info@kosartech.com
مولف: علی کوثری مهر
دندانه‌گذاری یک آزمون برای اندازه‌گیری سختی (به صورت عام سختی یک ویژگی پیچیده است که به عنوان مقاومت جسم در برابر نفوذ جسمی سخت‌تر تعریف می‌شود) مواد است. با وجود تلاش‌ها برای رسیدن به تعریفی مطلق برای سختی، این کمیت تا به امروز نیمه-تجربی باقی مانده است. قدیمی ترین مقیاس سختی توسط موهز معرفی شد: یک جامد از جامد دیگر سخت‌تر است اگر بتواند روی ماده‌ی دیگر خراش بیاندازد. مقیاس معرفی شده توسط موهز بر اساس 10 ماده‌ی انتخابی بنا نهاده شد که به آنها مقدار سختی 1 تا 10 نسبت داده شد.
در آزمون دندانه‌گذاری، یک فررونده با نیرویی مشخص به ماده‌ی مورد تحقیق فشار داده می‌شود و ناحیه‌ی اثر حاصل شده اندازه‌گیری می‌شود. جدول ذیل مهم‌ترین روشهای دندانه‌گذاری را بر اساس شکل و جنس فرورونده (دندانه‌گذار) گردآوری کرده است.
|
روش |
فرورونده (دندانه‌گذار) |
ماده (جنس) |
یادداشت |
|
برینل |
کره |
استیل، تنگستن کاربید |
HB=(2F)/[πD(D-(D2-d2)1/2)] D نشانگر قطر کره، d نشانگر قطر اثر باقی مانده. سختی اندازه گیری شده وابسته به بار اعمال شده می باشد. |
|
راکول |
کره، مخروط |
استیل، الماس |
سختی راکول اختلاف بین عمق موثر بیشترین و کمترین بار پس از عمل دندانه‌گذاری می‌باشد. براساس شکل و جنس فرورونده و نیز بار اولیه و نهایی روی هم رفته 18 مقیاس راکول وجود دارد که بازه‌های مختلف سختی را پوشش می‌دهد. |
|
ویکرز |
هرم چهار وجهی |
الماس |
HV=(1.854F)/(d2) d نشانگر قطر اثر باقی مانده. با توجه به شکل فرورونده، سختی مستقل از شکل بار اعمال شده است. |
|
کنوپ |
هرم رومبوهدرال با نسبت قطری 7:1 |
الماس |
HK=(14.2F)/(l2) l نشانگر طول قطر بزرگ اثر باقی مانده. اگر محدودیت‌های در مورد مقدار بار آزمون پایین برای پوشش‌های بسیار سخت وجود داشته باشد، این روش به دلیل قطر بزرگ هرمش از روش ویکرز کاربردی‌تر است. |
|
برکوویچ و گوشه مکعبی |
هرم مثلثی |
الماس |
مقادیر سختی حاصل شده نوعا 10 تا 20 درصد بیشتر از مقادیر سختی کنوپ می باشند. |
به صورت کلی، فررونده‌های (دندانه‌گذار) متفاوت و نیروهای/بارهای اعمالی متفاوت برای مواد حجیم (بالک) و لایههای نازک به کار گرفته می‌شوند. برای اندازه‌گیری مواد حجیم، فررونده‌های برینل و راکول مورد استفاده قرار می‌گیرند. اندازه‌گیری سختی لایههای نازک در اغلب موارد توسط فررونده‌های برکویچ، گوشه مکعبی (دارای تنش برشی بیشتر از برکویچ)، ویکرز و کنوپ صورت می‌پذیرند چون در این روش‌ها نیروهای اعمال شده کمتر هستند. روشهای دندانه‌گذاری بر اساس نیروی/بار اعمالی آنها نیز دسته بندی می‌شوند به عنوان مثال میکرودندانه‌گذاری، الترامیکرو دندانه‌گذاری و نانودندانهگذاری. بازه‌ی نیرو/بار در میکرودندانه‌گذاری و الترامیکرو دندانه‌گذاری به ترتیب 2-0.02 نیوتون و 5-10×1-2-10×2 نیوتون است. در نانودندانهگذاری عموما بازه‌ی نیرو کوچکتر از میکرونیوتون است و این روش به صورت روز افزون برای مطالعه سختی سیستم‌های لایه/زیرلایه به کار می‌رود. طبعا مقیاس فرورونده‌ها (دندانه‌گذار) در روشهای نانودندانه‌گذازی کوچتر از روشهای میکرودندانه‌گذاری است. نکته‌ی دیگری که شایان توجه است این است که در روشهای دندانه‌گذاری غیر از نانودندانهگذاری، اثر باقی‌مانده‌ی فرورونده در ماده پس از دندانه‌گذاری به صورت اپتیکی اندازه‌گیری می‌شود و با توجه به آن سختی محاسبه می‌شود. اما در روش نانودندانهگذاری به دلیل اینکه اندازه‌ی اثر باقی مانده اغلب کمتر از چند میکرون است، از منحنی‌های بار-جابه‌جایی برای محسابه‌ی سختی استفاده می‌شود. در این روش عمق نفوذ (جابه‌جایی) در زیر سطح نمونه همانطور که بار به فرورونده (دندانه‌گذار) اعمال می‌شود و بار از روی آن برداشته می‌شود، اندازه گیری می‌شود و بر اساس آن یک منحنی ترسیم می‌گردد. هندسه‌ی شناخته شده‌ی دندانه گذار، امکان اندازه گیری غیر مستقیم ناحیه‌ی تماس را فراهم می‌کند که از آن محاسبه‌ی سختی میسر می‌شود (برای اطلاعات کامل به مرجع دوم مراجعه شود).
در پایان ذکر یک نکته برای برگذاری درست آزمون دندانه‌گذاری و رسیدن به عدد سختی دندانه‌گذاری صحیح در لایههای نازک ضروری است. به عنوان یک قاعده‌ی کلی عموما توافق بر این است که به منظور رسیدن به سختی دندانه‌گذاری صحیح لایههای نازک (بدون اثر زیرلایه‌ی آنها) عمق اثر فرورونده باید کمتر از یک دهم ضخامت لایه باشد. حتی در اینصورت هم گرچه تاثیر زیرلایه و مرز بین آنها کمتر می‌شود اما به صورت کامل از بین نمی‌رود. روش اصلی برگذاری آزمون بدین صورت است که بایستی سختی دندانه‌گذاری لایههای نازک در بارهای اعمالی متعدد (از بارهای اعمالی کم تا زیاد) اندازه‌گیری شود و نمودار باراعمالی-سختی ترسیم گردد. در این نمودار اگر منطقه‌ای مسطح وجود داشته باشد که در آن مقادیر سختی با تغییر بار اعمالی تغییر نکند (شناخته شده به عنوان منطقه‌ی موم‌سان کاملا توسعه یافته)، مقدار سختی این منطقه، مقدار سختی دندانه‌گذاری نمونه را نشان می‌دهد. البته باید توجه داشت که در لایههای بسیار نازک رسیدن به چنین منطقه‌ای ممکن است میسر نباشد.
