نظرة عامة على اختبار صلابة سلسلة البكرات الدقيقة

1. نظرة عامة على اختبار صلابة سلسلة البكرات الدقيقة

1.1 الخصائص الأساسية لسلسلة البكرات الدقيقة
سلسلة البكرات الدقيقة هي نوع من السلاسل شائعة الاستخدام في النقل الميكانيكي. خصائصها الأساسية هي كما يلي:
التركيب الهيكلي: تتكون سلسلة البكرات الدقيقة من صفيحة سلسلة داخلية، وصفيحة سلسلة خارجية، ومحور توصيل، وجلبة، وبكرة. تتصل صفيحة السلسلة الداخلية بصفيحة السلسلة الخارجية بواسطة محور التوصيل، وتُركّب الجلبة على محور التوصيل، بينما تُثبّت البكرة خارج الجلبة. يُمكّن هذا التركيب السلسلة من تحمّل قوى شدّ وصدمات كبيرة أثناء النقل.
اختيار المواد: عادة ما تُصنع سلسلة البكرات الدقيقة من الفولاذ الكربوني عالي الجودة أو الفولاذ السبائكي، مثل الفولاذ 45، و20CrMnTi، وما إلى ذلك. تتميز هذه المواد بقوة عالية ومتانة عالية ومقاومة جيدة للتآكل، مما يلبي متطلبات استخدام السلسلة في ظل ظروف العمل المعقدة.
الدقة الأبعادية: تتطلب سلاسل البكرات الدقيقة دقة أبعاد عالية، وعادةً ما يتم التحكم في التفاوتات الأبعادية للخطوة، وسماكة صفيحة السلسلة، وقطر عمود الدبوس، وما إلى ذلك، ضمن نطاق ±0.05 مم. تضمن الأبعاد عالية الدقة دقة تعشيق السلسلة والترس، وتقلل من أخطاء النقل والضوضاء.
المعالجة السطحية: لتحسين مقاومة التآكل والتآكل للسلسلة، عادةً ما تخضع سلاسل البكرات الدقيقة لمعالجة سطحية، مثل الكربنة والنتردة والجلفنة، وما إلى ذلك. يمكن أن تجعل الكربنة صلابة سطح السلسلة تصل إلى 58-62HRC، ويمكن أن تجعل النتردة صلابة السطح تصل إلى 600-800HV، ويمكن أن تمنع الجلفنة السلسلة بشكل فعال من الصدأ.
1.2 أهمية اختبار الصلابة
يُعد اختبار الصلابة ذا أهمية كبيرة في مراقبة جودة سلاسل البكرات الدقيقة:
ضمان قوة السلسلة: تُعدّ الصلابة أحد المؤشرات المهمة لقياس قوة المادة. من خلال اختبار الصلابة، يمكن التأكد من أن صلابة مادة سلسلة البكرات الدقيقة تفي بمتطلبات التصميم، وذلك لضمان قدرة السلسلة على تحمل الشد والصدمات الكافية أثناء الاستخدام، وتجنب انكسارها أو تلفها نتيجة عدم كفاية قوة المادة.
تقييم خصائص المادة: يُمكن لاختبار الصلابة أن يعكس التغيرات في البنية المجهرية وأداء المادة. على سبيل المثال، تكون صلابة سطح السلسلة بعد المعالجة بالكربنة أعلى، بينما تكون صلابة اللب منخفضة نسبيًا. من خلال اختبار الصلابة، يُمكن تقييم عمق طبقة الكربنة وتجانسها، وذلك لتحديد مدى ملاءمة عملية المعالجة الحرارية للمادة.
مراقبة جودة الإنتاج: في عملية إنتاج سلاسل البكرات الدقيقة، يُعد اختبار الصلابة وسيلة فعالة لمراقبة الجودة. فمن خلال اختبار صلابة المواد الخام والمنتجات نصف المصنعة والمنتجات النهائية، يمكن اكتشاف المشكلات التي قد تحدث في عملية الإنتاج، مثل عيوب المواد أو المعالجة الحرارية غير المناسبة، في الوقت المناسب، ما يسمح باتخاذ الإجراءات اللازمة لتحسين جودة المنتج وضمان استقرارها وتناسقها.
إطالة عمر الخدمة: يساعد اختبار الصلابة على تحسين المواد وعمليات تصنيع سلاسل البكرات الدقيقة، مما يُحسّن مقاومة السلسلة للتآكل والإجهاد. كما أن سطح السلسلة عالي الصلابة يُقاوم التآكل بشكل أفضل، ويُقلل من فقد الاحتكاك بين السلسلة والترس، ويُطيل عمر السلسلة، ويُخفض تكلفة صيانة المعدات.
الالتزام بمعايير الصناعة: في صناعة تصنيع الآلات، عادةً ما يجب أن تتوافق صلابة سلاسل البكرات الدقيقة مع المعايير الوطنية أو الدولية ذات الصلة. على سبيل المثال، يحدد معيار GB/T 1243-2006 "سلاسل البكرات، وسلاسل بكرات الجلب، والسلاسل المسننة" نطاق صلابة سلاسل البكرات الدقيقة. ومن خلال اختبار الصلابة، يمكن ضمان مطابقة المنتج لمتطلبات المعيار، مما يعزز قدرته التنافسية في السوق.

2. معايير اختبار الصلابة

2.1 معايير الاختبار المحلية
لقد وضعت بلادي سلسلة من المعايير الواضحة والصارمة لاختبار صلابة سلاسل البكرات الدقيقة لضمان أن جودة المنتج تلبي المتطلبات.
الأساس القياسي: يستند هذا المعيار بشكل رئيسي إلى معيار GB/T 1243-2006 "سلاسل البكرات، وسلاسل بكرات الجلبة، والسلاسل المسننة" وغيرها من المعايير الوطنية ذات الصلة. تحدد هذه المعايير نطاق صلابة سلاسل البكرات الدقيقة. على سبيل المثال، بالنسبة لسلاسل البكرات الدقيقة المصنوعة من فولاذ 45، يجب أن تتراوح صلابة المسامير والجلبات عمومًا بين 229 و285 وحدة برينل (HBW)؛ أما بالنسبة للسلاسل المكربنة، فيجب أن تصل صلابة السطح إلى 58-62 وحدة روكويل (HRC)، كما يُشترط عمق طبقة الكربنة، والذي يتراوح عادةً بين 0.8 و1.2 مم.
طريقة الاختبار: توصي المعايير المحلية باستخدام جهاز اختبار صلابة برينل أو جهاز اختبار صلابة روكويل. يُناسب جهاز اختبار صلابة برينل اختبار المواد الخام والمنتجات نصف المصنعة ذات الصلابة المنخفضة، مثل صفائح السلاسل غير المعالجة حراريًا. تُحسب قيمة الصلابة بتطبيق حمل معين على سطح المادة وقياس قطر الانبعاج. أما جهاز اختبار صلابة روكويل، فيُستخدم غالبًا لاختبار السلاسل النهائية المعالجة حراريًا، مثل دبابيس وأكمام الكربنة. يتميز بسرعة الكشف وسهولة التشغيل، كما يُمكنه قراءة قيمة الصلابة مباشرةً.
أخذ العينات واختبار الأجزاء: وفقًا للمتطلبات القياسية، يجب اختيار عدد معين من العينات عشوائيًا من كل دفعة من سلاسل البكرات الدقيقة لاختبارها. بالنسبة لكل سلسلة، يجب اختبار صلابة الأجزاء المختلفة، مثل الصفيحة الداخلية، والصفيحة الخارجية، والدبوس، والكم، والبكرة، بشكل منفصل. على سبيل المثال، بالنسبة للدبوس، يجب أخذ نقطة اختبار واحدة في المنتصف ونقطة أخرى عند كلا الطرفين لضمان شمولية ودقة نتائج الاختبار.
تحديد النتائج: يجب تحديد نتائج الاختبار بدقة وفقًا لنطاق الصلابة المحدد في المعيار. إذا تجاوزت قيمة صلابة الجزء المختبر النطاق المحدد في المعيار، كأن تكون صلابة الدبوس أقل من 229 برينل أو أعلى من 285 برينل، تُعتبر السلسلة منتجًا غير مطابق للمواصفات، ويجب إعادة معالجتها حراريًا أو اتخاذ تدابير معالجة أخرى مناسبة حتى تستوفي قيمة الصلابة متطلبات المعيار.

2.2 معايير الاختبار الدولية
توجد أيضًا أنظمة قياسية مماثلة لاختبار صلابة سلاسل البكرات الدقيقة في العالم، وتتمتع هذه المعايير بتأثير واسع واعتراف كبير في السوق الدولية.
معيار ISO: يُعدّ معيار ISO 606 "السلاسل والتروس - سلاسل البكرات وسلاسل بكرات البطانات - الأبعاد والتفاوتات والخصائص الأساسية" أحد أكثر معايير سلاسل البكرات الدقيقة استخدامًا في العالم. كما يتضمن هذا المعيار أحكامًا تفصيلية لاختبار صلابة سلاسل البكرات الدقيقة. فعلى سبيل المثال، بالنسبة لسلاسل البكرات الدقيقة المصنوعة من سبائك الصلب، يتراوح نطاق الصلابة عادةً بين 241 و321 وحدة برينل (HBW)؛ أما بالنسبة للسلاسل المعالجة بالنتردة، فيجب أن تصل صلابة السطح إلى 600-800 وحدة فيكرز (HV)، ويجب أن يتراوح عمق طبقة النتردة بين 0.3 و0.6 مم.
طريقة الاختبار: توصي المعايير الدولية أيضًا باستخدام أجهزة اختبار صلابة برينل، وروكويل، وفيكرز. يُعد جهاز اختبار صلابة فيكرز مناسبًا لاختبار الأجزاء ذات الصلابة السطحية العالية في سلاسل البكرات الدقيقة، مثل سطح البكرة بعد معالجة النتردة، نظرًا لصغر حجم انبعاجِه. فهو يقيس قيمة الصلابة بدقة أكبر، خاصةً عند اختبار الأجزاء صغيرة الحجم وذات الجدران الرقيقة.
موقع أخذ العينات والاختبار: تتشابه كمية العينات وموقع الاختبار المطلوبين وفقًا للمعايير الدولية مع تلك المطلوبة في المعايير المحلية، إلا أن اختيار مواقع الاختبار أكثر تفصيلًا. فعلى سبيل المثال، عند اختبار صلابة البكرات، يجب أخذ عينات واختبارها على محيطها الخارجي وأسطحها النهائية لتقييم تجانس صلابتها بشكل شامل. إضافةً إلى ذلك، تُجرى اختبارات الصلابة أيضًا على أجزاء توصيل السلسلة، مثل صفائح التوصيل ودبابيس التوصيل، لضمان قوة السلسلة وموثوقيتها.
تقييم النتائج: تُطبّق المعايير الدولية معايير أكثر صرامة في تقييم نتائج اختبار الصلابة. فإذا لم تستوفِ نتائج الاختبار متطلبات المعيار، لا تُعتبر السلسلة غير مطابقة للمواصفات فحسب، بل تُعاد معاودة اختبار سلاسل أخرى من نفس دفعة المنتجات. وإذا استمر وجود منتجات غير مطابقة للمواصفات بعد إعادة الاختبار، يجب إعادة معالجة دفعة المنتجات حتى تستوفي صلابة جميع السلاسل متطلبات المعيار. تضمن آلية التقييم الصارمة هذه مستوى الجودة والموثوقية لسلاسل البكرات الدقيقة في السوق الدولية.

3. طريقة اختبار الصلابة

3.1 طريقة اختبار صلابة روكويل
تُعد طريقة اختبار صلابة روكويل واحدة من أكثر طرق اختبار الصلابة استخدامًا في الوقت الحاضر، وهي مناسبة بشكل خاص لاختبار صلابة المواد المعدنية مثل سلاسل البكرات الدقيقة.
المبدأ: تحدد هذه الطريقة قيمة الصلابة بقياس عمق رأس الضغط (مخروط ماسي أو كرة كربيد) الذي يُضغط على سطح المادة تحت حمل معين. وتتميز بسهولة وسرعة التشغيل، حيث يمكن قراءة قيمة الصلابة مباشرةً دون الحاجة إلى حسابات معقدة أو أدوات قياس.
نطاق التطبيق: يُستخدم اختبار صلابة روكويل بشكل أساسي في الكشف عن سلاسل البكرات الدقيقة، وذلك لقياس صلابة السلاسل النهائية بعد المعالجة الحرارية، مثل الدبابيس والأكمام. ويعود ذلك إلى أن هذه الأجزاء تتمتع بصلابة أعلى بعد المعالجة الحرارية، فضلاً عن حجمها الكبير نسبياً، مما يجعلها مناسبة للاختبار باستخدام جهاز اختبار صلابة روكويل.
دقة الكشف: يتميز اختبار صلابة روكويل بدقة عالية، حيث يعكس بدقة تغيرات صلابة المادة. ويبلغ هامش الخطأ في قياسه عادةً ±1HRC، مما يلبي متطلبات اختبار صلابة سلسلة البكرات الدقيقة.
التطبيق العملي: في الاختبارات الفعلية، يستخدم جهاز اختبار صلابة روكويل عادةً مقياس HRC، وهو مناسب لاختبار المواد ذات نطاق صلابة يتراوح بين 20 و70 HRC. على سبيل المثال، بالنسبة لدبوس سلسلة بكرات دقيقة مُعالجة بالكربنة، تتراوح صلابة سطحه عادةً بين 58 و62 HRC. يُمكّن جهاز اختبار صلابة روكويل من قياس قيمة الصلابة بسرعة ودقة، مما يوفر أساسًا موثوقًا لمراقبة الجودة.

3.2 طريقة اختبار صلابة برينل
تُعد طريقة اختبار صلابة برينل طريقة اختبار صلابة كلاسيكية، وهي تستخدم على نطاق واسع في قياس صلابة المواد المعدنية المختلفة، بما في ذلك المواد الخام والمنتجات نصف المصنعة لسلاسل البكرات الدقيقة.
المبدأ: تقوم هذه الطريقة بضغط كرة فولاذية صلبة أو كرة من الكربيد بقطر معين في سطح المادة تحت تأثير حمل محدد وتحافظ عليها لفترة زمنية محددة، ثم تزيل الحمل، وتقيس قطر الانبعاج، وتحدد قيمة الصلابة عن طريق حساب متوسط ​​الضغط على مساحة السطح الكروي للانبعاج.
نطاق التطبيق: يُعد اختبار صلابة برينل مناسبًا لاختبار المواد المعدنية ذات الصلابة المنخفضة، مثل المواد الخام لسلاسل البكرات الدقيقة (مثل فولاذ 45) والمنتجات نصف المصنعة غير المعالجة حراريًا. يتميز هذا الاختبار بوجود انخفاضات كبيرة، مما يعكس خصائص الصلابة الكلية للمادة، وهو مناسب لقياس المواد ذات الصلابة المتوسطة.
دقة الكشف: تتميز دقة الكشف عن صلابة برينل بأنها عالية نسبيًا، وعادةً ما يكون هامش الخطأ في القياس ضمن نطاق ±2%. تؤثر دقة قياس قطر الانبعاج بشكل مباشر على دقة قيمة الصلابة، لذا يلزم استخدام أدوات قياس عالية الدقة مثل المجاهر الضوئية في التطبيق العملي.
التطبيق العملي: في عملية إنتاج سلاسل البكرات الدقيقة، يُستخدم اختبار صلابة برينل غالبًا لاختبار صلابة المواد الخام والتأكد من مطابقتها لمتطلبات التصميم. على سبيل المثال، بالنسبة لسلاسل البكرات الدقيقة المصنوعة من فولاذ 45، يجب أن تتراوح صلابة المواد الخام عادةً بين 170 و230 وحدة برينل. من خلال اختبار صلابة برينل، يمكن قياس قيمة صلابة المواد الخام بدقة، واكتشاف أي مواد غير مطابقة للمواصفات في الوقت المناسب، مما يمنع دخولها إلى مراحل الإنتاج اللاحقة.

3.3 طريقة اختبار صلابة فيكرز
تُعد طريقة اختبار صلابة فيكرز طريقة مناسبة لقياس صلابة الأجزاء الصغيرة الحجم وذات الجدران الرقيقة، ولها مزايا فريدة في اختبار صلابة سلاسل البكرات الدقيقة.
المبدأ: تقوم هذه الطريقة بضغط هرم رباعي الأوجه من الماس بزاوية رأس تبلغ 136 درجة تحت حمل معين على سطح المادة المراد اختبارها، والحفاظ على الحمل لفترة زمنية محددة، ثم إزالة الحمل، وقياس الطول القطري للانبعاج، وتحديد قيمة الصلابة عن طريق حساب متوسط ​​الضغط على مساحة السطح المخروطي للانبعاج.
نطاق التطبيق: تُعدّ طريقة اختبار صلابة فيكرز مناسبة لقياس المواد ذات نطاق الصلابة الواسع، وخاصةً للكشف عن الأجزاء ذات الصلابة السطحية العالية في سلاسل البكرات الدقيقة، مثل سطح البكرات بعد معالجة النتردة. يتميز هذا الاختبار بصغر حجم الانبعاج، مما يُمكّنه من قياس صلابة الأجزاء الصغيرة الحجم وذات الجدران الرقيقة بدقة، وهو ما يجعله مناسبًا للكشف الذي يتطلب معايير عالية لتوحيد صلابة السطح.
دقة الكشف: يتميز اختبار صلابة فيكرز بدقة عالية، وعادةً ما يكون هامش الخطأ في القياس ضمن نطاق ±1HV. وتُعد دقة قياس طول قطر الانبعاج بالغة الأهمية لدقة قيمة الصلابة، لذا يلزم استخدام مجهر قياس عالي الدقة لإجراء القياس.
التطبيق العملي: في اختبار صلابة سلاسل البكرات الدقيقة، تُستخدم طريقة اختبار صلابة فيكرز غالبًا للكشف عن صلابة سطح البكرات. على سبيل المثال، بالنسبة للبكرات المعالجة بالنتردة، يجب أن تصل صلابة السطح إلى 600-800 HV. من خلال اختبار صلابة فيكرز، يمكن قياس قيم الصلابة بدقة في مواقع مختلفة على سطح البكرة، وتقييم عمق طبقة النتردة وتجانسها، مما يضمن أن صلابة سطح البكرة تلبي متطلبات التصميم، ويُحسّن مقاومة التآكل وعمر السلسلة.

4. جهاز اختبار الصلابة

4.1 نوع الجهاز ومبدأ عمله
يُعد جهاز اختبار الصلابة أداةً أساسيةً لضمان دقة اختبار صلابة سلاسل البكرات الدقيقة. وتشمل الأنواع الشائعة لأجهزة اختبار الصلابة ما يلي:
جهاز اختبار صلابة برينل: يعتمد مبدأ عمله على ضغط كرة فولاذية صلبة أو كرة من الكربيد بقطر محدد على سطح المادة تحت حمل معين، مع تثبيتها لفترة زمنية محددة، ثم إزالة الحمل، وحساب قيمة الصلابة بقياس قطر الانبعاج. يُناسب جهاز اختبار صلابة برينل اختبار المواد المعدنية ذات الصلابة المنخفضة، مثل المواد الخام لسلاسل البكرات الدقيقة والمنتجات نصف المصنعة غير المعالجة حراريًا. يتميز الجهاز بانبعاج كبير يعكس خصائص الصلابة الكلية للمادة. وهو مناسب لقياس المواد ذات الصلابة المتوسطة، وعادةً ما يكون هامش الخطأ في القياس في حدود ±2%.
جهاز اختبار صلابة روكويل: يحدد هذا الجهاز قيمة الصلابة بقياس عمق رأس الاختبار (مخروط ماسي أو كرة كربيد) المضغوط على سطح المادة تحت حمل معين. يتميز جهاز اختبار صلابة روكويل بسهولة وسرعة التشغيل، ويمكنه قراءة قيمة الصلابة مباشرةً دون الحاجة إلى حسابات معقدة أو أدوات قياس خاصة. يُستخدم بشكل أساسي لقياس صلابة السلاسل النهائية بعد المعالجة الحرارية، مثل الدبابيس والأكمام. يبلغ هامش الخطأ في القياس عادةً ±1HRC، مما يفي بمتطلبات اختبار صلابة سلاسل البكرات بدقة عالية.
جهاز اختبار صلابة فيكرز: يعتمد مبدأ عمل جهاز اختبار صلابة فيكرز على ضغط هرم ماسي رباعي الأضلاع بزاوية رأس 136 درجة تحت حمل محدد على سطح المادة المراد اختبارها، مع تثبيته لفترة زمنية محددة، ثم إزالة الحمل، وقياس طول قطر الانخفاض، وتحديد قيمة الصلابة بحساب متوسط ​​الضغط الواقع على مساحة السطح المخروطي للانخفاض. يُعد جهاز اختبار صلابة فيكرز مناسبًا لقياس المواد ذات نطاق الصلابة الواسع، وخاصة لاختبار الأجزاء ذات الصلابة السطحية العالية في سلاسل البكرات الدقيقة، مثل سطح البكرة بعد معالجة النتردة. يتميز الجهاز بانخفاضه الصغير، مما يُمكّنه من قياس صلابة الأجزاء الصغيرة الحجم وذات الجدران الرقيقة بدقة، وعادةً ما يكون هامش الخطأ في القياس في حدود ±1HV.

4.2 اختيار الجهاز ومعايرته
يُعد اختيار جهاز اختبار الصلابة المناسب ومعايرته بدقة أساسًا لضمان موثوقية نتائج الاختبار:
اختيار الجهاز: اختر جهاز اختبار صلابة مناسبًا وفقًا لمتطلبات اختبار سلاسل البكرات الدقيقة. بالنسبة للمواد الخام والمنتجات نصف المصنعة غير المعالجة حراريًا، يُنصح باختيار جهاز اختبار صلابة برينل؛ أما بالنسبة للسلاسل النهائية المعالجة حراريًا، مثل الدبابيس والأكمام، فيُنصح باختيار جهاز اختبار صلابة روكويل؛ وبالنسبة للأجزاء ذات الصلابة السطحية العالية، مثل سطح البكرة بعد معالجة النتردة، فيُنصح باختيار جهاز اختبار صلابة فيكرز. بالإضافة إلى ذلك، ينبغي مراعاة عوامل أخرى مثل دقة الجهاز ونطاق قياسه وسهولة تشغيله لتلبية متطلبات مراحل الاختبار المختلفة.
معايرة الجهاز: يجب معايرة جهاز اختبار الصلابة قبل استخدامه لضمان دقة نتائج القياس. ينبغي أن تتم المعايرة بواسطة جهة معايرة معتمدة أو فنيين متخصصين وفقًا للمعايير والمواصفات ذات الصلة. تشمل المعايرة دقة الحمل للجهاز، وحجم وشكل رأس الاختبار، ودقة جهاز القياس، وغيرها. تُحدد دورة المعايرة عادةً بناءً على معدل استخدام الجهاز واستقراره، وتتراوح عادةً بين ستة أشهر وسنة. يجب أن تكون الأجهزة المعايرة معتمدة ومرفقة بشهادة معايرة، وأن يُدوّن تاريخ المعايرة وفترة صلاحيتها على الجهاز لضمان موثوقية نتائج الاختبار وإمكانية تتبعها.

5. عملية اختبار الصلابة

5.1 تحضير العينات ومعالجتها
يُعد تحضير العينة هو الرابط الأساسي لاختبار صلابة سلسلة البكرات الدقيقة، والذي يؤثر بشكل مباشر على دقة وموثوقية نتائج الاختبار.
كمية العينات: وفقًا لمتطلبات المعيار الوطني GB/T 1243-2006 والمعيار الدولي ISO 606، يجب اختيار عدد معين من العينات عشوائيًا للاختبار من كل دفعة من سلاسل البكرات الدقيقة. عادةً، يتم اختيار 3-5 سلاسل من كل دفعة كعينات اختبار لضمان تمثيل العينات.
موقع أخذ العينات: لكل سلسلة، يتم اختبار صلابة الأجزاء المختلفة بشكل منفصل، مثل صفيحة الوصلة الداخلية، وصفيحة الوصلة الخارجية، وعمود الدبوس، والكم، والبكرة. على سبيل المثال، بالنسبة لعمود الدبوس، تُؤخذ نقطة اختبار واحدة في المنتصف ونقطة أخرى عند كلا الطرفين؛ أما بالنسبة للبكرة، فيتم أخذ عينات من محيطها الخارجي وسطحها النهائي واختبارها بشكل منفصل لتقييم تجانس صلابة كل مكون بشكل شامل.
معالجة العينات: أثناء عملية أخذ العينات، يجب أن يكون سطح العينة نظيفًا ومستويًا، وخاليًا من الزيوت والصدأ والشوائب الأخرى. بالنسبة للعينات التي تحتوي على طبقة أكسيد أو طلاء على سطحها، يجب إجراء عملية تنظيف أو إزالة مناسبة أولًا. على سبيل المثال، بالنسبة للسلاسل المجلفنة، يجب إزالة طبقة الجلفنة من السطح قبل اختبار الصلابة.

5.2 خطوات عملية الاختبار
تُعد خطوات تشغيل الاختبار جوهر عملية اختبار الصلابة، ويجب تشغيلها بدقة وفقًا للمعايير والمواصفات لضمان دقة نتائج الاختبار.
اختيار ومعايرة الجهاز: اختر جهاز اختبار الصلابة المناسب وفقًا لنطاق الصلابة وخصائص المادة المراد اختبارها. على سبيل المثال، بالنسبة للدبابيس والأكمام المكربنة، يُنصح باختيار أجهزة اختبار صلابة روكويل؛ أما بالنسبة للمواد الخام والمنتجات نصف المصنعة غير المعالجة حراريًا، فيُنصح باختيار أجهزة اختبار صلابة برينل؛ وبالنسبة للأسطوانات ذات الصلابة السطحية العالية، فيُنصح باختيار أجهزة اختبار صلابة فيكرز. قبل الاختبار، يجب معايرة جهاز اختبار الصلابة لضمان دقة الحمل، وحجم وشكل رأس الاختبار، ودقة جهاز القياس، بما يتوافق مع المتطلبات. يجب أن تكون الأجهزة المعايرة المعتمدة مصحوبة بشهادة معايرة، وأن يُدوّن تاريخ المعايرة وفترة صلاحيتها على الجهاز.
طريقة الاختبار: ضع العينة على طاولة جهاز اختبار الصلابة بحيث يكون سطحها عموديًا على رأس جهاز الضغط. وفقًا لإجراءات التشغيل الخاصة بطريقة اختبار الصلابة المختارة، قم بتطبيق الحمل والحفاظ عليه للمدة المحددة، ثم أزل الحمل وقم بقياس حجم أو عمق الانخفاض. على سبيل المثال، في اختبار صلابة روكويل، يتم ضغط مخروط ماسي أو كرة كربيد على سطح المادة قيد الاختبار بحمل معين (مثل 150 كجم)، ويتم إزالة الحمل بعد 10-15 ثانية، ثم تُقرأ قيمة الصلابة مباشرة. أما في اختبار صلابة برينل، فيتم ضغط كرة فولاذية صلبة أو كرة كربيد بقطر معين على سطح المادة قيد الاختبار بحمل معين (مثل 3000 كجم)، ويتم إزالة الحمل بعد 10-15 ثانية. يُقاس قطر الانخفاض باستخدام مجهر قراءة، وتُحسب قيمة الصلابة.
الاختبار المتكرر: لضمان موثوقية نتائج الاختبار، ينبغي إعادة اختبار كل نقطة اختبار عدة مرات، ويُعتمد متوسط ​​القيمة كنتيجة نهائية. في الظروف العادية، يُنصح بإعادة اختبار كل نقطة اختبار من 3 إلى 5 مرات لتقليل أخطاء القياس.

5.3 تسجيل البيانات وتحليلها
يُعدّ تسجيل البيانات وتحليلها المرحلة الأخيرة في عملية اختبار الصلابة. فمن خلال فرز بيانات الاختبار وتحليلها، يمكن استخلاص استنتاجات علمية ومنطقية، مما يوفر أساسًا لمراقبة جودة المنتج.
تسجيل البيانات: يجب تسجيل جميع البيانات التي تم الحصول عليها أثناء عملية الاختبار بالتفصيل في تقرير الاختبار، بما في ذلك رقم العينة، وموقع الاختبار، وطريقة الاختبار، وقيمة الصلابة، وتاريخ الاختبار، وأسماء القائمين على الاختبار، ومعلومات أخرى. ينبغي أن تكون سجلات البيانات واضحة ودقيقة وكاملة لتسهيل الرجوع إليها وتحليلها لاحقًا.
تحليل البيانات: يشمل التحليل الإحصائي لبيانات الاختبار حساب المعايير الإحصائية، مثل متوسط ​​قيمة الصلابة والانحراف المعياري لكل نقطة اختبار، وتقييم تجانس وثبات الصلابة. على سبيل المثال، إذا كان متوسط ​​صلابة دبوس دفعة من سلاسل البكرات الدقيقة 250HBW، وكان الانحراف المعياري 5HBW، فهذا يعني أن صلابة الدفعة متجانسة نسبيًا وأن مراقبة الجودة جيدة. أما إذا كان الانحراف المعياري كبيرًا، فقد يكون هناك تذبذب في الجودة خلال عملية الإنتاج، مما يستدعي إجراء مزيد من التحقيقات لتحديد السبب واتخاذ تدابير التحسين.
تحديد النتائج: تُقارن نتائج الاختبار بنطاق الصلابة المحدد في المعايير الوطنية أو الدولية لتحديد ما إذا كانت العينة مطابقة للمواصفات. إذا تجاوزت قيمة الصلابة في موضع الاختبار النطاق المحدد في المعيار، كأن تكون صلابة الدبوس أقل من 229 وحدة برينل أو أعلى من 285 وحدة برينل، تُعتبر السلسلة منتجًا غير مطابق للمواصفات، ويجب إعادة معالجتها حراريًا أو اتخاذ تدابير معالجة أخرى مناسبة حتى تستوفي قيمة الصلابة متطلبات المعيار. بالنسبة للمنتجات غير المطابقة للمواصفات، يجب تسجيل أسباب عدم مطابقتها للمواصفات بالتفصيل، وتحليلها لاتخاذ تدابير تحسينية محددة لرفع جودة المنتج.

6. العوامل المؤثرة على اختبار الصلابة

6.1 تأثير بيئة الاختبار

تؤثر بيئة الاختبار بشكل كبير على دقة نتائج اختبار صلابة سلاسل البكرات الدقيقة.

تأثير درجة الحرارة: تؤثر تغيرات درجة الحرارة على دقة جهاز اختبار الصلابة وأداء صلابة المادة. فعلى سبيل المثال، عندما تكون درجة الحرارة المحيطة مرتفعة جدًا أو منخفضة جدًا، قد تتمدد الأجزاء الميكانيكية والمكونات الإلكترونية لجهاز اختبار الصلابة وتنكمش بفعل الحرارة، مما يؤدي إلى أخطاء في القياس. وبشكل عام، يتراوح نطاق درجة حرارة التشغيل الأمثل لأجهزة اختبار صلابة برينل وروكويل وفيكرز بين 10 و35 درجة مئوية. وعند تجاوز هذا النطاق، قد يزداد خطأ القياس بمقدار ±1 HRC أو ±2 HV. في الوقت نفسه، لا يمكن إغفال تأثير درجة الحرارة على صلابة المادة. فعلى سبيل المثال، بالنسبة لمادة سلسلة البكرات الدقيقة، مثل فولاذ 45#، قد تزداد صلابتها قليلاً في بيئة منخفضة الحرارة، بينما تنخفض في بيئة مرتفعة الحرارة. لذلك، عند إجراء اختبار الصلابة، ينبغي إجراؤه في بيئة ذات درجة حرارة ثابتة قدر الإمكان، ويجب تسجيل درجة الحرارة المحيطة في ذلك الوقت لتصحيح نتائج الاختبار.
تأثير الرطوبة: ينعكس تأثير الرطوبة على اختبار الصلابة بشكل رئيسي على المكونات الإلكترونية لجهاز اختبار الصلابة وسطح العينة. قد تؤدي الرطوبة الزائدة إلى تبلل المكونات الإلكترونية للجهاز، مما يؤثر على دقة القياس واستقراره. على سبيل المثال، عندما تتجاوز الرطوبة النسبية 80%، قد يزداد خطأ القياس بمقدار ±0.5 HRC أو ±1 HV. إضافةً إلى ذلك، قد تُشكّل الرطوبة طبقةً رقيقةً من الماء على سطح العينة، مما يؤثر على التلامس بين رأس جهاز اختبار الصلابة وسطح العينة، وينتج عنه أخطاء في القياس. يُنصح بإجراء اختبار صلابة سلاسل البكرات الدقيقة في بيئة ذات رطوبة نسبية تتراوح بين 30% و70% لضمان موثوقية نتائج الاختبار.
تأثير الاهتزاز: يؤثر الاهتزاز في بيئة الاختبار على دقة قياس الصلابة. فعلى سبيل المثال، قد يتسبب الاهتزاز الناتج عن تشغيل معدات المعالجة الميكانيكية القريبة في إزاحة طفيفة لرأس جهاز قياس الصلابة أثناء عملية القياس، مما يؤدي إلى أخطاء في القياس. كما قد يؤثر الاهتزاز على دقة تطبيق الحمل واستقرار جهاز قياس الصلابة، وبالتالي على دقة قيمة الصلابة. وبشكل عام، عند إجراء اختبار الصلابة في بيئة ذات اهتزاز عالٍ، قد يزداد خطأ القياس بمقدار ±0.5HRC أو ±1HV. لذلك، عند إجراء اختبار الصلابة، يُنصح باختيار مكان بعيد عن مصدر الاهتزاز واتخاذ تدابير مناسبة للحد من الاهتزاز، مثل تركيب وسادة لامتصاص الاهتزاز أسفل جهاز قياس الصلابة، وذلك لتقليل تأثير الاهتزاز على نتائج الاختبار.

6.2 تأثير المشغل
يؤثر المستوى المهني للمشغل وعاداته التشغيلية بشكل كبير على دقة نتائج اختبار صلابة سلاسل البكرات الدقيقة.
مهارات التشغيل: تؤثر كفاءة المشغل في استخدام أجهزة اختبار الصلابة بشكل مباشر على دقة نتائج الاختبار. فعلى سبيل المثال، في جهاز اختبار صلابة برينل، يحتاج المشغل إلى قياس قطر الانبعاج بدقة، وقد يؤدي خطأ القياس إلى انحراف في قيمة الصلابة. إذا لم يكن المشغل على دراية باستخدام أداة القياس، فقد يزيد خطأ القياس بنسبة ±2%. أما في أجهزة اختبار صلابة روكويل وفيكرز، فيحتاج المشغل إلى تطبيق الحمل وقراءة قيمة الصلابة بشكل صحيح. قد يؤدي التشغيل غير السليم إلى زيادة خطأ القياس بنسبة ±1 وحدة HRC أو ±1 وحدة HV. لذلك، ينبغي أن يخضع المشغل لتدريب متخصص وأن يكون مُلِمًّا بأساليب تشغيل جهاز اختبار الصلابة واحتياطاته لضمان دقة نتائج الاختبار.
خبرة الاختبار: تؤثر خبرة المشغل في إجراء الاختبارات على دقة نتائج اختبار الصلابة. فالمشغلون ذوو الخبرة قادرون على تحديد المشكلات التي قد تظهر أثناء الاختبار واتخاذ الإجراءات المناسبة لتصحيحها. على سبيل المثال، إذا تبين أثناء الاختبار أن قيمة الصلابة غير طبيعية، يستطيع المشغلون ذوو الخبرة تحديد ما إذا كانت المشكلة في العينة نفسها، أو في عملية الاختبار أو الجهاز، وذلك استنادًا إلى خبرتهم ومعرفتهم المهنية، والتعامل معها في الوقت المناسب. أما المشغلون عديمو الخبرة فقد يتعاملون مع النتائج غير الطبيعية بشكل غير صحيح، مما يؤدي إلى سوء التقدير. لذلك، ينبغي على الشركات التركيز على تنمية خبرة المشغلين في إجراء الاختبارات ورفع مستوى أدائهم من خلال التدريب والممارسة المنتظمين.
المسؤولية: تُعدّ مسؤولية المشغلين أساسيةً لدقة نتائج اختبار الصلابة. فالمشغلون الذين يتمتعون بحس عالٍ من المسؤولية يلتزمون بالمعايير والمواصفات بدقة، ويسجلون بيانات الاختبار بعناية، ويحللون النتائج بدقة متناهية. على سبيل المثال، أثناء الاختبار، يحتاج المشغل إلى تكرار الاختبار لكل نقطة عدة مرات، ثم حساب المتوسط ​​كنتيجة نهائية. في حال عدم التزام المشغل بالمسؤولية، قد تُهمل خطوات الاختبار المتكررة، مما يُقلل من موثوقية النتائج. لذا، ينبغي على الشركات تعزيز تدريب المشغلين على المسؤولية لضمان دقة وصرامة عملية الاختبار.

6.3 تأثير دقة المعدات
تُعد دقة جهاز اختبار الصلابة عاملاً رئيسياً يؤثر على دقة نتائج اختبار الصلابة لسلاسل البكرات الدقيقة.
دقة الجهاز: تؤثر دقة جهاز اختبار الصلابة بشكل مباشر على دقة نتائج الاختبار. على سبيل المثال، يكون هامش الخطأ في جهاز اختبار صلابة برينل عادةً في حدود ±2%، وفي جهاز اختبار صلابة روكويل عادةً في حدود ±1HRC، وفي جهاز اختبار صلابة فيكرز عادةً في حدود ±1HV. إذا لم تستوفِ دقة الجهاز المتطلبات، فلا يمكن ضمان دقة نتائج الاختبار. لذلك، عند اختيار جهاز اختبار الصلابة، ينبغي اختيار جهاز يتمتع بدقة عالية وثبات جيد، مع ضرورة إجراء المعايرة والصيانة الدورية لضمان استيفاء دقة الجهاز لمتطلبات الاختبار.
معايرة الجهاز: تُعد معايرة جهاز اختبار الصلابة أساسًا لضمان دقة نتائج الاختبار. يجب أن تتم معايرة الجهاز بواسطة جهة معايرة معتمدة أو فنيين متخصصين، وفقًا للمعايير والمواصفات ذات الصلة. تشمل المعايرة دقة الحمل للجهاز، وحجم وشكل رأس الاختبار، ودقة جهاز القياس، وغيرها. تُحدد دورة المعايرة عادةً بناءً على معدل استخدام الجهاز واستقراره، وتتراوح عادةً بين 6 أشهر وسنة واحدة. يجب أن تكون الأجهزة المعايرة معتمدة ومرفقة بشهادة معايرة، وأن يُدوّن تاريخ المعايرة وفترة صلاحيتها على الجهاز. في حال عدم معايرة الجهاز أو فشل المعايرة، لا يمكن ضمان دقة نتائج الاختبار. على سبيل المثال، قد يتسبب جهاز اختبار الصلابة غير المعاير في زيادة خطأ القياس بمقدار ±2HRC أو ±5HV.
صيانة الأجهزة: تُعدّ صيانة أجهزة اختبار الصلابة عنصرًا أساسيًا لضمان دقة نتائج الاختبار. فخلال استخدام الجهاز، قد تتغير دقته نتيجةً للتآكل الميكانيكي، وتقادم المكونات الإلكترونية، وغيرها. لذا، ينبغي على الشركات إنشاء نظام صيانة متكامل للأجهزة، وإجراء الصيانة الدورية لها. على سبيل المثال، تنظيف العدسة البصرية للجهاز بانتظام، وفحص تآكل رأس الاختبار، ومعايرة مستشعر الحمل، وما إلى ذلك. ومن خلال الصيانة الدورية، يُمكن اكتشاف أعطال الجهاز وحلها في الوقت المناسب، ما يضمن دقته واستقراره.

7. تحديد وتطبيق نتائج اختبار الصلابة

7.1 معيار تحديد النتائج
يتم تحديد نتائج اختبار الصلابة لسلاسل البكرات الدقيقة بدقة وفقًا للمعايير ذات الصلة لضمان أن جودة المنتج تلبي المتطلبات.
تحديد المعايير المحلية: وفقًا للمعايير الوطنية مثل GB/T 1243-2006 "سلاسل البكرات، وسلاسل بكرات الجلبة، والسلاسل المسننة"، فإن سلاسل البكرات الدقيقة المصنوعة من مواد مختلفة والتي تخضع لعمليات معالجة حرارية متعددة لها متطلبات واضحة لنطاق الصلابة. على سبيل المثال، بالنسبة لسلاسل البكرات الدقيقة المصنوعة من فولاذ 45، يجب ضبط صلابة المسامير والجلبات عند 229-285 HBW؛ ويجب أن تصل صلابة سطح السلسلة بعد المعالجة بالكربنة إلى 58-62 HRC، وأن يكون عمق طبقة الكربنة 0.8-1.2 مم. إذا تجاوزت نتائج الاختبار هذا النطاق، كأن تكون صلابة المسمار أقل من 229 HBW أو أعلى من 285 HBW، فسيتم اعتبارها غير مطابقة للمواصفات.
معيار التقييم الدولي: وفقًا لمعيار ISO 606 وغيره من المعايير الدولية، يتراوح نطاق صلابة سلاسل البكرات الدقيقة المصنوعة من الفولاذ السبائكي عادةً بين 241 و321 وحدة برينل (HBW)، ويجب أن تصل صلابة سطح السلسلة بعد معالجة النتردة إلى 600-800 وحدة فيكرز (HV)، كما يجب أن يتراوح عمق طبقة النتردة بين 0.3 و0.6 مم. تُعدّ المعايير الدولية أكثر صرامة في تقييم النتائج. فإذا لم تستوفِ نتائج الاختبار المتطلبات، لا تُعتبر السلسلة غير مطابقة للمواصفات فحسب، بل يجب أيضًا مضاعفة عينات الدفعة نفسها. وفي حال وجود منتجات غير مطابقة للمواصفات، يجب إعادة معالجة الدفعة.
متطلبات التكرارية وإمكانية إعادة الإنتاج: لضمان موثوقية نتائج الاختبار، يجب إعادة اختبار كل نقطة اختبار عدة مرات، عادةً من 3 إلى 5 مرات، ويُعتمد المتوسط ​​كقيمة نهائية. يجب ضبط الاختلاف في نتائج اختبار العينة نفسها بين مختلف المشغلين ضمن نطاق محدد، على سبيل المثال، لا يتجاوز الاختلاف في نتائج اختبار صلابة روكويل ±1HRC، ولا يتجاوز الاختلاف في نتائج اختبار صلابة برينل ±2%، ولا يتجاوز الاختلاف في نتائج اختبار صلابة فيكرز ±1HV.

7.2 تطبيق النتائج ومراقبة الجودة
لا تُعد نتائج اختبار الصلابة مجرد أساس لتحديد ما إذا كان المنتج مؤهلاً، بل هي أيضًا مرجع مهم لمراقبة الجودة وتحسين العمليات.
مراقبة الجودة: من خلال اختبار الصلابة، يمكن اكتشاف المشاكل في عملية الإنتاج، مثل عيوب المواد والمعالجة الحرارية غير السليمة، في الوقت المناسب. على سبيل المثال، إذا أظهر الاختبار أن صلابة السلسلة أقل من المتطلبات القياسية، فقد يكون ذلك بسبب عدم كفاية درجة حرارة المعالجة الحرارية أو مدة التثبيت؛ أما إذا كانت الصلابة أعلى من المتطلبات القياسية، فقد يكون ذلك بسبب الإفراط في التبريد بالمعالجة الحرارية. وبناءً على نتائج الاختبار، يمكن للشركة تعديل عملية الإنتاج في الوقت المناسب لضمان استقرار جودة المنتج وثباتها.
تحسين العمليات: تُسهم نتائج اختبار الصلابة في تحسين عملية تصنيع سلاسل البكرات الدقيقة. فعلى سبيل المثال، من خلال تحليل تغيرات صلابة السلسلة في ظل عمليات المعالجة الحرارية المختلفة، تستطيع الشركة تحديد معايير المعالجة الحرارية المثلى وتحسين مقاومة السلسلة للتآكل والإجهاد. كما يوفر اختبار الصلابة أساسًا لاختيار المواد الخام لضمان توافق صلابتها مع متطلبات التصميم، مما يُحسّن الجودة الإجمالية للمنتج.
قبول المنتج وتسليمه: قبل مغادرة المنتج للمصنع، تُعدّ نتائج اختبار الصلابة أساسًا هامًا لقبوله من قِبل العملاء. يُعزز تقرير اختبار الصلابة الذي يستوفي المعايير المطلوبة ثقة العملاء بالمنتج، ويُسهم في زيادة مبيعاته وتسويقه. أما المنتجات التي لا تستوفي المعايير، فتحتاج الشركة إلى إعادة معالجتها حتى تجتاز اختبار الصلابة قبل تسليمها للعملاء، مما يُحسّن سمعة الشركة في السوق ويرفع مستوى رضا العملاء.
ضمان الجودة والتحسين المستمر: يُمكن لتسجيل وتحليل نتائج اختبارات الصلابة أن يُوفر بيانات داعمة لضمان ضمان الجودة. فعند حدوث مشاكل في الجودة، يُمكن للشركات تتبع نتائج الاختبارات لتحديد السبب الجذري للمشكلة واتخاذ تدابير تحسينية مُحددة. وفي الوقت نفسه، من خلال التراكم والتحليل طويل الأمد لبيانات الاختبارات، يُمكن للشركات اكتشاف مشاكل الجودة المُحتملة وتحديد اتجاهات تحسين العمليات، وتحقيق التحسين المُستمر للجودة.