บทนำ: ความแข็งคืออะไร

ความแข็งเป็นคุณสมบัติของวัสดุใดๆ ที่จะต้านทานการเสียรูปของรูปร่างเมื่ออยู่ภายใต้แรงภายนอก การทดสอบความแข็งมีความสำคัญสำหรับการใช้งานด้านเทคนิคและวิศวกรรม เนื่องจากช่วยในการกำหนดความแข็งและความต้านทานแรงดึงของวัสดุ

ช่วยพัฒนาความเข้าใจที่ชัดเจนว่าตัวอย่างที่ทดสอบนั้นเหมาะสมกับการใช้งานเฉพาะหรือไม่ ช่วยให้อุตสาหกรรมต่างๆ สามารถผลิตผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่ปลอดภัยและมีคุณภาพสูง ซึ่งเป็นไปตามกฎระเบียบและแนวทางด้านความปลอดภัยที่หน่วยงานที่เกี่ยวข้องกำหนด

ความแข็งประเภทต่างๆ และวิธีการทดสอบความแข็งแบบต่างๆ และการกำหนดค่าความแข็ง มีการกล่าวถึงด้านล่าง:

ความแข็งของรอยขีดข่วน

ความแข็งของรอยขีดข่วนคือความสามารถของวัสดุในการต้านทานการเสียรูปซึ่งมักเกิดจากรอยขีดข่วนและรอยถลอก ความแข็งของรอยขีดข่วนเป็นความแข็งประเภทหนึ่งที่วัดได้เมื่อพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบถูกขีดข่วนด้วยสไตลัสซึ่งลากไปตามพื้นผิวภายใต้ภาระการทดสอบแบบตายตัว

วิธีความแข็งของรอยขีดข่วนกำหนดความต้านทานของวัสดุต่อการไถด้วยสไตลัสแบบแข็ง วัดความแข็งของวัสดุและความสามารถในการต้านทานรอยขีดข่วนและรอยถลอก โดยทั่วไป เครื่องทดสอบความแข็งของรอยขีดข่วนประกอบด้วยปากกาสไตลัส แท่นเก็บตัวอย่างแบบพกพา อุปกรณ์ที่ใช้โหลด และการประมวลผลข้อมูลและหน่วยแสดงผล

[ux_featured_products products=”” คอลัมน์=”4″ ]

การทดสอบความแข็งของรอยขีดข่วนครั้งแรกดำเนินการโดยฟรีดริช โมห์สในปี พ.ศ. 2363 ซึ่งเป็นผู้พัฒนามาตราส่วนโมห์ การทดสอบความแข็งของรอยขีดข่วนจะวัดความต้านทานของชิ้นงานทดสอบต่อการแตกหักหรือการเสียรูปถาวรอันเนื่องมาจากแรงเสียดทานที่เกิดจากสไตลัสตามพื้นผิว

การทดสอบนี้ใช้วัสดุที่แข็งกว่าในการขีดข่วนพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบ ซึ่งทำจากวัสดุที่ค่อนข้างอ่อนกว่า เมื่อคุณต้องการทดสอบสารเคลือบ ความแข็งของรอยขีดข่วนหมายถึงแรงที่จำเป็นในการตัดผ่านฟิล์มไปยังพื้นผิว มาตราส่วน Mohs ใช้สำหรับวัดความต้านทานการขีดข่วนของวัสดุพร้อมกับอุปกรณ์วัดที่เรียกว่า sclerometer

ความแข็งเยื้อง

ความแข็งเยื้องหมายถึงความแข็งของวัสดุซึ่งถูกกำหนดโดยการเยื้องบนพื้นผิวโดยใช้หัวกดที่เหมาะสมภายใต้ภาระทดสอบ

มีหลายวิธีในการทดสอบการเยื้องซึ่งวัดความลึกของการเยื้องที่ทำบนพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบเพื่อวัดความแข็ง การทดสอบความแข็งการเยื้องสามารถแบ่งย่อยได้อีกเป็นสองประเภท - การทดสอบการเยื้องมาโครและการทดสอบการเยื้องไมโคร การทดสอบการเยื้องมาโครใช้ประโยชน์จากการทดสอบขนาดใหญ่ที่เกิน 1Kgf และอาจสูงถึง 3000Kgf ในบางกรณีเครื่องทดสอบความแข็งของเครื่องทดสอบความแข็งแบบดิจิตอลป้อมปืนอัตโนมัติแบบ Low Load Vickers

วิธีการทดสอบการเยื้องมาโครที่โดดเด่น ได้แก่ วิธีการทดสอบความแข็ง Rockwell วิธี Brinell การทดสอบ Vickers วิธีการทดสอบความแข็งแบบ Knoop เป็นต้น ในทางกลับกันการทดสอบการเยื้องขนาดเล็กใช้สำหรับวัดความแข็งของโลหะอ่อนบางและเล็ก ตัวอย่าง ฯลฯ

โหลดทดสอบที่ใช้สำหรับการทดสอบความแข็งแบบ micro-indentation นั้นต่ำกว่ามากและสามารถอยู่ในช่วงระหว่าง 1 ถึง 1000gf การทดสอบการเยื้องขนาดเล็กสามารถใช้สำหรับการวัดการเปลี่ยนแปลงความแข็งในระดับจุลภาค วิธี Vickers และวิธีการทดสอบความแข็งแบบ Knoop เป็นสองวิธีการทดสอบความแข็งแบบ micro-indentation ที่ได้รับความนิยม

การทดสอบความแข็งการเยื้องอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดได้ แหล่งที่มาหลักของข้อผิดพลาดขณะวัดความแข็ง ได้แก่ เทคนิคที่ไม่ดี การสอบเทียบอุปกรณ์ทดสอบที่ไม่เหมาะสม การตกแต่งผิวชิ้นงานทดสอบอย่างไม่เหมาะสม ฯลฯ พื้นผิวทดสอบต้องปราศจากสิ่งสกปรก ออกซิเดชัน หรือการหล่อลื่น เพื่อให้ได้ค่าประมาณความแข็งที่เชื่อถือได้ หัวกดควรตั้งฉากกับพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบ เนื่องจากการเอียงใดๆ จะส่งผลให้การวัดความแข็งผิดพลาด

ความแข็งเด้ง

ความแข็งสะท้อนกลับ ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าความแข็งแบบไดนามิก วัดความแข็งของวัสดุโดยกำหนดความสูงที่ค้อนปลายเพชรจะกระดอนเมื่อตกจากที่สูงไปยังชิ้นงานทดสอบ ความแข็งประเภทนี้สัมพันธ์กับความยืดหยุ่น

โดยทั่วไปจะวัดความแข็งของการสะท้อนกลับโดยใช้การทดสอบความแข็งการสะท้อนกลับของ Leeb วิธีนี้ได้รับการพัฒนาในปี 1975 โดย Leeb และ Brandestini โดยใช้เครื่องทดสอบความแข็งแบบพกพา เครื่องทดสอบนี้ให้ทางเลือกใหม่แก่อุปกรณ์ทดสอบความแข็งแบบดั้งเดิมที่มักจะซับซ้อนและซับซ้อนป้อมปืนอัตโนมัติโปรแกรมดิจิตอลจอแสดงผล Vickers Hardness Tester

วิธีการทดสอบความแข็งสะท้อนกลับของ Leeb เป็นไปตามขั้นตอนมาตรฐาน ความเร็วของวัตถุอยู่ในช่วงระหว่าง 1.4 m/s ถึง 3 m/s ภายใต้วิธีนี้จะวัดความเร็วของวัตถุก่อนและหลังการกระแทกเพื่อกำหนดความแข็งของชิ้นงานทดสอบ

อัตราส่วนของความเร็วกระแทกต่อความเร็วสะท้อนกลับทำให้ความแข็ง Leeb แบบไดนามิกของชิ้นงานทดสอบ วัตถุที่ใช้ในการสร้างผลกระทบกับชิ้นงานทดสอบอาจเป็นโคบอลต์ทังสเตนคาร์ไบด์ เซรามิกหรือเพชร หรือหัวกดรูปลูกบอลที่มีรัศมีต่างกัน

ความแข็งตัวอย่างที่กำหนดโดยวิธีนี้จะแสดงเป็น (ตัวอย่าง) 750 HL D โดยที่ 750 หมายถึงค่าความแข็ง HL หมายถึง “ความแข็งตาม Leeb” และ D หมายถึงวิธี Leeb ที่มีตัวกระทบทรงกลมของทังสเตนคาร์ไบด์-โคบอลต์ที่มีรัศมีของ 1.5 มม. และน้ำหนัก 4.5 กรัม

การเลือกวิธีทดสอบความแข็งที่ดีที่สุด

ความแข็งของวัสดุขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ เช่น ความสม่ำเสมอของวัสดุ ประเภทของวัสดุ ขนาด และสภาพของวัสดุ

มีวิธีการทดสอบความแข็งหลายประเภท ซึ่งต้องเลือกอย่างระมัดระวังเพื่อให้ได้การวัดความแข็งที่แม่นยำและเชื่อถือได้มากที่สุด

เครื่องทดสอบความแข็งของคอมพิวเตอร์ (กึ่งอัตโนมัติ) สำหรับตารางผู้ให้บริการโปรแกรม

เครื่องทดสอบความแข็งของคอมพิวเตอร์ (กึ่งอัตโนมัติ) สำหรับตารางผู้ให้บริการโปรแกรม

ปัจจัยที่ต้องพิจารณาก่อนเลือกวิธีการทดสอบความแข็งในอุดมคติ ได้แก่- ประเภทของวัสดุที่จะทดสอบ ความแข็งของวัสดุที่จะทดสอบ ความสม่ำเสมอของวัสดุ ขนาดของชิ้นงานทดสอบ หากจำเป็นต้องติดตั้งสำหรับการทดสอบความแข็ง ความหนาของชิ้นงานทดสอบ ฯลฯ

การทดสอบความแข็ง Rockwell

การทดสอบความแข็งแบบ Rockwell เป็นวิธีการที่ใช้บ่อยและรวดเร็วที่สุดในการทดสอบความแข็ง เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทดสอบความแข็งของตัวอย่างขนาดใหญ่

สามารถใช้ได้ทั้งในสายการผลิตหรือในห้องปฏิบัติการเพื่อทดสอบความแข็ง ใช้ลูกเหล็กหรือหัวกดรูปกรวยปลายเพชรสำหรับวัดความแข็งขึ้นอยู่กับความแข็งของวัสดุที่จะทำการทดสอบ

ในการเริ่มต้นการทดสอบ Rockwell จะมีการโหลดน้ำหนักเล็กน้อยโดยทั่วไปที่ 10Kgf บนหัวกด จากนั้นหัวกดจะเคลื่อนที่ภายใต้แรงทดสอบไปยังพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบ ในขณะที่หัวกดยังอยู่ภายใต้อิทธิพลของโหลดทดสอบเล็กน้อย โหลดทดสอบหลักเพิ่มเติมก็ถูกนำไปใช้กับมันด้วย เพื่อให้แน่ใจว่ามีการเยื้องที่ดีขึ้นบนพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบซึ่งมีความชัดเจนและสามารถวัดได้

วิธีการทดสอบความแข็งของ Rockwell เป็นที่นิยม เนื่องจากไม่ได้รับผลกระทบจากอคติของผู้ปฏิบัติงานหรือความขรุขระของพื้นผิวที่กำลังทดสอบความแข็ง

ไม่ใช้อุปกรณ์ออปติคัลที่มีความซับซ้อนหรือมีราคาแพงใดๆ ในการวัดความแข็งของชิ้นงานทดสอบ ซึ่งทำให้เป็นวิธีทดสอบความแข็งที่คุ้มทุน เป็นวิธีการทดสอบความแข็งแบบไม่ทำลาย ซึ่งหมายความว่าตัวอย่างที่ทดสอบจะไม่ถูกทำลาย และสามารถนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์อื่นได้หลังจากขั้นตอนการทดสอบเสร็จสิ้นเครื่องทดสอบความแข็ง Rockwell (แบบคลาสสิค)

วิธีนี้มีข้อเสียเช่นกันเนื่องจากไม่แม่นยำมากเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการทดสอบความแข็งแบบอื่น ความเบี่ยงเบนเล็กน้อยในการวัดความลึกของการเยื้องอาจทำให้การอ่านค่าความแข็งลดลงอย่างมาก

หากหัวกดในวิธีนี้ชำรุด แสดงว่าสามารถให้การวัดความแข็งที่ผิดพลาดซึ่งไม่น่าเชื่อถือ

ค่าความแข็งแบบร็อกเวลล์คำนวณโดยใช้แผนภูมิการแปลง มีเครื่องชั่ง Rockwell เกือบ 30 เครื่อง แต่วัสดุส่วนใหญ่ครอบคลุมโดยเครื่องชั่ง Rockwell C และ B ค่าความแข็งในการทดสอบ Rockwell จะแสดงเป็น (ตัวอย่าง) 70 HRB โดยที่ 60 คือการอ่านค่าความแข็งในระดับ B

 

การทดสอบความแข็งบริเนล

การทดสอบความแข็ง Brinell เป็นหนึ่งในวิธีการทดสอบความแข็งของวัสดุที่เก่าแก่และใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด วิธีนี้ได้รับการพัฒนาโดย JA Brinell ในปี 1900 เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวัดความแข็งของชิ้นงานทดสอบที่หยาบเกินไปหรือแนวที่จะวัดด้วยวิธีอื่น

วิธี Brinell เกี่ยวข้องกับการใช้โหลดทดสอบที่สูงขึ้นซึ่งสามารถสูงถึง 3000Kgf และหัวกดลูกกลิ้งโดยทั่วไปมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มม.เครื่องทดสอบความแข็ง Rockwell พื้นผิวไฟฟ้า

สำหรับการวัดความแข็งของโลหะและโลหะผสมที่นิ่มกว่านั้น ยังใช้โหลดทดสอบที่มีขนาดเล็กกว่าถึง 500Kgf โหลดทดสอบที่กำหนดไว้ล่วงหน้าจะถูกนำไปใช้กับหัวกดทรงกลมซึ่งยึดกับพื้นผิวชิ้นงานทดสอบโดยทั่วไปเป็นเวลา 10-15 วินาทีแล้วจึงเคลื่อนที่

จากนั้นจึงวัดและศึกษาความลึกของการเยื้องโดยหัวกดบนพื้นผิวชิ้นงานทดสอบโดยใช้อุปกรณ์ออปติคัลขั้นสูงซึ่งรับรองความถูกต้องและความน่าเชื่อถือที่ดีขึ้น

จากนั้น แผนภูมิการแปลง Brinell จะใช้ในการแปลงเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยของการเยื้องที่ทำขึ้นเป็นค่าความแข็งของ Brinell ที่สอดคล้องกัน การใช้แผนภูมิการแปลงค่าความแข็ง Brinell สามารถแปลงเป็นค่าความต้านทานแรงดึงที่สอดคล้องกันได้

วิธีการทดสอบความแข็งของ Brinell ก็มีข้อเสียอยู่เล็กน้อยเช่นกัน ผู้ปฏิบัติงานสามารถทำผิดพลาดในการวัดความลึกของการเยื้องบนพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบ ซึ่งอาจส่งผลต่อการวัดความแข็งอย่างมาก

เนื่องจากวิธีการนี้เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ออปติคัลขั้นสูงและซับซ้อนในการวัดความแข็งของชิ้นงานทดสอบ จึงมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีของ Rockwell นอกจากนี้ยังต้องใช้เวลามากขึ้นในการทดสอบความแข็ง เนื่องจากต้องเตรียมพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบก่อนทำการทดสอบ

วิธี Brinell จะทำงานไม่ถูกต้องเช่นกันหากพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบบางเกินไป เช่น น้อยกว่า 9.6 มม.

การอ่านค่าความแข็งโดยใช้วิธี Brinell จะแสดงเป็น 600 HBW โดยที่ 600 หมายถึงค่าความแข็ง และ HBW หมายถึง "ความแข็งของ Brinell" ด้วยหัวกดทังสเตน หากใช้หัวกดลูกเหล็ก การอ่านจะแสดงเป็น 600 HBS โดยที่ HBS หมายถึง "ความแข็งบริเนล" ด้วยหัวกดลูกเหล็ก

การทดสอบความแข็งของวิคเกอร์

การทดสอบ Vickers ใช้หลักการเดียวกับวิธี Brinell โดยมีข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือประเภทของหัวกดที่ใช้

ประเภทของหัวกดจะต้องเปลี่ยนตามวิธี Brinell ขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุที่กำลังทดสอบ อย่างไรก็ตาม ใช้หัวกดเพชรแบบเดียวกันในวิธี Vickers เพื่อวัดความแข็งของชิ้นงานทดสอบทุกประเภทเครื่องทดสอบความแข็งของเครื่องทดสอบความแข็งแบบดิจิตอลป้อมปืนอัตโนมัติแบบ Low Load Vickers

หัวกดที่ใช้ในวิธีนี้อยู่ในรูปปิรามิดด้านขวา โหลดทดสอบถูกนำไปใช้กับหัวกดซึ่งกดตัวเองกับพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบ ซึ่งจะทำให้เกิดการเยื้อง

ความยาวแนวทแยงของเครื่องหมายเยื้องเหล่านี้วัดโดยใช้ระบบออปติคัล ส่งผลให้อ่านค่าความแข็งได้อย่างแม่นยำสูง เวลาพัก- เวลาที่ใช้แรงทดสอบผ่านหัวกดบนพื้นผิวชิ้นงานทดสอบ- โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 10-15 วินาทีในวิธีนี้

การทดสอบ Vickers โดยใช้การทดสอบแบบไมโครซึ่งน้อยกว่ามากเมื่อเทียบกับวิธี Brinell เป็นวิธีการทดสอบความแข็งระดับไมโครซึ่งเหมาะที่สุดสำหรับการวัดความแข็งของวัสดุที่บางหรือเล็กเกินไปสำหรับการทดสอบความแข็งระดับมหภาค

วิธีนี้เหมาะที่สุดสำหรับการวัดความแข็งของโลหะแผ่นบาง ชิ้นงานขนาดเล็ก ฯลฯ การทดสอบ Vickers เป็นวิธีที่ไม่ทำลายซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าสามารถใช้ชิ้นงานทดสอบได้หลังจากการทดสอบเสร็จสิ้น วิธีการของ Vickers มีข้อจำกัดบางประการ

พื้นผิวของชิ้นงานทดสอบต้องปราศจากข้อบกพร่องใดๆ ดังนั้นจึงต้องใช้เวลาในการเตรียมพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบก่อนทำการทดสอบ การทดสอบนี้ใช้เวลาอย่างน้อย 30-60 วินาที และเวลานี้ไม่รวมเวลาที่ใช้ในการเตรียมพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบ

ไม่แนะนำให้ใช้การทดสอบ Vickers สำหรับการผลิตจำนวนมากในสายการประกอบ และเหมาะสำหรับการทดสอบในห้องปฏิบัติการมากกว่า การวัดความแข็งในการทดสอบ Vickers จะแสดงเป็น 700 HV/10 โดยที่ 700 คือค่าความแข็งของ Vickers ซึ่งได้มาโดยใช้แรงทดสอบ 10Kgf

การทดสอบความแข็ง Knoop

วิธีการทดสอบความแข็งแบบ Knoop เป็นทางเลือกแทนวิธี Vickers เป็นวิธีการวัดความแข็งระดับไมโครซึ่งเหมาะสำหรับการตรวจวัดความแข็งของวัสดุที่เปราะบางและเปราะ เช่น เซรามิก นอกจากนี้ยังมีประโยชน์สำหรับการทดสอบความแข็งของพื้นที่เล็กๆ ที่ยืดออก เช่น สารเคลือบ

[คอลัมน์ ux_latest_products=”4″ ]

วิธี Knoop ยังใช้เพชรเสี้ยมเป็นหัวกด แต่หัวกดจะยาวขึ้นแทนที่จะเป็นปิรามิดที่ถูกต้องเหมือนในวิธี Vickers เนื่องจากวิธีนี้ใช้สำหรับการทดสอบความแข็งของวัสดุที่เปราะบาง จึงใช้โหลดขนาดเล็กสูงสุดถึง 1Kgf

หัวกดที่ใช้ในวิธีนี้จะเจาะพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบได้ลึกเพียงครึ่งเดียวของวิธีการ Vickers ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับการทดสอบความแข็งของชิ้นงานทดสอบที่เปราะ

เนื่องจากรูปร่างของหัวกด วิธี Knoop จึงเหมาะกว่าสำหรับการวัดชิ้นงานทดสอบที่ยืดยาวกว่า เช่น การเคลือบ สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือควรเตรียมพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบอย่างเหมาะสมก่อนทำการทดสอบ Knoop เพื่อให้แน่ใจว่าการวัดความแข็งที่แม่นยำและเชื่อถือได้

 

thไทย