موسوعة العلوم - جيولوجيا - علم المعادن ( الصلابة أو الصلادة )

علم المعادن ( الصلابة أو الصلادة )



الصلادة أو القساوة -(بالإنجليزية: Hardness) ، هي خاصية للمواد تحدد مدى قابلية المادة لتحمل الخدش. تعتمد الصلادة على التركيب الكيميائي للمادة بالإضافة إلى التركيب الداخلي "Micro-structure".

قياس الصلادة

هناك أساليب عديدة لقياس الصلادة تعتمد على نوع الاختبار المستخدم ، وأهم هذه الأساليب:

• مقياس موس نسبة للعالم الألماني فريدرش موس
• اختبار برينل للصلادة
• اختبار فيكرز للصلادة
• اختبار روكويل للصلادة
• مقياس موس
• مقياس موه لصلابة المواد هو مقياس يستخدم للدلالة على قدرة المواد المختلفة على مقاومة الخدش. ويتم ذلك بفحص قدرة مادة صلبة على خدش مادة أقلّ صلابة منها. وضع هذا المقياس عام 1812م على يد عالم المعادن الألماني فريدريك موه. ويعتبر مقياس موه مقياسًا ترتيبيًا، أي أنه يعطي المواد ترتيبًا معينا في قائمة المواد ولا يعطي القيمة المطلقة للصلابة. فمثال ذلك الألماس الذي يلي الكورندم حسب مقياس موه مع أن صلابته تقارب أربع أضعاف صلابة الكورندم. والجدير بالذكر أن العلماء العرب كانوا قد سبقوا موه في وضع مقياس لصلابة المواد والجواهر قبل مئات من السنين. وقد استندوا في ذلك على اختباراتهم المباشرة على مختلف أنواع المواد والجواهر المعروفة في عصرهم. ويعتبر العالم العربي أحمد بن يوسف التيفاشي المولود عام 1184 م في مقدمة هؤلاء العلماء حيث أنه وضع مقياسين أحدهما لصلابة المواد شبيه بمقياس موه والآخر مقياس لحرارة وبرودة المواد حسب طريقة تكونها في باطن الأرض.
• اختبار برينل للصلادة
• 
  مخطط القوة
  
  
• اختبار برينل للصلادة (بالإنكليزية: Brinell hardness test): هو أحد الطرق أو الاختبارات المستخدمة لقياس صلادة مادة، ابتكره المهندس السويدي جون أغسطس برينل، تتلخص طريقة الاختبار في ضغط كرة من الفولاذ المصلد، أو كرة مصنعة من مادة كربيدات التنجستن الملبد، على عينة نظيفة مستوية من المادة المراد اختبار صلادتها. يفضل في هذا الاختبار ألا يقل سمك العينة عن 10 أمثال عمق الأثر (العلامة التي تتركها الكرة في العينة).
  عادة ما تستخدم كرة من الفولاذ المصلد قطرها 10 مم كمادة خارقة (تسمى الخارق)، مع حمل 3000 ث.كجم، لكن حجم هذا الخارق لا يصلح في حال العينات الرقيقة؛ لذا تستخدم كرة قطرها 5 مم، كما تستخدم الأحمال 1500 ث.كجم، و500 ث.كم مع العينات الأقل صلادة. تستبدل كرة الفولاذ بأخرى من كربيدات التنجستن في حالة المواد الأكثر صلادة.
  بعد إجراء الاختبار يتم تعيين قطر الأثر، ثم حساب الصلادة من العلاقة:
  
  BHN رقم برينل للصلادةP الحمل بالكيلو جرامD قطر الكرة المستخدمة كخارق بالملليمترd قطر الأثر على سطح العينة بالملليمتر
  نتائج الاختبار
  عند ذكر نتيحة اختبار برينل يجب ذكر نوع مادة الكرة وقطرها والقوة المؤثرة التي ادت إلى الحصول على هذه النتائج، وتوجد اختصارات للدلالة على نوع مادة الكرة ف HBW تدل على ان الكرة المستخدمة في الاختبار من مادة تنجستين كربيد و HBS ندل على ان المادة المستخدمة مصنعة من الصلب. وعندما تكون ظروف اختبار HBW 20/3000 فهذا معناه عند استخدام كرة مصنعة من مادة التنجستين كربيد بقطر 20 ملي متر وقوة تقدر ب 3000 كيلو جرام ثقلى.
• اختبار روكويل للصلادة
  
  جهاز اختبار روكويل.
  
  
• اختبار روكويل للصلادة (بالإنجليزية: Rockwell scale) هو اختبار للصلادة يعبر عن مدى مقاومة مادة ما للخدش. تعتمد القيم الناتجة عن اختبار روكويل على المقارنة بين قياسيّ عمقيّ اختراق أداة الخدش في الاختبار، عند استخدام حملين مختلفين.[1] هناك مستويات مختلفة للاختبار يعبر عنها بأحد الأحرف، وتختلف عن بعضها بحسب قيمة الحمل المستخدم أو نوعية أداة الخدش. القيم الناتجة تعبر عن أرقام لا بعدية، يرمز لهما بالرمز " HRX " حيث " X " هو الحرف الذي يعبر عن مستوى الاختبار.
  عند تطبيق هذا الاختبار على المعادن، فغالباً ما تتناسب القيم الناتجة مع قيم إجهاد الشد لها
• الاختبار
  تتحدد قيم الصلادة باستخدام اختبار روكويل لمادة ما عن طريق التأثير عليها بحمل صغير يليه حمل كبير، ثم المقارنة بين عمقيّ الاختراق. تتحد بعد ذلك قيمة الصلادة مباشرة باستخدام جداول معينة.
  مميزات الاختبار
  1. يمتاز الاختبار بقدرته على عرض قيم مباشرة للصلادة، وبالتالي تفادي الحسابات المملة في بعض اختبارات قياس الصلادة الأخرى.
  2. بعض أجهزة هذا الاختبار محمولة، مما يعطي إمكانية لاستخدامه في أماكن مختلفة.
  3. الموثوقية في القيم الناتجة.
  4. السرعة في الاختبار.
  5. صغر مساحة الخدش، مما يجعل الاختبار يصنف من الاختبارات اللا إتلافية.
  احتياطات واجبة
  تراعى عدة احتياطات لضمان دقة النتائج الناتجة عن الاختبار مثل:
  1. أن يكون سمك المادة المختبرة على الأقل 10 أضعاف عمق الخدش الناتج عن الاختبار.
  2. أن يكون سطح الاختبار مستوياً، وأن يكون الحمل المستخدم عمودياً على السطح، وإلا قد يستخدم معامل تصحيح (بالإنجليزية: correlation factor) للنتائج
• التصلد الانفعالى
• التصلد الانفعالي : هو تقوية المادة بزيادة كثافة انخلاع المادة.
  في البلورات المعدنية، يحدث تشوه غير عكوس على المستوى المجهري يسمى الانخلاع، ينتج هذا الانخلاع عن تغير في حقول الإجهاد محليًا ضمن المادة يبلغ أوجه في إعادة تنظيم الشبكة البلورية نتيجة انتشار الانخلاع في الشبكة البلورية. يمكن إزالة الانخلاع عن طريق رفع درجة حرارة المعدن بعملية تسمى التخمير (Annealing). وبدون عملية التخمير تبقى الانخلاعات مختزنة في المعدن، وتؤثر على بعضها البعض، فتكون كعائق يعترض طريق انتشار الانخلاعات في المعدن. يؤدي هذت إلى زيادة قوة الخضوع للمادة وانخفاض لمطيليتها.

•