بررسی استاندارد ASTM E18-24: روش‌های آزمون سختی راکول مواد فلزی

استاندارد ASTM E18-24، با عنوان Standard Test Methods for Rockwell Hardness of Metallic Materials، یک روش آزمون استاندارد است که توسط ASTM International منتشر شده و برای اندازه‌گیری سختی راکول مواد فلزی با استفاده از مقیاس‌های مختلف راکول طراحی شده است. این استاندارد، که آخرین ویرایش آن در ژوئن 2024 منتشر شد، روش‌های آزمون را برای تعیین سختی راکول در مقیاس‌های استاندارد (مانند HRA، HRB، HRC) و مقیاس‌های سطحی (مانند HR15N، HR30N) ارائه می‌دهد. ASTM E18-24 به‌طور گسترده در صنایع فلزات، از جمله خودروسازی، هوافضا، و تولید ابزار، برای کنترل کیفیت، ارزیابی مواد، و انطباق با مشخصات فنی استفاده می‌شود. این استاندارد شامل روش‌هایی برای آماده‌سازی نمونه، اجرای آزمون، و گزارش نتایج است و برای فلزات آهنی و غیرآهنی با سختی‌های مختلف مناسب است. در این مقاله، جزئیات استاندارد، از دامنه کاربرد تا الزامات فنی و کاربردهای عملی، بررسی می‌شود.

دامنه کاربرد استاندارد ASTM E18-24

استاندارد ASTM E18-24 روش‌های آزمون سختی راکول را برای مواد فلزی، از جمله فلزات آهنی (مانند فولاد، چدن) و غیرآهنی (مانند آلومینیوم، مس)، ارائه می‌دهد. این استاندارد بر اندازه‌گیری سختی با استفاده از دستگاه‌های راکول که نیروی اولیه و اصلی را اعمال می‌کنند، تمرکز دارد. دامنه کاربرد آن شامل موارد زیر است:

• مواد تحت پوشش: فلزات آهنی و غیرآهنی در اشکال مختلف (ریخته‌گری، آهنگری، ورق، و غیره).
• مقیاس‌های سختی: مقیاس‌های استاندارد راکول (HRA، HRB، HRC، HRD، HRE، HRF، HRG، HRH، HRK) و مقیاس‌های سطحی (HR15N، HR30N، HR45N، HR15T، HR30T، HR45T).
• کاربردها: کنترل کیفیت، بازرسی مواد، تحقیق و توسعه، و تأیید انطباق با مشخصات فنی در صنایع فلزی.
• روش آزمون: اعمال نیروی اولیه (10 کیلوگرم برای مقیاس‌های استاندارد، 3 کیلوگرم برای مقیاس‌های سطحی) و سپس نیروی اصلی (60، 100، یا 150 کیلوگرم) با استفاده از نفوذگرهای الماس یا توپی فولادی.
• محدودیت‌ها: این استاندارد برای مواد بسیار نرم (مانند سرب) یا بسیار نازک که نمی‌توانند نیروی آزمون را تحمل کنند، مناسب نیست. همچنین، نتایج ممکن است تحت تأثیر ناهمواری سطح یا ناهمگنی ماده قرار گیرند.

این استاندارد با ISO 6508-1 (آزمون سختی راکول فلزات) از نظر فنی مشابه است، اما تفاوت‌هایی در جزئیات روش و کالیبراسیون وجود دارد.

بخش‌های اصلی استاندارد ASTM E18-24

استاندارد ASTM E18-24 به بخش‌های کلیدی زیر تقسیم می‌شود که هر کدام جنبه‌ای از آزمون سختی راکول را پوشش می‌دهند:

1. دامنه و اهمیت

• تعریف دامنه استاندارد، شامل مواد فلزی و مقیاس‌های سختی راکول.
• تأکید بر اهمیت سختی راکول برای ارزیابی مقاومت مواد در برابر نفوذ و کاربردهای صنعتی.

2. تعاریف و مراجع

• تعریف اصطلاحات کلیدی مانند سختی راکول، نیروی اولیه، نیروی اصلی، و نفوذگر.
• ارجاع به استانداردهای مرتبط مانند ASTM E29 (روش‌های گرد کردن اعداد)، ASTM E92 (سختی ویکرز)، ASTM E384 (سختی میکرو)، و ASTM E140 (تبدیل سختی).

3. اصول آزمون

• توضیح روش سختی راکول: اعمال نیروی اولیه برای تنظیم صفر، سپس نیروی اصلی برای ایجاد فرورفتگی، و اندازه‌گیری عمق فرورفتگی پس از حذف نیروی اصلی.
• معرفی مقیاس‌های راکول با ترکیب‌های مختلف نفوذگر (الماس مخروطی یا توپی فولادی) و نیروی اصلی (60، 100، یا 150 کیلوگرم).

4. آماده‌سازی نمونه

• نیاز به سطح صاف، تمیز، و عاری از پوسته، اکسید، یا ناهمواری.
• حداقل ضخامت نمونه: 10 برابر عمق فرورفتگی برای اطمینان از عدم تأثیر سندان.
• فاصله حداقل بین فرورفتگی‌ها: 3 برابر قطر فرورفتگی برای مقیاس‌های استاندارد و 4 برابر برای مقیاس‌های سطحی.

5. تجهیزات و کالیبراسیون

• استفاده از دستگاه‌های سختی‌سنج راکول که مطابق با ASTM E18 کالیبره شده‌اند.
• نفوذگرها: الماس مخروطی با زاویه 120 درجه برای مقیاس‌های HRA، HRC، HRD و مقیاس‌های سطحی؛ توپی‌های فولادی (1.5875 میلی‌متر یا 3.175 میلی‌متر) برای مقیاس‌های HRB، HRE، HRF.
• کالیبراسیون دوره‌ای با بلوک‌های آزمون استاندارد (Conforming Test Blocks) مطابق با ASTM E18.

6. روش آزمون

• انتخاب مقیاس مناسب بر اساس سختی و نوع ماده (مانند HRC برای فولادهای سخت، HRB برای فلزات نرم‌تر).
• اعمال نیروی اولیه (10 یا 3 کیلوگرم)، سپس نیروی اصلی، و ثبت سختی راکول بر اساس عمق فرورفتگی.
• انجام حداقل 5 فرورفتگی برای نمونه‌های ناهمگن و گزارش میانگین.

7. گزارش‌دهی

• گزارش مقدار سختی راکول (مانند 60 HRC)، مقیاس استفاده‌شده، و شرایط آزمون (دما، نوع دستگاه).
• ثبت جزئیات نمونه، مانند نوع ماده، آماده‌سازی سطح، و ضخامت.

این ساختار به کاربران امکان می‌دهد تا آزمون سختی راکول را به‌صورت دقیق و قابل‌تکرار انجام دهند.

الزامات فنی استاندارد ASTM E18-24

استاندارد ASTM E18-24 الزامات فنی دقیقی برای انجام آزمون سختی راکول ارائه می‌دهد که شامل موارد زیر است:

• نفوذگرها: الماس مخروطی با زاویه 120±0.35 درجه و شعاع نوک 0.2±0.01 میلی‌متر برای مقیاس‌های HRA، HRC، HRD و مقیاس‌های سطحی؛ توپی‌های فولادی با قطر 1.5875±0.0025 میلی‌متر (1/16 اینچ) یا 3.175±0.0025 میلی‌متر (1/8 اینچ) برای مقیاس‌های HRB، HRE، HRF.
• نیروها: نیروی اولیه 10 کیلوگرم برای مقیاس‌های استاندارد و 3 کیلوگرم برای مقیاس‌های سطحی؛ نیروی اصلی 60، 100، یا 150 کیلوگرم بسته به مقیاس.
• آماده‌سازی سطح: زبری سطح کمتر از Ra 0.8 میکرومتر برای مقیاس‌های استاندارد و Ra 0.4 میکرومتر برای مقیاس‌های سطحی.
• ضخامت نمونه: حداقل 10 برابر عمق فرورفتگی (معمولاً 0.1 تا 0.3 میلی‌متر بسته به مقیاس).
• کالیبراسیون: تأیید دستگاه با بلوک‌های آزمون استاندارد حداقل هر 12 ماه یا پس از تعمیرات.
• دقت اندازه‌گیری: دقت دستگاه ±0.5 واحد سختی راکول برای مقیاس‌های استاندارد و ±0.2 واحد برای مقیاس‌های سطحی.
• شرایط محیطی: دمای آزمون 10 تا 35 درجه سانتی‌گراد، بدون ارتعاشات قابل‌توجه.

این الزامات برای اطمینان از دقت و تکرارپذیری نتایج آزمون طراحی شده‌اند.

اهمیت استاندارد ASTM E18-24

استاندارد ASTM E18-24 به دلایل متعددی در صنایع فلزی اهمیت دارد:

• کنترل کیفیت: ارائه روشی استاندارد برای ارزیابی سختی مواد، که مستقیماً با استحکام، مقاومت به سایش، و قابلیت ماشین‌کاری مرتبط است.
• انتخاب مواد: کمک به مهندسان برای انتخاب فلزات مناسب برای کاربردهای خاص، مانند فولادهای سخت برای ابزار یا آلومینیوم نرم برای قطعات سبک.
• انطباق: استفاده در مشخصات فنی برای تأیید انطباق مواد با استانداردها (مانند SAE، MIL، یا ASME).
• سرعت و سادگی: آزمون راکول سریع و مستقیم است، با حداقل نیاز به آماده‌سازی نمونه در مقایسه با روش‌های دیگر (مانند ویکرز یا برینل).
• کاربرد گسترده: مناسب برای طیف وسیعی از فلزات و سختی‌ها، از فولادهای سخت تا آلیاژهای نرم.

این استاندارد به‌ویژه در صنایعی که نیاز به فلزات با خواص مکانیکی دقیق دارند، نقش کلیدی ایفا می‌کند.

وضعیت نسخه فعلی

نسخه ASTM E18-24، منتشرشده در ژوئن 2024، جدیدترین نسخه این استاندارد است و توسط کمیته E28 (آزمایش مکانیکی) ASTM International توسعه یافته است. این نسخه جایگزین نسخه‌های قبلی (مانند E18-22، E18-20، E18-15) شده و شامل به‌روزرسانی‌هایی در کالیبراسیون، توضیحات فنی، و الزامات ایمنی است. تا تاریخ امروز (1 می 2025)، ASTM E18-24 نسخه جاری است و هیچ ویرایش جدیدی منتشر نشده است.

تفاوت با سایر استانداردها

مقایسه ASTM E18-24 با استانداردهای مرتبط:

• در مقابل ASTM E10: ASTM E10 برای آزمون سختی برینل است که برای مواد نرم‌تر یا نمونه‌های بزرگ‌تر مناسب‌تر است، در حالی که E18 برای فلزات با سختی متوسط تا بالا ایده‌آل است.
• در مقابل ASTM E92: ASTM E92 برای آزمون سختی ویکرز است که برای نمونه‌های کوچک یا لایه‌های نازک مناسب‌تر است، اما نیاز به آماده‌سازی دقیق‌تر سطح دارد.
• در مقابل ISO 6508-1: ISO 6508-1 روش مشابهی برای سختی راکول ارائه می‌دهد، اما تفاوت‌هایی در کالیبراسیون و معیارهای پذیرش وجود دارد.
• در مقابل ASTM E384: ASTM E384 برای آزمون سختی میکرو (مانند ویکرز یا نوپ) است، در حالی که E18 برای سختی ماکرو مناسب است.

ASTM E18-24 به‌عنوان روشی سریع و پرکاربرد برای آزمون سختی ماکرو، مکمل سایر استانداردها در ارزیابی خواص فلزات است.

کاربرد عملی در صنعت

استاندارد ASTM E18-24 در صنایع فلزی کاربردهای عملی متعددی دارد:

• کنترل کیفیت: اندازه‌گیری سختی HRC فولادهای ابزار در تولید قطعات هوافضا.
• بازرسی مواد: ارزیابی سختی HRB آلیاژهای آلومینیوم برای قطعات خودرو.
• تحقیق و توسعه: مقایسه سختی آلیاژهای جدید در آزمایشگاه‌های متالورژی.
• انطباق: تأیید سختی فولادهای خطوط لوله مطابق با مشخصات API یا ASME.

مثال‌های عملی شامل آزمون سختی HRC برای تیغه‌های برش در صنعت ابزارسازی یا ارزیابی سختی HRB برای ورق‌های مسی در تولید مبدل‌های حرارتی است.

نقد و بررسی

استاندارد ASTM E18-24 به دلیل سادگی، سرعت، و کاربرد گسترده در صنایع فلزی مورد تحسین قرار گرفته است. استفاده از مقیاس‌های متعدد و انعطاف‌پذیری برای فلزات مختلف از نقاط قوت آن است. با این حال، محدودیت‌هایی مانند عدم کاربرد برای مواد بسیار نرم یا نازک، حساسیت به آماده‌سازی سطح، و نیاز به کالیبراسیون دقیق دستگاه مورد انتقاد قرار گرفته است. نسخه 2024 با بهبود توضیحات کالیبراسیون و ایمنی، برخی از این مسائل را برطرف کرده است.

نتیجه‌گیری

استاندارد ASTM E18-24 چارچوبی جامع برای اندازه‌گیری سختی راکول مواد فلزی ارائه می‌دهد. با تمرکز بر کنترل کیفیت، انتخاب مواد، و انطباق با مشخصات فنی، این استاندارد به مهندسان، تولیدکنندگان، و محققان کمک می‌کند تا خواص مکانیکی فلزات را به‌دقت ارزیابی کنند. اگر در زمینه متالورژی یا صنایع فلزی فعالیت می‌کنید، ASTM E18-24 راهنمایی ضروری و ارزشمند برای آزمون سختی ارائه می‌دهد.