שלושה סטנדרטים של קשיות לפלדה

היכולת של חומר מתכתי לעמוד בפני שקעים על פני השטח על ידי עצמים קשים נקראת קשיות. בהתאם לשיטות בדיקה שונות והיקף היישום, ניתן לחלק את הקשיות לקשיות ברינל, קשיות רוקוול, קשיות ויקרס, קשיות שור, מיקרו-קשיות וקשיחות בטמפרטורה גבוהה. ישנן שלוש קשיות נפוצות עבור צינורות: קשיות ברינל, רוקוול וויקרס.

א. קשיות ברינל (HB)

השתמשו בכדור פלדה או כדור קרביד בקוטר מסוים כדי ללחוץ לתוך משטח הדגימה עם כוח הבדיקה שצוין (F). לאחר זמן ההחזקה שצוין, הסירו את כוח הבדיקה ומדדו את קוטר הכניסה (L) על פני הדגימה. ערך קשיות ברינל הוא המנה המתקבלת על ידי חלוקת כוח הבדיקה בשטח הפנים של הכדור הכניסה. היחידה, המבוטאת ב-HBS (כדור פלדה), היא ניוטון/מ"מ² (MPa).

נוסחת החישוב היא:
בנוסחה: F – כוח הבדיקה הנלחץ אל פני השטח של דגימת המתכת, N;
D - קוטר כדור הפלדה לבדיקה, מ"מ;
d - קוטר ממוצע של שקע, מ"מ.
מדידת קשיות ברינל מדויקת ואמינה יותר, אך בדרך כלל HBS מתאימה רק לחומרי מתכת מתחת ל-450N/mm2 (MPa), ואינה מתאימה לפלדה קשה יותר או ללוחות דקים יותר. מבין תקני צינורות הפלדה, קשיות ברינל היא הנפוצה ביותר. קוטר הכניסה d משמש לעתים קרובות כדי לבטא את קשיות החומר, וזה גם אינטואיטיבי וגם נוח.
דוגמה: 120HBS10/1000130: משמעות הדבר היא שערך קשיות הברינל הנמדד באמצעות כדור פלדה בקוטר 10 מ"מ תחת כוח בדיקה של 1000 קילו-גף (9.807 קילו-גף) למשך 30 שניות (שניות) הוא 120 ניוטון/מ"מ רבוע (MPa).

ב. קשיות רוקוול (HR)

מבחן הקשיות של רוקוול, כמו מבחן הקשיות של ברינל, הוא שיטת בדיקת שקע. ההבדל הוא שהיא מודדת את עומק השקע. כלומר, תחת פעולה רציפה של כוח הבדיקה הראשוני (Fo) וכוח הבדיקה הכולל (F), השקע (חרוט או כדור פלדה של מפעל הפלדה) נלחץ אל פני השטח של הדגימה. לאחר זמן ההחזקה שצוין, הכוח העיקרי מוסר. בכוח הבדיקה, השתמשו במרווח עומק השקע השיורי הנמדד (e) כדי לחשב את ערך הקשיות. ערכו הוא מספר אנונימי, המיוצג על ידי הסמל HR, והסולמות המשמשים כוללים 9 סולמות, כולל A, B, C, D, E, F, G, H ו-K. ביניהם, הסולמות הנפוצים לבדיקת קשיות פלדה הם בדרך כלל A, B ו-C, כלומר HRA, HRB ו-HRC.

ערך הקשיות מחושב באמצעות הנוסחה הבאה:
בבדיקה עם סולמות A ו-C, HR=100-e
בבדיקה עם סולם B, HR=130-e
בנוסחה, e - תוספת עומק הכניסה השיורית מתבטאת ביחידה שצוינה של 0.002 מ"מ, כלומר, כאשר התזוזה הצירית של הכניסה היא יחידה אחת (0.002 מ"מ), זה שווה ערך לשינוי בקשיות רוקוול במספר אחד. ככל שערך e גדול יותר, כך קשיות המתכת נמוכה יותר, ולהיפך.
ההיקף הרלוונטי של שלושת הסולמות הנ"ל הוא כדלקמן:
HRA (חודר חרוט יהלום) 20-88
HRC (חוט חרוט יהלום) 20-70
HRB (קוטר 1.588 מ"מ כדור פלדה) 20-100
בדיקת קשיות רוקוול היא שיטה נפוצה כיום, ביניהן HRC משמש בתקני צינורות פלדה, שנייה רק ​​לקשיות ברינל HB. ניתן להשתמש בקשיות רוקוול למדידת חומרי מתכת רכים במיוחד ועד קשים במיוחד. היא מפצה על חסרונותיה של שיטת ברינל. היא פשוטה יותר משיטת ברינל וניתן לקרוא את ערך הקשיות ישירות מחוגת מכונת הקשיות. עם זאת, בשל השקע הקטן שלה, ערך הקשיות אינו מדויק כמו שיטת ברינל.

קשיות ויקרס (HV)

מבחן הקשיות של ויקרס הוא גם שיטת בדיקת שקע. הוא לוחץ שקע יהלום פירמידלי מרובע עם זווית כלואה של 1360 בין משטחים מנוגדים לתוך משטח הבדיקה בכוח בדיקה נבחר (F), ומסיר אותו לאחר זמן ההחזקה שצוין. כוח, מדוד את אורך שני האלכסונים של השקע.

ערך קשיות ויקרס הוא מנת כוח הבדיקה חלקי שטח הפנים של הכניסה. נוסחת החישוב שלו היא:
בנוסחה: סמל קשיות HV–ויקרס, ניוטון/מ"מ² (MPa);
כוח מבחן F, N;
d – הממוצע האריתמטי של שני האלכסונים של השקע, mm.
כוח הבדיקה F המשמש בקשיות ויקרס הוא 5 (49.03), 10 (98.07), 20 (196.1), 30 (294.2), 50 (490.3), 100 (980.7) ק"ג (N) ושש רמות נוספות. ניתן למדוד את ערך הקשיות בטווח של 5~1000HV.
דוגמה לשיטת ביטוי: 640HV30/20 פירושו שערך קשיות ויקרס שנמדד בכוח בדיקה של 30Hgf (294.2N) למשך 20S (שניות) הוא 640N/mm2 (MPa).
ניתן להשתמש בשיטת קשיות ויקרס כדי לקבוע את קשיותם של חומרים מתכתיים דקים מאוד ושכבות פני השטח. יש לה את היתרונות העיקריים של שיטות ברינל ורוקוול והיא מתגברת על חסרונותיהן הבסיסיים, אך היא אינה פשוטה כמו שיטת רוקוול. שיטת ויקרס נמצאת בשימוש נדיר בתקנים של צינורות פלדה.