۱. بررسی اجمالی آزمون سختی زنجیر غلتکی دقیق
1.1 ویژگی های اساسی زنجیره غلتکی دقیق
زنجیر غلتکی دقیق نوعی زنجیر است که به طور گسترده در انتقال مکانیکی مورد استفاده قرار میگیرد. ویژگیهای اساسی آن به شرح زیر است:
ترکیب ساختاری: زنجیر غلتکی دقیق از صفحه زنجیر داخلی، صفحه زنجیر خارجی، محور پین، غلاف و غلتک تشکیل شده است. صفحه زنجیر داخلی و صفحه زنجیر خارجی توسط محور پین به هم متصل شدهاند، غلاف روی محور پین غلاف شده و غلتک در خارج از غلاف نصب شده است. این ساختار زنجیر را قادر میسازد تا در حین انتقال، نیروهای کششی و ضربهای زیادی را تحمل کند.
انتخاب مواد: زنجیر غلتکی دقیق معمولاً از فولاد کربنی با کیفیت بالا یا فولاد آلیاژی مانند فولاد ۴۵، ۲۰CrMnTi و غیره ساخته میشود. این مواد دارای استحکام بالا، چقرمگی بالا و مقاومت سایشی خوبی هستند که میتوانند الزامات استفاده از زنجیر را در شرایط کاری پیچیده برآورده کنند.
دقت ابعادی: الزامات دقت ابعادی زنجیر غلتکی دقیق بالا است و تلرانس ابعادی گام، ضخامت صفحه زنجیر، قطر شفت پین و غیره معمولاً در محدوده ±0.05 میلیمتر کنترل میشود. ابعاد با دقت بالا میتواند دقت درگیری زنجیر و چرخدنده را تضمین کند و خطاهای انتقال و نویز را کاهش دهد.
عملیات سطحی: به منظور بهبود مقاومت در برابر سایش و خوردگی زنجیر، زنجیرهای غلتکی دقیق معمولاً تحت عملیات سطحی مانند کربندهی، نیتریده کردن، گالوانیزه کردن و غیره قرار میگیرند. کربندهی میتواند سختی سطح زنجیر را به 58-62HRC برساند، نیتریده کردن میتواند سختی سطح را به 600-800HV برساند و گالوانیزه کردن میتواند به طور موثری از زنگزدگی زنجیر جلوگیری کند.
۱.۲ اهمیت آزمایش سختی
آزمایش سختی در کنترل کیفیت زنجیرهای غلتکی دقیق از اهمیت بالایی برخوردار است:
اطمینان از استحکام زنجیر: سختی یکی از شاخصهای مهم برای اندازهگیری استحکام مواد است. از طریق آزمایش سختی، میتوان اطمینان حاصل کرد که سختی مواد زنجیر غلتکی دقیق مطابق با الزامات طراحی است، به طوری که اطمینان حاصل شود که زنجیر میتواند در حین استفاده، کشش و ضربه کافی را تحمل کند و از شکستگی یا آسیب زنجیر به دلیل استحکام ناکافی مواد جلوگیری شود.
ارزیابی خواص مواد: آزمایش سختی میتواند تغییرات ریزساختار و عملکرد ماده را منعکس کند. به عنوان مثال، سختی سطح زنجیره پس از عملیات کربندهی بالاتر است، در حالی که سختی هسته نسبتاً کم است. از طریق آزمایش سختی، میتوان عمق و یکنواختی لایه کربندهی شده را ارزیابی کرد تا بتوان قضاوت کرد که آیا فرآیند عملیات حرارتی ماده منطقی است یا خیر.
کنترل کیفیت تولید: در فرآیند تولید زنجیرهای غلتکی دقیق، آزمایش سختی وسیلهای مؤثر برای کنترل کیفیت است. با آزمایش سختی مواد اولیه، محصولات نیمهساخته و محصولات نهایی، میتوان مشکلاتی را که ممکن است در فرآیند تولید رخ دهد، مانند نقص مواد، عملیات حرارتی نامناسب و غیره، به موقع کشف کرد تا اقدامات مربوطه برای بهبود و تضمین ثبات و پایداری کیفیت محصول انجام شود.
افزایش طول عمر مفید: آزمایش سختی به بهینهسازی مواد و فرآیندهای تولید زنجیرهای غلتکی دقیق کمک میکند و در نتیجه مقاومت سایشی و خستگی زنجیر را بهبود میبخشد. سطح زنجیر با سختی بالا میتواند در برابر سایش مقاومت بهتری داشته باشد، تلفات اصطکاک بین زنجیر و چرخدنده را کاهش دهد، طول عمر زنجیر را افزایش دهد و هزینه نگهداری تجهیزات را کاهش دهد.
مطابق با استانداردهای صنعت: در صنعت تولید ماشینآلات، سختی زنجیرهای غلتکی دقیق معمولاً باید مطابق با استانداردهای ملی یا بینالمللی مربوطه باشد. به عنوان مثال، GB/T 1243-2006 "زنجیرهای غلتکی، زنجیرهای غلتکی بوشدار و زنجیرهای دندانهدار" محدوده سختی زنجیرهای غلتکی دقیق را تعیین میکند. از طریق آزمایش سختی، میتوان اطمینان حاصل کرد که محصول مطابق با الزامات استاندارد است و رقابتپذیری محصول در بازار را بهبود میبخشد.
۲. استانداردهای آزمون سختی
۲.۱ استانداردهای آزمون داخلی
کشور من مجموعهای از استانداردهای واضح و سختگیرانه را برای آزمون سختی زنجیرهای غلتکی دقیق تدوین کرده است تا اطمینان حاصل شود که کیفیت محصول مطابق با الزامات است.
مبنای استاندارد: عمدتاً بر اساس GB/T 1243-2006 "زنجیر غلتکی، زنجیر غلتکی بوشدار و زنجیر دندانهدار" و سایر استانداردهای ملی مربوطه. این استانداردها محدوده سختی زنجیرهای غلتکی دقیق را مشخص میکنند. به عنوان مثال، برای زنجیرهای غلتکی دقیق ساخته شده از فولاد 45، سختی پینها و بوشها معمولاً باید در 229-285HBW کنترل شود. برای زنجیرهای کربنی شده، سختی سطح باید به 58-62HRC برسد و عمق لایه کربنی شده نیز به وضوح مورد نیاز است، معمولاً 0.8-1.2 میلیمتر.
روش آزمایش: استانداردهای داخلی استفاده از دستگاه سختیسنج برینل یا دستگاه سختیسنج راکول را برای آزمایش توصیه میکنند. دستگاه سختیسنج برینل برای آزمایش مواد اولیه و محصولات نیمهتمام با سختی کم، مانند صفحات زنجیری که عملیات حرارتی نشدهاند، مناسب است. مقدار سختی با اعمال بار مشخصی بر روی سطح ماده و اندازهگیری قطر فرورفتگی محاسبه میشود. دستگاه سختیسنج راکول اغلب برای آزمایش زنجیرهای تکمیلشده که عملیات حرارتی شدهاند، مانند پینها و غلافهای کربنیشده، استفاده میشود. این دستگاه سرعت تشخیص سریع و عملکرد سادهای دارد و میتواند مستقیماً مقدار سختی را بخواند.
نمونهبرداری و آزمایش قطعات: طبق الزامات استاندارد، تعداد مشخصی نمونه باید به صورت تصادفی از هر دسته زنجیر غلتکی دقیق برای آزمایش انتخاب شود. برای هر زنجیر، سختی قطعات مختلف مانند صفحه زنجیر داخلی، صفحه زنجیر خارجی، پین، غلاف و غلتک باید به طور جداگانه آزمایش شود. به عنوان مثال، برای پین، یک نقطه آزمایش باید در وسط و در هر دو انتها گرفته شود تا جامعیت و دقت نتایج آزمایش تضمین شود.
تعیین نتیجه: نتایج آزمایش باید کاملاً مطابق با محدوده سختی مشخص شده در استاندارد تعیین شود. اگر مقدار سختی قطعه مورد آزمایش از محدوده مشخص شده در استاندارد فراتر رود، مثلاً سختی پین کمتر از 229HBW یا بیشتر از 285HBW باشد، زنجیر به عنوان یک محصول فاقد صلاحیت ارزیابی میشود و نیاز به عملیات حرارتی مجدد یا سایر اقدامات درمانی مربوطه دارد تا زمانی که مقدار سختی الزامات استاندارد را برآورده کند.
۲.۲ استانداردهای بینالمللی آزمایش
همچنین سیستمهای استاندارد متناظری برای آزمایش سختی زنجیرهای غلتکی دقیق در جهان وجود دارد و این استانداردها نفوذ و شناخت گستردهای در بازار بینالمللی دارند.
استاندارد ISO: ISO 606 «زنجیرها و چرخدندهها - زنجیرهای غلتکی و زنجیرهای غلتکی بوشدار - ابعاد، تلرانسها و ویژگیهای اساسی» یکی از استانداردهای پرکاربرد زنجیر غلتکی دقیق در جهان است. این استاندارد همچنین مقررات دقیقی را برای آزمایش سختی زنجیرهای غلتکی دقیق ارائه میدهد. به عنوان مثال، برای زنجیرهای غلتکی دقیق ساخته شده از فولاد آلیاژی، محدوده سختی عموماً 241-321HBW است. برای زنجیرهایی که نیتریده شدهاند، سختی سطح باید به 600-800HV برسد و عمق لایه نیتریده 0.3-0.6 میلیمتر لازم است.
روش آزمایش: استانداردهای بینالمللی همچنین استفاده از دستگاههای سختیسنجی برینل، راکول و ویکرز را برای آزمایش توصیه میکنند. دستگاه سختیسنجی ویکرز به دلیل فرورفتگی کوچک خود، برای آزمایش قطعات با سختی سطحی بالاتر زنجیرهای غلتکی دقیق، مانند سطح غلتک پس از عملیات نیتریدینگ، مناسب است. این دستگاه میتواند مقدار سختی را با دقت بیشتری اندازهگیری کند، به خصوص هنگام آزمایش قطعات کوچک و دیواره نازک.
محل نمونهبرداری و آزمایش: مقدار نمونهبرداری و محل آزمایش مورد نیاز استانداردهای بینالمللی مشابه استانداردهای داخلی است، اما انتخاب محلهای آزمایش جزئیات بیشتری دارد. به عنوان مثال، هنگام آزمایش سختی غلتکها، باید نمونهها گرفته شده و روی محیط بیرونی و سطوح انتهایی غلتکها آزمایش شوند تا یکنواختی سختی غلتکها به طور جامع ارزیابی شود. علاوه بر این، آزمایشهای سختی برای قطعات اتصال زنجیره، مانند صفحات زنجیره اتصال و پینهای اتصال نیز لازم است تا از استحکام و قابلیت اطمینان کل زنجیره اطمینان حاصل شود.
قضاوت در مورد نتایج: استانداردهای بینالمللی در قضاوت در مورد نتایج آزمایش سختی دقیقتر هستند. اگر نتایج آزمایش الزامات استاندارد را برآورده نکند، نه تنها زنجیره به عنوان فاقد صلاحیت در نظر گرفته میشود، بلکه سایر زنجیرههای همان دسته از محصولات نیز باید دو بار نمونهبرداری شوند. اگر پس از نمونهبرداری دو بار، هنوز محصولات فاقد صلاحیت وجود داشته باشد، دسته محصولات باید دوباره پردازش شوند تا سختی همه زنجیرها الزامات استاندارد را برآورده کند. این مکانیسم قضاوت دقیق، به طور مؤثر سطح کیفیت و قابلیت اطمینان زنجیرههای غلتکی دقیق را در بازار بینالمللی تضمین میکند.
۳. روش آزمون سختی
۳.۱ روش آزمون سختی راکول
روش آزمون سختی راکول یکی از پرکاربردترین روشهای آزمون سختی در حال حاضر است، به ویژه برای آزمایش سختی مواد فلزی مانند زنجیرهای غلتکی دقیق مناسب است.
اصل: این روش با اندازهگیری عمق فرورونده (مخروط الماس یا گلوله کاربیدی) که تحت بار مشخصی به سطح ماده فشرده میشود، مقدار سختی را تعیین میکند. این روش با عملکرد ساده و سریع مشخص میشود و میتواند مستقیماً مقدار سختی را بدون محاسبات پیچیده و ابزارهای اندازهگیری بخواند.
دامنه کاربرد: برای تشخیص زنجیرهای غلتکی دقیق، روش آزمون سختی راکول عمدتاً برای اندازهگیری سختی زنجیرهای تکمیلشده پس از عملیات حرارتی، مانند پینها و غلافها، استفاده میشود. دلیل این امر این است که این قطعات پس از عملیات حرارتی سختی بالاتری دارند و از نظر اندازه نسبتاً بزرگ هستند که برای آزمایش با دستگاه سختیسنج راکول مناسب است.
دقت تشخیص: تست سختی راکول از دقت بالایی برخوردار است و میتواند تغییرات سختی ماده را به طور دقیق منعکس کند. خطای اندازهگیری آن عموماً در محدوده ±1HRC است که میتواند الزامات تست سختی دقیق زنجیر غلتکی را برآورده کند.
کاربرد عملی: در آزمایشهای واقعی، دستگاه سختیسنج راکول معمولاً از مقیاس HRC استفاده میکند که برای آزمایش موادی با محدوده سختی 20 تا 70HRC مناسب است. به عنوان مثال، برای پین یک زنجیر غلتکی دقیق که کربندهی شده است، سختی سطح آن معمولاً بین 58 تا 62HRC است. دستگاه سختیسنج راکول میتواند به سرعت و با دقت مقدار سختی آن را اندازهگیری کند و مبنای قابل اعتمادی برای کنترل کیفیت فراهم کند.
۳.۲ روش آزمون سختی برینل
روش سختی سنجی برینل یک روش کلاسیک برای سنجش سختی است که به طور گسترده در اندازهگیری سختی مواد فلزی مختلف، از جمله مواد اولیه و محصولات نیمه تمام زنجیرهای غلتکی دقیق، مورد استفاده قرار میگیرد.
اصل: این روش یک گوی فولادی سخت شده یا گوی کاربیدی با قطر مشخص را تحت بار مشخص به سطح ماده فشار میدهد و آن را برای مدت زمان مشخصی نگه میدارد، سپس بار را برمیدارد، قطر فرورفتگی را اندازهگیری میکند و با محاسبه میانگین فشار روی سطح کروی فرورفتگی، مقدار سختی را تعیین میکند.
دامنه کاربرد: روش آزمون سختی برینل برای آزمایش مواد فلزی با سختی کمتر، مانند مواد اولیه زنجیرهای غلتکی دقیق (مانند فولاد ۴۵) و محصولات نیمه تمام که عملیات حرارتی نشدهاند، مناسب است. مشخصههای آن، فرورفتگیهای بزرگ است که میتواند ویژگیهای سختی ماکروسکوپی ماده را منعکس کند و برای اندازهگیری مواد در محدوده سختی متوسط مناسب است.
دقت تشخیص: دقت تشخیص سختی برینل نسبتاً بالا است و خطای اندازهگیری عموماً در حدود ±2٪ است. دقت اندازهگیری قطر فرورفتگی مستقیماً بر دقت مقدار سختی تأثیر میگذارد، بنابراین در عمل به ابزارهای اندازهگیری با دقت بالا مانند میکروسکوپهای خوانش نیاز است.
کاربرد عملی: در فرآیند تولید زنجیرهای غلتکی دقیق، اغلب از روش آزمون سختی برینل برای آزمایش سختی مواد اولیه استفاده میشود تا از برآورده شدن الزامات طراحی اطمینان حاصل شود. به عنوان مثال، برای زنجیرهای غلتکی دقیق ساخته شده از فولاد ۴۵، سختی مواد اولیه معمولاً باید بین ۱۷۰ تا ۲۳۰HBW کنترل شود. از طریق آزمون سختی برینل، میتوان مقدار سختی مواد اولیه را به طور دقیق اندازهگیری کرد و سختی نامناسب مواد را به موقع تشخیص داد و از ورود مواد نامناسب به حلقههای تولید بعدی جلوگیری کرد.
۳.۳ روش آزمون سختی ویکرز
روش آزمون سختی ویکرز روشی مناسب برای اندازهگیری سختی قطعات با اندازه کوچک و دیواره نازک است و در آزمون سختی زنجیرهای غلتکی دقیق مزایای منحصر به فردی دارد.
اصل: این روش یک چهارضلعی الماسی با زاویه رأس ۱۳۶ درجه را تحت بار مشخصی به سطح ماده مورد آزمایش فشار میدهد، بار را برای مدت زمان مشخصی نگه میدارد و سپس بار را برمیدارد، طول مورب فرورفتگی را اندازهگیری میکند و با محاسبه میانگین فشار روی سطح مخروطی فرورفتگی، مقدار سختی را تعیین میکند.
دامنه کاربرد: روش آزمون سختی ویکرز برای اندازهگیری مواد با محدوده سختی وسیع، به ویژه برای تشخیص قطعات با سختی سطحی بالا از زنجیرهای غلتکی دقیق، مانند سطح غلتکها پس از عملیات نیترید، مناسب است. فرورفتگی آن کوچک است و میتواند سختی قطعات کوچک و دیواره نازک را به طور دقیق اندازهگیری کند، که برای تشخیص با الزامات بالا برای یکنواختی سختی سطح مناسب است.
دقت تشخیص: آزمایش سختی ویکرز از دقت بالایی برخوردار است و خطای اندازهگیری عموماً در محدوده ±1HV است. دقت اندازهگیری طول مورب فرورفتگی برای دقت مقدار سختی بسیار مهم است، بنابراین برای اندازهگیری به یک میکروسکوپ اندازهگیری با دقت بالا نیاز است.
کاربرد عملی: در تست سختی زنجیرهای غلتکی دقیق، اغلب از روش تست سختی ویکرز برای تشخیص سختی سطح غلتکها استفاده میشود. به عنوان مثال، برای غلتکهایی که نیترید شدهاند، سختی سطح باید به 600-800HV برسد. از طریق تست سختی ویکرز، میتوان مقادیر سختی را در موقعیتهای مختلف روی سطح غلتک به طور دقیق اندازهگیری کرد و عمق و یکنواختی لایه نیترید را ارزیابی کرد و از این طریق اطمینان حاصل کرد که سختی سطح غلتک مطابق با الزامات طراحی است و مقاومت در برابر سایش و عمر مفید زنجیر را بهبود میبخشد.
4. ابزار تست سختی
۴.۱ نوع و اصول ابزار
ابزار تست سختی، ابزاری کلیدی برای اطمینان از دقت تست سختی زنجیرهای غلتکی دقیق است. ابزارهای تست سختی رایج عمدتاً از انواع زیر هستند:
دستگاه سختیسنج برینل: اصل آن این است که یک گوی فولادی سختشده یا گوی کاربیدی با قطر مشخص را تحت بار مشخص به سطح ماده فشار میدهند، آن را برای مدت زمان مشخصی نگه میدارند و سپس بار را برمیدارند و با اندازهگیری قطر فرورفتگی، مقدار سختی را محاسبه میکنند. دستگاه سختیسنج برینل برای آزمایش مواد فلزی با سختی کمتر، مانند مواد اولیه زنجیرهای غلتکی دقیق و محصولات نیمهتمام که تحت عملیات حرارتی قرار نگرفتهاند، مناسب است. از ویژگیهای آن میتوان به فرورفتگی بزرگ اشاره کرد که میتواند منعکسکننده ویژگیهای سختی ماکروسکوپی ماده باشد. این دستگاه برای اندازهگیری مواد در محدوده سختی متوسط مناسب است و خطای اندازهگیری عموماً در حدود ±2٪ است.
دستگاه سختیسنج راکول: این دستگاه با اندازهگیری عمق فرورونده (مخروط الماس یا گلوله کاربیدی) که تحت بار مشخصی به سطح ماده فشرده میشود، مقدار سختی را تعیین میکند. دستگاه سختیسنج راکول کار با آن آسان و سریع است و میتواند مستقیماً مقدار سختی را بدون محاسبات پیچیده و ابزارهای اندازهگیری بخواند. این دستگاه عمدتاً برای اندازهگیری سختی زنجیرهای تکمیلشده پس از عملیات حرارتی، مانند پینها و غلافها، استفاده میشود. خطای اندازهگیری عموماً در محدوده ±1HRC است که میتواند الزامات آزمایش سختی دقیق زنجیر غلتکی را برآورده کند.
دستگاه سختیسنج ویکرز: اصل کار دستگاه سختیسنج ویکرز این است که یک هرم چهارگوش الماسی با زاویه رأس ۱۳۶ درجه را تحت بار مشخصی به سطح ماده مورد آزمایش فشار میدهد، آن را برای مدت زمان مشخصی نگه میدارد، بار را برمیدارد، طول مورب فرورفتگی را اندازهگیری میکند و با محاسبه میانگین فشار تحمل شده توسط سطح مخروطی فرورفتگی، مقدار سختی را تعیین میکند. دستگاه سختیسنج ویکرز برای اندازهگیری مواد با محدوده سختی وسیع، به ویژه برای آزمایش قطعات با سختی سطحی بالاتر از زنجیرهای غلتکی دقیق، مانند سطح غلتک پس از عملیات نیترید، مناسب است. فرورفتگی آن کوچک است و میتواند سختی قطعات کوچک و دیواره نازک را به طور دقیق اندازهگیری کند و خطای اندازهگیری عموماً در محدوده ±۱HV است.
۴.۲ انتخاب و کالیبراسیون ابزار
انتخاب یک ابزار تست سختی مناسب و کالیبراسیون دقیق آن، اساس اطمینان از قابلیت اطمینان نتایج آزمایش است:
انتخاب دستگاه: یک دستگاه تست سختی مناسب را مطابق با الزامات تست زنجیرهای غلتکی دقیق انتخاب کنید. برای مواد اولیه و محصولات نیمه تمام که تحت عملیات حرارتی قرار نگرفتهاند، باید یک دستگاه تست سختی برینل انتخاب شود؛ برای زنجیرهای نهایی که تحت عملیات حرارتی قرار گرفتهاند، مانند پینها و غلافها، باید یک دستگاه تست سختی راکول انتخاب شود؛ برای قطعاتی با سختی سطحی بالاتر، مانند سطح غلتک پس از عملیات نیترید، باید یک دستگاه تست سختی ویکرز انتخاب شود. علاوه بر این، عواملی مانند دقت، محدوده اندازهگیری و سهولت کار با دستگاه نیز باید در نظر گرفته شود تا الزامات اتصالات تست مختلف را برآورده کند.
کالیبراسیون دستگاه: دستگاه تست سختی باید قبل از استفاده کالیبره شود تا از صحت نتایج اندازهگیری آن اطمینان حاصل شود. کالیبراسیون باید توسط یک آژانس کالیبراسیون واجد شرایط یا پرسنل حرفهای مطابق با استانداردها و مشخصات مربوطه انجام شود. محتوای کالیبراسیون شامل دقت بار دستگاه، اندازه و شکل فرورونده، دقت دستگاه اندازهگیری و غیره است. چرخه کالیبراسیون معمولاً با توجه به دفعات استفاده و پایداری دستگاه، معمولاً 6 ماه تا 1 سال، تعیین میشود. دستگاههای کالیبره شده واجد شرایط باید دارای گواهی کالیبراسیون باشند و تاریخ کالیبراسیون و مدت اعتبار باید روی دستگاه مشخص شود تا از قابلیت اطمینان و ردیابی نتایج آزمایش اطمینان حاصل شود.
۵. فرآیند تست سختی
۵.۱ آمادهسازی و پردازش نمونه
آمادهسازی نمونه، حلقه اصلی آزمایش سختی دقیق زنجیر غلتکی است که به طور مستقیم بر دقت و قابلیت اطمینان نتایج آزمایش تأثیر میگذارد.
مقدار نمونهبرداری: طبق الزامات استاندارد ملی GB/T 1243-2006 و استاندارد بینالمللی ISO 606، تعداد مشخصی از نمونهها باید به صورت تصادفی برای آزمایش از هر دسته زنجیر غلتکی دقیق انتخاب شوند. به طور معمول، 3 تا 5 زنجیر از هر دسته به عنوان نمونههای آزمایشی انتخاب میشوند تا از نماینده بودن نمونهها اطمینان حاصل شود.
محل نمونهبرداری: برای هر زنجیر، سختی قطعات مختلف مانند صفحه اتصال داخلی، صفحه اتصال خارجی، محور پین، غلاف و غلتک باید جداگانه آزمایش شود. به عنوان مثال، برای محور پین، یک نقطه آزمایش باید در وسط و در هر دو انتها گرفته شود؛ برای غلتک، محیط بیرونی و سطح انتهایی غلتک باید به طور جداگانه نمونهبرداری و آزمایش شود تا یکنواختی سختی هر جزء به طور جامع ارزیابی شود.
پردازش نمونه: در طول فرآیند نمونهبرداری، سطح نمونه باید تمیز و صاف، عاری از روغن، زنگزدگی یا سایر ناخالصیها باشد. برای نمونههایی که دارای پوسته اکسیدی یا پوشش روی سطح هستند، ابتدا باید عملیات تمیزکاری یا حذف مناسب انجام شود. به عنوان مثال، برای زنجیرهای گالوانیزه، لایه گالوانیزه روی سطح باید قبل از آزمایش سختی برداشته شود.
۵.۲ مراحل عملیات آزمایشی
مراحل عملیات آزمایش، هسته اصلی فرآیند سختی سنجی هستند و برای اطمینان از صحت نتایج آزمایش، باید کاملاً مطابق با استانداردها و مشخصات انجام شوند.
انتخاب ابزار و کالیبراسیون: ابزار تست سختی مناسب را با توجه به محدوده سختی و ویژگیهای ماده مورد آزمایش انتخاب کنید. به عنوان مثال، برای پینها و غلافهای کربنی شده، باید دستگاههای تست سختی راکول انتخاب شوند؛ برای مواد اولیه و محصولات نیمهساخته که تحت عملیات حرارتی قرار نگرفتهاند، باید دستگاههای تست سختی برینل انتخاب شوند؛ برای غلتکهایی با سختی سطحی بالاتر، باید دستگاههای تست سختی ویکرز انتخاب شوند. قبل از آزمایش، ابزار تست سختی باید کالیبره شود تا اطمینان حاصل شود که دقت بار، اندازه و شکل فرورونده و دقت دستگاه اندازهگیری مطابق با الزامات است. ابزارهای کالیبره شده واجد شرایط باید دارای گواهی کالیبراسیون باشند و تاریخ کالیبراسیون و مدت اعتبار باید روی دستگاه مشخص شود.
عملیات آزمایش: نمونه را روی میز کار دستگاه سختیسنج قرار دهید تا مطمئن شوید که سطح نمونه عمود بر فرورونده است. طبق رویههای عملیاتی روش آزمایش سختی انتخاب شده، بار را اعمال کرده و آن را برای مدت زمان مشخص شده نگه دارید، سپس بار را بردارید و اندازه یا عمق فرورفتگی را اندازهگیری کنید. به عنوان مثال، در آزمایش سختی راکول، یک فرورونده مخروطی الماسی یا توپ کاربیدی با بار مشخصی (مانند ۱۵۰ کیلوگرم نیرو) به سطح ماده مورد آزمایش فشار داده میشود و بار پس از ۱۰-۱۵ ثانیه برداشته میشود و مقدار سختی مستقیماً خوانده میشود. در آزمایش سختی برینل، یک توپ فولادی سخت شده یا توپ کاربیدی با قطر مشخص تحت بار مشخصی (مانند ۳۰۰۰ کیلوگرم نیرو) به سطح ماده مورد آزمایش فشار داده میشود و بار پس از ۱۰-۱۵ ثانیه برداشته میشود. قطر فرورفتگی با استفاده از میکروسکوپ خوانش اندازهگیری میشود و مقدار سختی با محاسبه به دست میآید.
آزمایش مکرر: برای اطمینان از قابلیت اطمینان نتایج آزمایش، هر نقطه آزمایش باید چندین بار آزمایش شود و مقدار میانگین به عنوان نتیجه نهایی آزمایش در نظر گرفته شود. در شرایط عادی، هر نقطه آزمایش باید 3 تا 5 بار به طور مکرر آزمایش شود تا خطاهای اندازهگیری کاهش یابد.
۵.۳ ثبت و تحلیل دادهها
ثبت و تحلیل دادهها آخرین حلقه در فرآیند سختیسنجی است. با مرتبسازی و تحلیل دادههای آزمایش، میتوان به نتایج علمی و معقولی دست یافت که مبنایی برای کنترل کیفیت محصول فراهم میکند.
ثبت دادهها: تمام دادههای بهدستآمده در طول فرآیند آزمایش باید بهطور مفصل در گزارش آزمایش ثبت شوند، از جمله شماره نمونه، محل آزمایش، روش آزمایش، مقدار سختی، تاریخ آزمایش، پرسنل آزمایشکننده و سایر اطلاعات. سوابق دادهها باید واضح، دقیق و کامل باشند تا ارجاع و تحلیل بعدی را تسهیل کنند.
تحلیل دادهها: تحلیل آماری دادههای آزمایش، محاسبه پارامترهای آماری مانند میانگین مقدار سختی و انحراف معیار هر نقطه آزمایش، و ارزیابی یکنواختی و ثبات سختی. به عنوان مثال، اگر میانگین سختی پین یک دسته زنجیر غلتکی دقیق 250HBW و انحراف معیار 5HBW باشد، به این معنی است که سختی دسته زنجیر نسبتاً یکنواخت است و کنترل کیفیت خوب است. اگر انحراف معیار زیاد باشد، ممکن است نوسانات کیفی در فرآیند تولید وجود داشته باشد و بررسی بیشتر علت و اقدامات بهبود مورد نیاز است.
تعیین نتیجه: نتایج آزمایش را با محدوده سختی مشخص شده در استانداردهای ملی یا بینالمللی مقایسه کنید تا مشخص شود که آیا نمونه واجد شرایط است یا خیر. اگر مقدار سختی محل آزمایش از محدوده مشخص شده در استاندارد فراتر رود، مانند سختی پین کمتر از 229HBW یا بیشتر از 285HBW، زنجیره به عنوان یک محصول فاقد صلاحیت ارزیابی میشود و نیاز به عملیات حرارتی مجدد یا سایر اقدامات درمانی مربوطه دارد تا زمانی که مقدار سختی الزامات استاندارد را برآورده کند. برای محصولات فاقد صلاحیت، شرایط فاقد صلاحیت آنها باید به طور مفصل ثبت شود و دلایل آن باید تجزیه و تحلیل شود تا اقدامات بهبود هدفمند برای بهبود کیفیت محصول انجام شود.
۶. عوامل مؤثر بر آزمون سختی
۶.۱ تأثیر محیط آزمایش
محیط آزمایش تأثیر مهمی بر دقت نتایج آزمایش سختی زنجیرهای غلتکی دقیق دارد.
تأثیر دما: تغییرات دما بر دقت دستگاه سختیسنج و عملکرد سختی مواد تأثیر میگذارد. به عنوان مثال، هنگامی که دمای محیط خیلی بالا یا خیلی پایین باشد، قطعات مکانیکی و الکترونیکی دستگاه سختیسنج ممکن است در اثر گرما منبسط و منقبض شوند و در نتیجه خطاهای اندازهگیری ایجاد شود. به طور کلی، محدوده دمای عملیاتی بهینه دستگاه سختیسنج برینل، دستگاه سختیسنج راکول و دستگاه سختیسنج ویکرز 10 تا 35 درجه سانتیگراد است. هنگامی که از این محدوده دما فراتر رود، خطای اندازهگیری دستگاه سختیسنج ممکن است حدود ±1HRC یا ±2HV افزایش یابد. در عین حال، تأثیر دما بر سختی مواد را نمیتوان نادیده گرفت. به عنوان مثال، برای جنس زنجیر غلتکی دقیق، مانند فولاد 45#، سختی آن ممکن است در محیط با دمای پایین کمی افزایش یابد، در حالی که در محیط با دمای بالا، سختی کاهش مییابد. بنابراین، هنگام انجام آزمایش سختی، باید تا حد امکان در یک محیط با دمای ثابت انجام شود و دمای محیط در آن زمان باید ثبت شود تا نتایج آزمایش اصلاح شود.
تأثیر رطوبت: تأثیر رطوبت بر آزمایش سختی عمدتاً در اجزای الکترونیکی دستگاه سختیسنج و سطح نمونه منعکس میشود. رطوبت بیش از حد ممکن است باعث مرطوب شدن اجزای الکترونیکی دستگاه سختیسنج شود و بر دقت اندازهگیری و پایداری آن تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، هنگامی که رطوبت نسبی از 80٪ بیشتر شود، خطای اندازهگیری دستگاه سختیسنج ممکن است حدود ±0.5HRC یا ±1HV افزایش یابد. علاوه بر این، رطوبت همچنین ممکن است یک لایه آب روی سطح نمونه تشکیل دهد که بر تماس بین فرورونده دستگاه سختیسنج و سطح نمونه تأثیر میگذارد و منجر به خطاهای اندازهگیری میشود. برای آزمایش سختی زنجیرهای غلتکی دقیق، توصیه میشود در محیطی با رطوبت نسبی 30٪ تا 70٪ انجام شود تا از قابلیت اطمینان نتایج آزمایش اطمینان حاصل شود.
تأثیر ارتعاش: ارتعاش در محیط آزمایش، در آزمایش سختی اختلال ایجاد میکند. به عنوان مثال، ارتعاش ایجاد شده توسط عملکرد تجهیزات پردازش مکانیکی مجاور ممکن است باعث شود که فرورونده دستگاه سختیسنج در طول فرآیند اندازهگیری کمی جابجا شود و در نتیجه خطاهای اندازهگیری ایجاد شود. ارتعاش همچنین ممکن است بر دقت اعمال بار و پایداری دستگاه سختیسنج تأثیر بگذارد و در نتیجه بر دقت مقدار سختی تأثیر بگذارد. به طور کلی، هنگام انجام آزمایش سختی در محیطی با ارتعاش زیاد، خطای اندازهگیری ممکن است حدود ±0.5HRC یا ±1HV افزایش یابد. بنابراین، هنگام انجام آزمایش سختی، باید سعی کنید مکانی دور از منبع ارتعاش انتخاب کنید و اقدامات مناسب برای کاهش ارتعاش، مانند نصب یک پد کاهش ارتعاش در پایین دستگاه سختیسنج، را انجام دهید تا تأثیر ارتعاش بر نتایج آزمایش کاهش یابد.
۶.۲ تأثیر اپراتور
سطح حرفهای اپراتور و عادات کاری او تأثیر مهمی بر دقت نتایج آزمون سختی زنجیرهای غلتکی دقیق دارد.
مهارتهای عملیاتی: مهارت اپراتور در ابزارهای تست سختی مستقیماً بر دقت نتایج آزمایش تأثیر میگذارد. به عنوان مثال، برای یک دستگاه تست سختی برینل، اپراتور باید قطر فرورفتگی را به طور دقیق اندازهگیری کند و خطای اندازهگیری ممکن است باعث انحراف در مقدار سختی شود. اگر اپراتور با نحوه استفاده از ابزار اندازهگیری آشنا نباشد، خطای اندازهگیری ممکن است حدود ±2٪ افزایش یابد. برای دستگاههای تست سختی راکول و ویکرز، اپراتور باید بار را به درستی اعمال کرده و مقدار سختی را بخواند. عملکرد نادرست ممکن است باعث افزایش خطای اندازهگیری حدود ±1HRC یا ±1HV شود. بنابراین، اپراتور باید آموزش حرفهای ببیند و در روشهای عملکرد و اقدامات احتیاطی دستگاه تست سختی مهارت داشته باشد تا از صحت نتایج آزمایش اطمینان حاصل شود.
تجربه آزمایش: تجربه آزمایش اپراتور نیز بر دقت نتایج آزمایش سختی تأثیر میگذارد. اپراتورهای باتجربه میتوانند مشکلاتی را که ممکن است در طول آزمایش ایجاد شوند، بهتر تشخیص دهند و اقدامات لازم را برای تنظیم آنها انجام دهند. به عنوان مثال، در طول آزمایش، اگر مقدار سختی غیرطبیعی تشخیص داده شود، اپراتورهای باتجربه میتوانند بر اساس تجربه و دانش حرفهای خود تشخیص دهند که آیا مشکلی در خود نمونه وجود دارد یا اینکه عملیات آزمایش یا دستگاه با شکست مواجه شده است و به موقع به آن رسیدگی کنند. اپراتورهای بیتجربه ممکن است نتایج غیرطبیعی را به طور نامناسبی مدیریت کنند و منجر به قضاوت نادرست شوند. بنابراین، شرکتها باید بر پرورش تجربه آزمایش اپراتورها تمرکز کنند و سطح آزمایش اپراتورها را از طریق آموزش و تمرین منظم بهبود بخشند.
مسئولیتپذیری: مسئولیتپذیری اپراتورها نیز برای دقت نتایج آزمایش سختی بسیار مهم است. اپراتورهایی که حس مسئولیتپذیری بالایی دارند، به شدت از استانداردها و مشخصات پیروی میکنند، دادههای آزمایش را با دقت ثبت میکنند و نتایج آزمایش را با دقت تجزیه و تحلیل میکنند. به عنوان مثال، در طول آزمایش، اپراتور باید آزمایش را برای هر نقطه آزمایش چندین بار تکرار کند و مقدار میانگین را به عنوان نتیجه نهایی آزمایش در نظر بگیرد. اگر اپراتور مسئولیتپذیر نباشد، ممکن است مراحل آزمایش مکرر حذف شود که منجر به کاهش قابلیت اطمینان نتایج آزمایش میشود. بنابراین، شرکتها باید آموزش مسئولیتپذیری اپراتورها را تقویت کنند تا از دقت و صحت کار آزمایش اطمینان حاصل شود.
۶.۳ تأثیر دقت تجهیزات
دقت ابزار تست سختی، عامل کلیدی مؤثر بر دقت نتایج تست سختی زنجیرهای غلتکی دقیق است.
دقت دستگاه: دقت دستگاه تست سختی مستقیماً بر دقت نتایج آزمایش تأثیر میگذارد. به عنوان مثال، خطای اندازهگیری دستگاه تست سختی برینل عموماً در محدوده ±2٪ است، خطای اندازهگیری دستگاه تست سختی راکول عموماً در محدوده ±1HRC و خطای اندازهگیری دستگاه تست سختی ویکرز عموماً در محدوده ±1HV است. اگر دقت دستگاه الزامات را برآورده نکند، دقت نتایج آزمایش قابل تضمین نیست. بنابراین، هنگام انتخاب دستگاه تست سختی، باید دستگاهی با دقت بالا و پایداری خوب انتخاب شود و کالیبراسیون و نگهداری باید به طور منظم انجام شود تا اطمینان حاصل شود که دقت دستگاه الزامات آزمایش را برآورده میکند.
کالیبراسیون دستگاه: کالیبراسیون دستگاه تست سختی، مبنایی برای اطمینان از صحت نتایج آزمایش است. کالیبراسیون دستگاه باید توسط یک آژانس کالیبراسیون واجد شرایط یا پرسنل حرفهای انجام شود و مطابق با استانداردها و مشخصات مربوطه عمل کند. محتوای کالیبراسیون شامل دقت بار دستگاه، اندازه و شکل فرورونده، دقت دستگاه اندازهگیری و غیره است. چرخه کالیبراسیون معمولاً با توجه به دفعات استفاده و پایداری دستگاه، معمولاً 6 ماه تا 1 سال، تعیین میشود. دستگاههای کالیبره شده واجد شرایط باید دارای گواهی کالیبراسیون باشند و تاریخ کالیبراسیون و مدت اعتبار باید روی دستگاه مشخص شده باشد. اگر دستگاه کالیبره نشود یا کالیبراسیون با شکست مواجه شود، صحت نتایج آزمایش قابل تضمین نیست. به عنوان مثال، یک دستگاه تست سختی کالیبره نشده ممکن است باعث افزایش خطای اندازهگیری در حدود ±2HRC یا ±5HV شود.
نگهداری از دستگاه: نگهداری از دستگاههای تست سختی نیز یک عامل کلیدی برای اطمینان از صحت نتایج آزمایش است. در طول استفاده از دستگاه، ممکن است دقت به دلیل فرسودگی مکانیکی، فرسودگی قطعات الکترونیکی و غیره تغییر کند. بنابراین، شرکتها باید یک سیستم کامل نگهداری از دستگاه ایجاد کنند و مرتباً دستگاه را نگهداری و سرویس کنند. به عنوان مثال، مرتباً لنز نوری دستگاه را تمیز کنید، فرسودگی فرورونده را بررسی کنید، حسگر بار را کالیبره کنید و غیره. از طریق نگهداری منظم، میتوان مشکلات دستگاه را به موقع کشف و حل کرد تا از صحت و پایداری دستگاه اطمینان حاصل شود.
۷. تعیین و کاربرد نتایج آزمایش سختی
۷.۱ استاندارد تعیین نتیجه
تعیین نتایج آزمون سختی زنجیرهای غلتکی دقیق، کاملاً مطابق با استانداردهای مربوطه انجام میشود تا اطمینان حاصل شود که کیفیت محصول، الزامات را برآورده میکند.
تعیین استاندارد داخلی: طبق استانداردهای ملی مانند GB/T 1243-2006 "زنجیر غلتکی، زنجیر غلتکی بوشدار و زنجیر دندانهدار"، زنجیرهای غلتکی دقیق از مواد مختلف و فرآیندهای عملیات حرارتی، الزامات مشخصی برای محدوده سختی دارند. به عنوان مثال، برای زنجیرهای غلتکی دقیق ساخته شده از فولاد 45، سختی پینها و بوشها باید در 229-285HBW کنترل شود. سختی سطح زنجیر پس از عملیات کربندهی باید به 58-62HRC برسد و عمق لایه کربندهی 0.8-1.2 میلیمتر باشد. اگر نتایج آزمایش از این محدوده فراتر رود، مثلاً سختی پین کمتر از 229HBW یا بیشتر از 285HBW باشد، به عنوان فاقد صلاحیت قضاوت خواهد شد.
قضاوت استاندارد بینالمللی: طبق استاندارد ISO 606 و سایر استانداردهای بینالمللی، محدوده سختی زنجیرهای غلتکی دقیق ساخته شده از فولاد آلیاژی عموماً 241-321HBW است، سختی سطح زنجیر پس از عملیات نیتریدینگ باید به 600-800HV برسد و عمق لایه نیتریدینگ باید 0.3-0.6 میلیمتر باشد. استانداردهای بینالمللی در قضاوت نتایج سختگیرانهتر هستند. اگر نتایج آزمایش الزامات را برآورده نکند، نه تنها زنجیر به عنوان فاقد صلاحیت قضاوت میشود، بلکه همان دسته از محصولات نیز برای نمونهبرداری باید دو برابر شوند. اگر هنوز محصولات فاقد صلاحیت وجود داشته باشد، دسته محصولات باید دوباره پردازش شوند.
الزامات تکرارپذیری و تجدیدپذیری: برای اطمینان از قابلیت اطمینان نتایج آزمایش، هر نقطه آزمایش باید به طور مکرر، معمولاً ۳ تا ۵ بار، آزمایش شود و مقدار میانگین به عنوان نتیجه نهایی در نظر گرفته شود. تفاوت در نتایج آزمایش یک نمونه مشابه توسط اپراتورهای مختلف باید در یک محدوده خاص کنترل شود، مانند تفاوت در نتایج آزمایش سختی راکول که عموماً از ±۱HRC تجاوز نمیکند، تفاوت در نتایج آزمایش سختی برینل که عموماً از ±۲٪ تجاوز نمیکند و تفاوت در نتایج آزمایش سختی ویکرز که عموماً از ±۱HV تجاوز نمیکند.
۷.۲ کاربرد نتایج و کنترل کیفیت
نتایج آزمون سختی نه تنها مبنایی برای تعیین واجد شرایط بودن محصول است، بلکه مرجع مهمی برای کنترل کیفیت و بهبود فرآیند نیز میباشد.
کنترل کیفیت: از طریق آزمایش سختی، مشکلات موجود در فرآیند تولید، مانند نقص مواد و عملیات حرارتی نامناسب، میتوانند به موقع کشف شوند. به عنوان مثال، اگر آزمایش نشان دهد که سختی زنجیره کمتر از حد استاندارد است، ممکن است دمای عملیات حرارتی کافی نباشد یا زمان نگهداری کافی نباشد. اگر سختی بالاتر از حد استاندارد باشد، ممکن است عملیات حرارتی بیش از حد انجام شده باشد. طبق نتایج آزمایش، شرکت میتواند فرآیند تولید را به موقع تنظیم کند تا از ثبات و پایداری کیفیت محصول اطمینان حاصل شود.
بهبود فرآیند: نتایج آزمایش سختی به بهینهسازی فرآیند تولید زنجیرهای غلتکی دقیق کمک میکند. به عنوان مثال، با تجزیه و تحلیل تغییرات سختی زنجیر تحت فرآیندهای مختلف عملیات حرارتی، شرکت میتواند پارامترهای بهینه عملیات حرارتی را تعیین کرده و مقاومت سایشی و مقاومت خستگی زنجیر را بهبود بخشد. در عین حال، آزمایش سختی همچنین میتواند مبنایی برای انتخاب مواد اولیه فراهم کند تا اطمینان حاصل شود که سختی مواد اولیه الزامات طراحی را برآورده میکند و در نتیجه کیفیت کلی محصول را بهبود میبخشد.
پذیرش و تحویل محصول: قبل از خروج محصول از کارخانه، نتایج آزمایش سختی، مبنای مهمی برای پذیرش مشتری است. گزارش آزمایش سختی که الزامات استاندارد را برآورده کند، میتواند اعتماد مشتری به محصول را افزایش داده و فروش و بازاریابی محصول را ارتقا دهد. برای محصولاتی که استانداردها را برآورده نمیکنند، شرکت باید آنها را تا زمان قبولی در آزمایش سختی، قبل از تحویل به مشتریان، مجدداً پردازش کند که به بهبود اعتبار بازار شرکت و رضایت مشتری کمک میکند.
قابلیت ردیابی کیفیت و بهبود مستمر: ثبت و تحلیل نتایج آزمون سختی میتواند پشتیبانی دادهها را برای قابلیت ردیابی کیفیت فراهم کند. هنگامی که مشکلات کیفی رخ میدهد، شرکتها میتوانند نتایج آزمون را ردیابی کنند تا علت اصلی مشکل را پیدا کرده و اقدامات بهبود هدفمند را انجام دهند. در عین حال، از طریق جمعآوری و تحلیل بلندمدت دادههای آزمون، شرکتها میتوانند مشکلات بالقوه کیفیت و مسیرهای بهبود فرآیند را کشف کرده و به بهبود و ارتقای مستمر کیفیت دست یابند.
زمان ارسال: ۱۸ آوریل ۲۰۲۵