تست میکرو سختی پوشش از نگاه متال فینیشینگ

 واحد تحقیق توسعه جلاپردازان بهمن 1395

سختی، مقاومت در برابر نفوذ تعریف میشود. پی بردن درجه سختی بر اساس اندازه گیری پایداری و نفوذ تست مکانیکی فشار دندانه های مخصوص با نیروی ویژه و نفوذ عمیق مثل جای پا افتادن بوسیله دندانه ها. احتمالا سختی اندازه گیری شده بوسیله دندانه ها یک اثر تنها نیست اما ترکیبی از ویژگی ها است. و سهم هر کدام از درجه  سختی متنوع بخاطر فلزات و انواع تست است . شکل مختلف دندانه ها پیشرفت کرده اند و در صنایع مختلفی استفاده میشوند. درجه سختی متنوع بخاطر اندازه و شکل دندانه ها و نیروی مورد استفاده است. در میان چیزهای مختلف، که نتایج در اندازه های چندین درجه سختی مختلف. صنعت فلز کاری از یک یا بیشتر از اندازه راکول استفاده میکند که در میان باقی بیشتر معمول است. مگر پوشش به شدت ضخیم باشه روش راکول نمیتونه برای بخش پوشش استفاده بشه.

نتایج تست سختی پوشش به عنوان موضوعی برای چندین سال مطرح شده. روش استاندارد به عنوان ASTM  E  384 ( روش تست استاندارد برای پوشش فلزات ) که در حال پیشرفت برای اندازه گیری سختی مواد جامد، پی برده شده بطور معین برای تغییر چی لازم که متناسب با پوشش نازک. این موضوع در نظر گرفته شده با ASTM  B  578 ( روش تست استاندارد برای سختی از پوشش الکتریکی ). اصطلاح سختی تعریف میشه سختی اندازه گیری شده با دندانه های کوچک و مقاسه اندازه گیری نیرو. ( پیشنهاد شده تعدادی از مکرو سختی ها در حقیقت با میکرو دندانه ها شرح داده بشوند.) به طور کلی اصلاح سختی برای تست سختی استفاده میشه وقتی که نیرویی معال 1000 گرم استفاده میشه یا کمتر.

  چه اندازه سختی استفاده بشه

بطور معمول دو مدل دندانه برای تست سختی وجود دارد. دندانه ویچرز طویل و کوتاه، لوزی هرمی شکل که سطح جای پا یا اثر را تولید میکند. دندانه ناپ که بوسیله موسسه بین المللی استاندارد و تکنولوژی ( NIST) پیشرفت کرده کوچک، لوزی هست اثر نفوذ نازکتر و بلند تر ایجاد میکنه. این ویژگی سازگارتری را برای پوشش ایجاد میکند. اخیراتشخیصASTM  مخصوصا برای تست سختی پوشش با B  578 و فقط تبدیل دندانه ناپ است. انتظار میرود که ویژگی اصلاح مشخصات شامل دندانه ویکرز است. خیلی مهم است که بدانیم این دو دندانه مثل هم نیستند و درجه سختی آنها نیز متفاوت. اگرچه در نهایت نزدیک هم است اما قابل تبدیل نیست. هر روش یک سری مزایا دارد. در کل ناپ برای پوشش های نازک تر ترجیح داده میشه بخاطر اثر دندانش و بخاطر نفوذ تنهاتقریبا یک دوم عمق دندانه ویچرز. دندانه ویچرز بیشتر برای سطح های نازک موازی آزاد ترجیح داده میشود. تست های جدید مکانیکی اجازه استفاده هر دندانه ای را میدهد. اگر سندی کنار تست استاندارد  ASTM  لازم باشد روش دندانه ناپ قطعا سودمند خواهد بود.

نیروی مورد استفاده

این خیلی مهم است که درنظر گرفته بشه درجه سختی براساس اعمال چه نیرویی است. بیشتر با نیروهای کم گفته میشه. برای پوشش های فلزی سخت تر مثل مس، نیکل، یا کروم، 100 گرم نیرو (0.981 نیوتن) بهتره استفاده بشه. اضافه کردن 200 گرم نیرو بطور کلی اختلاف کمتری بین اوپراتو و آزمایشگاه نشان میدهد اما میتونه شکست ایجاد کند، ولی همیشه مشاهده نمیشود، با سخت تر، رسوبات شکننده بیشتر. با اضافه کردن 50 گرم نیرو یا کمتر، ارزش بیشتری با تنوع بیشتری مشاهده میشود، مخصوصا با فلزات سنگین تر. ممکنه برای تشخیص فلزات سنگین پیشنهاد بشه بر خلاف استفاده 50 گرم نیرو گذاشته بشه. نیروی کمتر از 25 گرم یا کمتر بهتره فقط برای فلزات نرم مثل طلا و سرب استفاده بشه.

چطور سختی بیان میشه

راه درست بیان سختی ابتدا عوض کردن درجه سختی است، در پیرو اصلاح اندازه (دندانه) HK برای سختی ناپ (  hardness Knoop)، HV برای سختی ویکرز (hardness Vickers )، با نیروی استفاده شده به عنوان زیر نویس. ASTM  B 578 مخصوص برای نیرو. موسسه بین المللی ISO 4516  تعیین واحد نیرو کیلوگرم. هر دو موافقت کردنند برای تعیین اسم سختی ارزش عددی درجه سختی بر اساس واحد نیرو در SI باقی بماند، که نیوتن است، واحد قدیمی تغییر نکند. (نیرو، نیوتن، تقسیم شده بوسیله 0.00981 مساوی گرم نیرو) بدینسان، سختی از 550 استفاده میشه تا 100 گرم (0.981 نیوتن) ودندانه ناپ بیان میشه به عنوان HK₁₀₀550_.

روش پیشنهادی

پوشش ضخیم کافی برای نتیجه خوب لازم میباشد. حداقل نازکی پوشش که نیاز در حدود 0.002 اینچ. (در حدود 50 میلی متر) ترجیح داده میشود. حداقل دندانه ناپ 0.001 اینچ (25 میلی متر) استفاده میشود، اگرچه خیلی نازک. هنگام تولید بخش ها یی که پوشش ضخیم نارسانا دارند لازم خواهد بود که ادامه بدیم پوشش  دهی روی بخش های زیری نمونه شرایط پایدار تا حداقل ضخامت دیده شود. اسفتاده از تست پوشش قطعه زیر شرایط یکسان به عنوان کار تمرین رایج هست.

به عنوان یک مثال نار سختی اندازه گیری میشه روی کراس کات cross-section  روی بخش پوشش. نمونه را میبریم و به اندازه کافی سردش میکنیم تا از واکنش های جانبی بطور تصادفی جلوگیری کنیم. بالای قطعه نمونه فلزات دیگر از لبه محافظت میکند و تضاد قابل دیدنی را تولید میکند. مس را روی قطعه نیکل استفاده کنید یا برعکس. سختی روی قطعه بهتره توی ی رنج از سختی پوشش مورد آزمایش باشه. معمولا ضخامت بالای قطعه در حدود 0.001 اینچ (25 میلی متر) رضایت بخش است. سوار کردن نمونه روی پلاستیک مناسب برای کار متالوگرافی. اگر سختی نمونه تاثیر بگیرد از زمان دمادهی شامل عملکرد پایه از دمای کمتر تنظیمات پلاستیک استفاده کنید.

خرد کردن و پولیش و سوار کردن

از دما دهی و سنباده زدن یا کار روی سطح سخت اجتناب کنید. تکنیک متالوگرافی نرمال نیازمند استفاده متادول لایه نازک و پولیش متوسط شستشوی بادقت بین مراحل است. پایه 90 درجه در هر مرحله چرخیده میشود برای کمک کردن به نگه داشتن سطح و اتصال و موازی پایه اتصال است. در پایان حتی کمترین مقدار خراشیدگی هم با بزرگنمایی 400* نشان داده میشود. مرحله آخر پولیش کاری معمولا با لوزی fine-grit  (خمیر سنگریزه ) است.

کالیبره کردن در مرحله میکرومتر

چندین بار جواب دستگاه رابخوانید واز نتایج معدل گیری کنید تا ضریب تصیح را تعیین کنید که لازم اندازه دندانه ها روی سطوح مشخص بشه. بزرگنمایی تست ماشین بهتر است روی حداقل 400* باشد: بهترین بزرگنمایی میتواند سودمند باشد. فاکتور تصیح برای افراد مختلف هنگام استفاده از یک ماشین میتواند متفاوت باشد. اما بهتره برای هر شخص تغییر تجهیزات عوض نشه. درجه بندی بهتر است هر چند ماه یکبار یا به دلیلی هر وقت انجام شود.

درجه بندی بوسیله چک کردن تست block

ترجیح داده میشود تست بلاک برای سختی کلی در شروع تست رسوب دهی باشد. (از نیکل سخت یا تست بلاک هنگامی که رسوب ظلای نرم هست اجتناب کنید.) تست بلاک سختی استاندارد در دسترس هست از لابراتوارهای مختف  و تجهیزات تست شکنندگی. بظور قابل ملاحظه استاندارد تست سختی الکترولیز نیکل سخت از موسسه NIST از فلزات مرجع قابل دسترس است . استفاده از تست بلاک استاندارد از مواد عمومی مشابه به عنوان رسوب ممکنه کمترین خطاها باشد بر اساس بیان متفاوت خصوصیات با فلزات مشابه.(زیرنویس تست ماشینی، ASTM E 384نامیده میشود برای 20 دندانه روی تست بلاک استاندارد.)

اندازه گیری سختی نمونه

دستورالعمل ساخت دستگاه تست را دنبال کنید، وقتی از کنگره کناپ استفاده میکنید کنگره را در طول محور عمودی موازی دندانه بسازید وقتی از کنگره ویچرز استفاد میکنید روی گوشه ها جابجا بشود و نفوذ روی لبه های روکش باشد. کنگره بهتراست در مرکز رسوب ساخته شود و حداقل در حدود یک یا یک دوم زمان در طول هر زاویه فصله داشته باشد (منظور اینکه ایجاد دندانه یا کنگره با یک دوره زمانی همراه باشد). برای نتیجه بهتر بهتر است دندانه ها متقارن باشند. وقتی از مقیاس ویچرز استفاده میکنید هر دو زاویه اندازه گرفته و میانگیری  میشود. هر زائیه بهتر است %5 در داخل مساوی باشد. کنگره فقط برای اندازه گیری زاویه های کناری است. به هر حال هر بخش بهتره داخلش مساوی باشد %20 (یا کمتر از % 20 ).

گزارش نتایج

ASTM نتایج بر پایه حداقل 5 تا اندازه گیری و گزارش شامل گستره واحد سختی، میانگین، تخمین انحراف معیار و ضریب شکست میباشد. در ISO  گزارش شامل گستره، میانگین و اینکه آیا تست آیا تست انجام شده روی سطح یا مقطع عرضی و انحراف از شرایط نرمال مثل دما یا زمان نیروی بازداری پرسیده میشود.

چگونه بسیاری از خواندن باید انجام شود

ASTM B 578  و ISO 4516 برای حداقل 5 با اندازه گیری نامیده میشود و در طول آزمایش طولانی تر تست round- robin  که بالای چند سال انجام میشود نتایج بهتر با 5 بار اندازه گیری روی هر دندانه مشاهده میشود. این بخش به وسیله بخش هیئت BOS  در ASTM. از یک سری از 6500 تست خوانده شده، پوشش هر دوی دندانه کناپ و ویچرز، معدل نهایی سختی مطالعه شده پیدا شد خیلی خیلی نزدیک گواهی NIST. اگر چه گستره مختصری پهن بود. پیشنهاد شده است این تکنیک ممکنه بی ثبات باشد، این روش 5 تا اندازه گیری برای هر 5 دندانه استفاده شده انجام میدهد.استفاده کردن از این کالیبراسیون برای دستگاه با تست استاندارد بلاک و هنگام تست روی نمونه رسوب است.

منابع خطا

در طول فرایند دندانه دار شدن، هنگامیکه دندانه در ارتباط با بخش تست، ارتعاش ممکنه عامل اصلی باشد، اغلب غیر قابل پیش بینی است. ارتعاش در طول این دوره اطلاعات کاذب میدهد.حرکت موتور، فن ها، رفت وآمد افراد نزدیک ماشین، حرکت ماشین و مامیون هم همینطور. حتی طوفان در هوا میتواند دلیل سیگنال ارتعاش بشود هر اثری موجب ثبت سیگنال برای سختی و خوانده شدن توسط دستگاه میشود. این خیلی مهم است که ماشین تست سختی را را به جایی که حداقل اثر را روی ارتعاش دارد جابجا کنیم. و متصدی دستگاه هم باید آگاه باشد که ارتعاش روی حساسیت دستگاه اثر دارد و از تکان دور نگه دارد و روی سطح صاف و هموار بگذارد و در طول فرایند انجام تست دندانه کمترین تکان ر داشته باشد. ارتعاش برای دستگاه بحرانی است (چون روی جواب دستگاه اثر میگذارد ) ASTM E 384  ارتعاشات را تا کمتر از 0.005 گرم محدود میکند (2 اینچ بر ثانیه) .

ارتعاش مقدار کم تکیه گاه متواند عامل اصلی باشد که روی جواب دستگاه اثر میگذارد.

مشکلات تجهیزات

دستگاهی: فرایند دندانه باید روی سطح هموار باشد و با کنترل سرعت دندانه. تمام نیرو بهتره برای 10 تا 15 ثانیه اعمال بشود. زمان بازداری میتواند بخاطر ارتعاشات اطراف طولانی تر بشود.   ASTM E 384  شامل اطلاعاتی روی ارتعاش و کالیبراسیون از  دستگاه تست سختی است.

بصری: بزرگ نمایی400* میتواند محدود بشود، بهتر شود .عکس های الکتریکی بهتر میتواند اندازه گیری شوند. نتایج مشاهده شده با بزرگنمایی کمتر گستره متنوع تری داشته باشد و موافق با نتایج 400* و بیشتر نباشد.

دندانه ها : بهتر است در حدود 100* بصورت دوره ای برای عیب (ترک) هر دندانه آزمایش شود.

مشکلات آماده سازی نمونه

عمود نبودن سطح روی دندانه: این نتایج نامتقارنی دندانه را میدهد که میتواند بوسیله پولیش مجدد یا بوسیله دستگاه stage-leveling  (صفحه ترک کننده) کنترل بشود.

خراش بیش از حد روی سطح: میتواند با محل دقیق شروع دندانه مداخله کند راه حلش پولیش دوباره نمونه است.

گرمای بیش از حد نمونه یا سخت کاری روی سطح در طول آماده سازی: لایه نازک برای سخت کاری ماده میتواند پوشش را بوسیله قلم زنی و پولیش آزام جدا کند. اگر نمونه بطور تصادفی گرما ببیند باید یک نمونه جدید آماده کنیم.

مشکلات اندازه گیری

کالیبراسیون درست ماشین یک صفحه میکرو اندازه گیری تعریف میشود و بهتر است بیشتر از %5 نباشد. درجه سختی به هر حال افزایش میابد وقتی که لایه نازکی از مواد هست (برای پهنای رنج با دندانه ویچرز) و اندازه گیری خطا با %5 . با درجه میکرو سختی بالای HK 800 تنوع بیشتری میتواند در نظر گرفته شود، اغلب پیشنهاد میشود که گستره عملی مخصوص بشود بهتر از یک ویژگی است.

نتایج

تست میکرو سختی برای پوشش ها، یا به طور صحیح تر، روش های تست میکرو سختی برای سختی مواد، میتواند یک ابزار خوبی برای مطالعه مواد باشد، انقلابی از پیشرفت، فرایند ها و کنترل کیفی، و استفاده های بیشتر باشد. روش تست استاندارد، هنگامی بطور نزدیک دنبال میشود و با توجه به فرایند و شرایط متنوع از آن حیث و میتواند مقاله قابل اعتمادی تولید کند و نتایج تکرار پذیر بدون تمرینات محدود. این یک حقیقت جهانی است به هر حال این فرایند ها هیچ وقت نمیتواند دنبال  شود. خواننده باید هوشیار باشد که اطلاعات نوشتاری هستند چه قدیمی و چه جدید که ناتمام هستند و مشکل است که تکرار بشوند و یا با اطلاعات منابع دیگرمقایسه شوند. اعتماد پذیری روش تست درجه (شماره) دندانه و اندازه گیری پیشرفت کرده است. اگر تمام جوانب احتیاط  در نظر گرفته شود و اگر متصدی آگاه روی کار (فرایند) باشد و تجهیزات کافی در اختیار. از دو دندانه معمول کناپ گسترده کمتر هنگام تست سختی مواد دارد. آن نوشته مخصوص و جایگاه روی سختی محدود میکند بهتر است از این عامل آگاه باشیم.

نگاه متال فینیشینگ