تنش پسماند یک پدیده رایج در مواد است که بدون تأثیر نیروهای خارجی در داخل ماده وجود دارد. این می تواند در طی فرآیندهای مختلف تولید مانند ریخته گری، آهنگری، جوشکاری و ماشینکاری تولید شود. تست سختی برینل یک روش پرکاربرد برای اندازه گیری سختی مواد است که اطلاعات مهمی در مورد خواص مکانیکی مواد ارائه می دهد. به عنوان یک تامین کننده سختی سنج برینل، درک تاثیر تنش پسماند بر نتیجه تست سختی برینل هم برای ما و هم برای مشتریانمان بسیار مهم است.
درک استرس باقیمانده
تنش پسماند را می توان به دو نوع اصلی طبقه بندی کرد: تنش پسماند ماکروسکوپی و تنش پسماند میکروسکوپی. تنش پسماند ماکروسکوپی در مقیاس نسبتاً بزرگی در داخل ماده عمل می کند که اغلب به دلیل تغییر شکل پلاستیک ناهموار در طول تولید ایجاد می شود. به عنوان مثال، در فرآیند آهنگری، لایه بیرونی قطعه کار ممکن است سریعتر از لایه داخلی سرد شود و در نتیجه درجات مختلف انقباض ایجاد شود و در نتیجه تنش پسماند ماکروسکوپی ایجاد شود.
از سوی دیگر، تنش پسماند میکروسکوپی در سطح دانه یا بین فازهای مختلف در یک ماده چند فازی رخ میدهد. این می تواند به دلیل عدم تطابق شبکه بین ساختارهای کریستالی مختلف یا وجود ناخالصی باشد. این تنشهای پسماند میتوانند تأثیر قابلتوجهی بر رفتار مکانیکی ماده از جمله پاسخ آن به آزمون سختی برینل داشته باشند.
تست سختی برینل
تست سختی برینل شامل فشار دادن یک فرورفتگی کروی سخت (معمولاً از کاربید تنگستن یا فولاد) به سطح ماده تحت یک بار خاص برای مدت معینی است. پس از برداشتن بار، قطر فرورفتگی اندازه گیری می شود. سپس عدد سختی برینل (BHN) با استفاده از فرمول محاسبه می شود:
[BHN=\frac{2F}{\pi D(D - \sqrt{D^{2}-d^{2}})}]
که در آن (F) بار اعمال شده، (D) قطر فرورفتگی، و (d) قطر فرورفتگی است.
به عنوان یک تامین کننده، ما انواع سختی سنج های برینل را ارائه می دهیم، از جملهدستگاه تست سختی برینل،سختی سنج برینل بار کوچک، وسختی سنج برینل اتوماتیک. این تسترها برای ارائه اندازه گیری سختی دقیق و قابل اعتماد برای انواع مختلف مواد و کاربردها طراحی شده اند.
تأثیر تنش پسماند بر نتایج آزمون سختی برینل
1. استرس پسماند فشاری
هنگامی که یک ماده دارای تنش پسماند فشاری بر روی سطح خود باشد، می تواند در برابر نفوذ فرورفتگی در طول تست سختی برینل مقاومت کند. تنش پسماند فشاری به طور موثر مقاومت ماده را در برابر تغییر شکل پلاستیک افزایش می دهد. در نتیجه، قطر فرورفتگی کمتر از قطر یک ماده بدون تنش در شرایط آزمایش یکسان خواهد بود. طبق فرمول سختی برینل، قطر فرورفتگی کوچکتر منجر به عدد سختی برینل بالاتر می شود.
به عنوان مثال، در موردی که یک قطعه فولادی برای ایجاد تنش پسماند فشاری بر روی سطح آن ضربه زده شده است، سختی برینل اندازهگیری شده در ناحیه لایهبرداری شده در مقایسه با ناحیه باز نشده بیشتر خواهد بود. اگر وجود تنش پسماند در نظر گرفته نشود، این افزایش سختی میتواند بهعنوان یک بهبود واقعی در سختی تودهای ماده تعبیر شود.
2. تنش پسماند کششی
تنش پسماند کششی اثر معکوس دارد. این باعث تغییر شکل پلاستیک در طول تست سختی برینل می شود. هنگامی که فرورفتگی در ماده فشرده می شود، تنش کششی از قبل موجود با تنش ایجاد شده توسط فرورفتگی ترکیب می شود و تغییر شکل پلاستیک را برای مواد آسان تر می کند. این منجر به قطر تورفتگی بیشتر و عدد سختی برینل کمتر می شود.
به عنوان مثال، در یک سازه جوش داده شده، تنش پسماند کششی ممکن است در نزدیکی ناحیه جوش وجود داشته باشد. اگر تست سختی برینل در این ناحیه انجام شود، سختی اندازهگیری شده ممکن است کمتر از سختی اصلی ماده پایه باشد و تصور نادرستی از یک ماده نرمتر ایجاد کند.
3. توزیع تنش پسماند غیر یکنواخت
در بسیاری از موقعیتهای دنیای واقعی، توزیع تنش پسماند در یک ماده غیریکنواخت است. این عدم یکنواختی می تواند باعث تغییرات قابل توجهی در نتایج تست سختی برینل در مکان های مختلف روی سطح مواد شود.
یک قطعه آهنگری با شکل پیچیده را در نظر بگیرید. توزیع تنش پسماند ممکن است از سطح بیرونی به نواحی داخلی و از یک سر قطعه به انتهای دیگر متفاوت باشد. هنگام انجام چندین آزمایش سختی برینل در مکانهای مختلف، مقادیر سختی اندازهگیری شده میتواند بهطور گسترده در نوسان باشد. این نوسانات لزوماً به دلیل تغییرات در خواص توده ای مواد نیست، بلکه به دلیل توزیع غیر یکنواخت تنش پسماند است.
مفاهیم برای تست مواد و کنترل کیفیت
تأثیر تنش پسماند بر نتایج آزمون سختی برینل پیامدهای مهمی برای آزمایش مواد و کنترل کیفیت دارد. اگر تنش پسماند در نظر گرفته نشود، اندازهگیریهای نادرست سختی میتواند منجر به ارزیابیهای نادرست از خواص مواد شود. این می تواند منجر به انتخاب مواد معیوب برای یک برنامه خاص شود یا فرآیندهای عملیات حرارتی نامناسب توصیه شود.
به عنوان مثال، در صنعت هوافضا، جایی که به مواد با دقت بالا و قابل اعتماد نیاز است، اندازه گیری سختی نادرست به دلیل تنش پسماند می تواند ایمنی و عملکرد اجزای هواپیما را به خطر بیندازد. بنابراین، برای مشتریان ما ضروری است که هنگام استفاده از سختی سنج های برینل از تأثیر بالقوه تنش پسماند آگاه باشند.
کاهش اثر استرس پسماند
برای به دست آوردن نتایج دقیق تر تست سختی برینل، می توان از چندین روش برای کاهش اثر تنش پسماند استفاده کرد. یک روش کاهش تنش باقیمانده از طریق فرآیندهای عملیات حرارتی مانند آنیل است. بازپخت به مواد اجازه می دهد تا با کاهش سطوح تنش داخلی به حالت پایدارتری برسد.
روش دیگر انجام آزمایش های متعدد در مکان های مختلف روی سطح مواد و سپس تجزیه و تحلیل آماری داده ها است. با انجام میانگین اندازه گیری های متعدد، می توان تأثیر تغییرات تنش پسماند محلی را به حداقل رساند. علاوه بر این، تکنیک های آزمایش غیر مخرب مانند پراش اشعه ایکس می تواند برای اندازه گیری توزیع تنش پسماند قبل از انجام تست سختی برینل استفاده شود. سپس می توان از این اطلاعات برای تصحیح اندازه گیری های سختی استفاده کرد.
نتیجه گیری
به عنوان تامین کننده سختی سنج برینل، ما اهمیت ارائه راه حل های دقیق و قابل اعتماد اندازه گیری سختی را درک می کنیم. تأثیر تنش پسماند بر نتایج آزمون سختی برینل یک عامل پیچیده اما مهم است که باید در آزمایش مواد و کنترل کیفیت در نظر گرفته شود. تنش پسماند فشاری می تواند سختی اندازه گیری شده را افزایش دهد، در حالی که تنش پسماند کششی می تواند آن را کاهش دهد و توزیع تنش غیر یکنواخت می تواند باعث نوساناتی در نتایج آزمایش شود.
با آگاهی از این اثرات، مشتریان ما می توانند اقدامات مناسبی را برای کاهش تأثیر تنش پسماند و اندازه گیری سختی دقیق تری انجام دهند. ما مشتریان خود را تشویق می کنیم تا برای اطلاعات بیشتر در مورد نحوه استفاده از ما با ما تماس بگیرنددستگاه تست سختی برینل،سختی سنج برینل بار کوچک، وسختی سنج برینل اتوماتیکبه طور موثر در حضور تنش پسماند. اگر سؤالی دارید یا علاقه مند به خرید محصولات ما برای نیازهای آزمایش مواد خود هستید، لطفاً برای بحث و مذاکره بیشتر با ما تماس بگیرید.
مراجع
- ASTM E10 - 18، روش تست استاندارد برای سختی برینل مواد فلزی.
- کتاب راهنمای ASM جلد 8: آزمایش و ارزیابی مکانیکی.
- Macherauch، E. تجزیه و تحلیل تنش باقیمانده با پراش اشعه ایکس. اسپرینگر، 1976.