می کند آنالیز سختی یا سختی سنجی نامیده می‌شود. در واقع به نوع روش ها و عملیات هایی که برای سنجش سختی مورد استفاده قرار می گیرند آنالیز سختی هستند. روش های گوناگونی برای سختی سنجی انواع مواد وجود دارد که استفاده از هر کدام به شرایط آزمایشی بستگی دارد. به عنوان مثال در گذشته برای اولین بار دانشمند و زمین شناس معروفی به نام آقای ریومر در سال ۱7۷۲ از طریق سایش دو جسم بر روی یکدیگر عملیات سختی را انجام داد و از این روش برای سنجش سختی مواد مورد استفاده نمود. همانطور که اشاره کردیم امروزه روش های مختلفی برای تعیین سختی مواد وجود دارد در واقع روش های آنالیز سختی بسیار متفاوت می باشند که در  ادامه مقاله به معرفی آنها می پردازیم.

 روش های آنالیز سختی مواد

• روش سختی سنجی ویکرز

 یکی از مهم ترین و بهترین روش ها برای سنجش سختی مواد روش ویکرز است در برای اولین بار در سال ۱۹۲۲ میلادی توسط اسمیت و ساندرلند مورد استفاده قرار گرفت. در این روش از یک میله با قاعده مربعی شکل استفاده می شود که جنس نوک میله از جنس الماس می باشد که از بالا با نیروی خیلی زیاد در جسم فرو می رود و باعث ایجاد خراش لوزی مانند روی سطح نمونه می شود. پس از آن با استفاده از فرمول زیر می توان میزان سختی نمونه را مورد اندازه گیری قرار داد. از آنجایی که در این روش می توان سختی همه مواد را اندازه‌گیری نمود بسیار مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. از معایب روش سختی سنجی ویکرز این است که زمان آزمون سختی طولانی است  و اندازه گیری دقیق ارائه نمی دهد. با این حال تجربه نشان داده است که میزان سختی هایی که از روش بدست می آید از بسیاری از روش های معمول دیگر دقیق تر می باشد.

• آنالیز سختی به روش رومر

 یکی از روش های قدیمی و البته موثر در تعیین سختی نمونه های مورد آزمایش و به این دلیل است که برای اولین بار در سال ۱۹۰۰ میلادی معرفی گردید بدین صورت است که یک میله فولادی که معمولاً از جنس کاربید تنگستن است با قطر ۱۰ میلیمتر و با نیروی مشخص به داخل مواد فشار داده میشود و از طریق تغییر شکل ایجاد شده و قطر نهایی نمونه می توان سختی مورد نظر را محاسبه نمود. نکته مهمی که در آنالیز سختی به روش  وجود دارد این است که تغییرات به وجود آمده و قطر نهایی نمونه باید با دقت محاسبه شود. این روش مانند روش ‌های دیگر محدودیت‌هایی نیز دارد. مهمترین محدودیتی روش این است که چنانچه مواد خیلی سخت باشند نمی توانند از این روش برای آنالیز سختی آنها استفاده نمود زیرا ماده سخت باعث ایجاد تغییر شکل در نوک ساچمه فولادی مورد استفاده می شود که باعث می شود اعداد گزارش شده خطا باشد، علاوه بر این در سختی سنجی مواد نازک تر نیز با خطا همراه از زیر مقصود از عرض نمونه عبور می کند و وقتی که گزارش می شود با خطا همراه خواهد بود.

• سنجی به روش موس کانی شناسی یا مینرالوژی

در سختی سنجی به روش موس کانی شناسی به همان روش ابتدایی سختی سنجی که توسط رومر مطرح شده بود شباهت زیادی دارد، اساس این روش تقابل دو جسم و خراش افتادن روی دیگری می باشد و میزان سختی اجسام همین قدرت خراش افتادن بر دیگری می باشد. در این روش کانی استفاده می شود و نمره اختصاصی به آنها داده می‌شود. مثلاً به نرم ترین کانی

شناسایی شده نمره یک می‌دهند و به سخت ترین ماده شناسایی شده که الماس است نمره  10داده می دهند. هر ماده ای که قرار باشد سختی آن اندازه گرفته شود به ترتیب از کانی شناسایی شده تالک شماره ۱ و تا کانی شماره ۱۰ امتحان می شود تا میزان سختی آن مورد بررسی قرار بگیرد.

• آنالیز سختی به روش راکول

 یکی دیگر از روش های سختی سنجی روش راکول است که به برینل شبیه می‌باشد در این روش که در آمریکا مرسوم می باشد اختلاف عمق نفوذ فرو رونده به داخل نمونه مورد اندازه گیری قرار می گیرد این روش در سال ۱۹۱۹ توسط استنلی راکول معرفی شد. در این روش ابتدا یک بار ابتدایی ۱۰ کیلوگرمی به نمونه وارد می شود سپس نیروی اصلی بوارد می شود و بین ۷ تا ۱۰ ثانیه به نمونه نیرو وارد می کند در مرحله بعد نیروی اصلی از روی نمونه برداشته می شود فقط نیروی ۱۰ کیلوگرمی باقی می ماند. در این لحظه دستگاه اختلاف نفوذ میله فرو روند در نمونه را در هر دو حالت محاسبه می نماید و عددی که روی صفحه نمایش داده می شود میزان سختی جسم مورد نظر را نشان می دهد هرچه این عدد بزرگتر باشد یعنی نفوذ بیشتری در نمونه صورت گرفته و نمونه نرم تر است و هر چقدر عدد کوچکتر باشد جنس سخت تر می باشد.