ความแข็งเป็นการวัดความสามารถของวัสดุโลหะในการต้านทานการกดหรือการกัดกร่อนจากแรงภายนอก และเป็นหนึ่งในตัวบ่งชี้คุณสมบัติเชิงกลของวัสดุโลหะที่สำคัญที่สุด การทดสอบความแข็งเป็นวิธีทดสอบที่รวดเร็ว ประหยัด และง่ายที่สุดวิธีหนึ่งในการประเมินคุณสมบัติเชิงกลของโลหะ การทดสอบความแข็งสามารถสะท้อนถึงความแตกต่างในคุณสมบัติของวัสดุโลหะในองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน โครงสร้างองค์กร และสภาวะของกระบวนการอบชุบด้วยความร้อน จึงใช้กันอย่างแพร่หลายในการตรวจสอบคุณสมบัติของโลหะ การควบคุมดูแลคุณภาพของกระบวนการอบชุบด้วยความร้อน และการพัฒนาวัสดุใหม่
ความแข็งบริเนล
ทำได้โดยการกดลูกเหล็กชุบแข็งหรือลูกเหล็กคาร์ไบด์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง D ลงบนพื้นผิวของวัสดุโลหะที่จะวัดด้วยแรง P ที่มีขนาดหนึ่ง แล้วถือไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง จากนั้นจึงเอาแรงออก อัตราส่วนของแรง P ต่อพื้นที่ผิวของรอยบุ๋ม F คือค่าความแข็ง Brinell ซึ่งแสดงเป็น HB โดยทั่วไปค่าความแข็ง Brinell จะแสดงเป็นกิโลกรัมของแรง/มม.² (N/มม.²) แต่ในทางปฏิบัติ ค่าความแข็ง Brinell มักใช้เป็น HBW หรือ HBS
วิธีการวัด 1 วิธี
เงื่อนไขการทดสอบ: จำเป็นต้องกำหนดน้ำหนักทดสอบและเส้นผ่านศูนย์กลางของลูกเหล็กทดสอบตามประสิทธิภาพจริงของวัสดุ น้ำหนักทดสอบทั่วไปและเส้นผ่านศูนย์กลางลูกเหล็กมีมาตรฐานคงที่เพื่อปรับให้เข้ากับการทดสอบความแข็งของวัสดุต่างๆ
ขั้นตอนการวัด: ขั้นแรกให้วางวัสดุที่ต้องการทดสอบบนเครื่องทดสอบความแข็ง จากนั้นจึงทำการทดสอบรอยบุ๋มด้วยน้ำหนักที่เลือกและลูกเหล็ก หลังจากค้างไว้เป็นเวลาหนึ่งช่วง ให้เอาน้ำหนักออก แล้ววัดเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยบุ๋ม
การคำนวณความแข็ง: ค่าความแข็ง Brinell สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรหรือดูจากตาราง โดยอิงจากเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยบุ๋ม
2. การสมัคร
เครื่องทดสอบความแข็ง Brinell ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการกำหนดความแข็งของเหล็กหล่อ เหล็กกล้า โลหะที่ไม่มีธาตุเหล็ก และโลหะผสมอ่อน และวัสดุอื่นๆ
มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในโลหะวิทยา การตีเหล็ก พลังงานไฟฟ้า เครื่องจักรปิโตรเลียม ยานพาหนะราง รถยนต์ อุปกรณ์ทางทหาร ห้องปฏิบัติการ วิทยาลัยและมหาวิทยาลัย และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์
3 วิธีการแสดงออก
สัญลักษณ์ความแข็ง Brinell พร้อม HBS หรือ HBW โดย HBS แสดงว่าหัวเจาะเป็นลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็ง ใช้สำหรับกำหนดค่าความแข็ง Brinell ที่ 450 ต่ำกว่าวัสดุ HBW แสดงว่าหัวเจาะเป็นคาร์ไบด์ซีเมนต์ ใช้สำหรับกำหนดค่าความแข็ง Brinell ที่ 650 ต่ำกว่าวัสดุ
นิพจน์: ตัวเลขก่อน HBS หรือ HBW คือค่าความแข็ง ตามด้วยตัวเลขเพื่อระบุเงื่อนไขการทดสอบ ได้แก่ เส้นผ่านศูนย์กลางของลูกบอลของหัวเจาะ แรงทดสอบ และระยะเวลาการยึดแรงทดสอบ (10~15 วินาที ไม่ได้ระบุ) ตัวอย่างเช่น 170HBS10/1000/30 ระบุว่าค่าความแข็ง Brinell 170 วัดด้วยลูกบอลเหล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มม. ยึดไว้ 30 วินาทีภายใต้แรงทดสอบ 9807 นิวตัน (1,000 กก.)
ความแข็งวิกเกอร์ส
ความแข็งแบบวิกเกอร์สแสดงด้วยสัญลักษณ์ HV เป็นค่าความแข็งของอังกฤษที่เสนอโดยสมิธ (Robert L. Smith) และเซดแลนด์ (George E. Sandland) ในปี 1921 ในบริษัทวิกเกอร์ส (Vickers Ltd) โดยใช้มุมพื้นผิวสัมพันธ์ 136 องศาระหว่างหัวเจาะรูปกรวยปริซึมเพชรบวก โดยให้แรงกด F ลงบนพื้นผิวของตัวอย่างทดสอบ โดยให้คงระยะเวลาหนึ่งหลังจากขนถ่ายออก วัดความยาวแนวทแยงของรอยกด d แล้วคำนวณพื้นที่ผิวของรอยกด และสุดท้ายคือค่าความแข็งของรอยกดเฉลี่ยบนพื้นผิวของโลหะตามค่าวิกเกอร์ส
1 วิธีการวัด
ในการวัดจริงไม่จำเป็นต้องดำเนินการคำนวณที่ซับซ้อน แต่ให้ตรวจสอบตารางโดยตรงตามความยาวทแยงที่วัดได้ของค่าความแข็งที่วัดได้
เครื่องทดสอบความแข็ง Vickers ที่ใช้กันทั่วไปมีช่วงโหลดอยู่ที่ 49.03 ~ 980.7N เหมาะสำหรับชิ้นงานขนาดใหญ่และการกำหนดความแข็งของชั้นผิวที่ลึกกว่า
สำหรับการกำหนดความแข็งของชิ้นงานที่บางกว่า ผิวเครื่องมือ หรือชั้นชุบ คุณสามารถใช้ความแข็งวิกเกอร์สที่มีภาระทดสอบต่ำที่ 1.961 ~ 49.03N
ความแข็งระดับไมโครวิกเกอร์สเหมาะสำหรับการวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์
2 การเป็นตัวแทน
ค่าความแข็งวิกเกอร์สของรูปแบบมาตรฐานสำหรับการรายงาน xHVy โดยที่ x แทนค่าความแข็งวิกเกอร์ส y แทนค่าการวัดค่าแรงที่ใช้ (หน่วย: กก. แรง) เช่น ค่าความแข็ง 185HV5 คือ 185 การวัดค่าแรงที่ใช้สำหรับแรง 5 กก.
3 ขอบเขตการใช้งาน
เครื่องทดสอบความแข็ง Vickers มีการใช้งานที่หลากหลาย สามารถวัดวัสดุโลหะเกือบทั้งหมดที่ใช้ในอุตสาหกรรม ตั้งแต่วัสดุที่อ่อนมากไปจนถึงวัสดุที่แข็งมาก นอกจากนี้ยังสามารถใช้ทดสอบความแข็งของวัสดุเซรามิก พลาสติกและยาง วัสดุกระดาษแข็ง และอื่นๆ ได้อีกด้วย
4. ตัวอย่างความต้องการ
พื้นผิวของตัวอย่างควรเรียบและแบน ไม่มีผิวออกไซด์ เศษซาก หรือน้ำมัน
โดยทั่วไป พารามิเตอร์ความหยาบผิวของชิ้นงานความแข็งวิกเกอร์ส Ra ไม่เกิน {{0}}.40μm ชิ้นงานความแข็งวิกเกอร์สเมื่อรับน้ำหนักน้อย ไม่เกิน 0.20μm ชิ้นงานความแข็งวิกเกอร์สระดับไมโคร ไม่เกิน 0.10μm
ความแข็งร็อคเวลล์
ความแข็งร็อกเวลล์เป็นดัชนีที่ใช้ระบุค่าความแข็งโดยวัดความลึกของรอยบุ๋มที่เกิดจากการเปลี่ยนรูปพลาสติก โดยใช้เงื่อนไขที่กำหนดของหัวเจาะ (กรวยเพชร ลูกเหล็ก หรือลูกทังสเตนคาร์ไบด์) ที่กดลงบนพื้นผิวของชิ้นงานในสองขั้นตอน และวัดความลึกของรอยบุ๋มที่เหลือ h เพื่อแสดงถึงความแข็ง
1 วิธีการวัดแบบหัววัดและแรงทดสอบ
การทดสอบความแข็งแบบ Rockwell โดยใช้หัวเจาะ 3 ชนิด (กรวยรูปเพชรและลูกเหล็กขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 ขนาด) และแรงทดสอบ 3 ชนิด (60 กก., 100 กก., 150 กก.) การรวมกันเหล่านี้สอดคล้องกับความแข็งแบบ Rockwell ของ 9 ระดับ ได้แก่ HRA, HRB, HRC, HRD, HRE, HRF, HRG, HRH, HRK การทดสอบความแข็งแบบ Rockwell บนพื้นผิวใช้หัวเจาะ 2 อันและแรงทดสอบที่เล็กกว่า 3 อัน (15 กก., 30 กก., 45 กก.) ซึ่งสอดคล้องกับ 6 ระดับ
2 การคำนวณค่าความแข็ง
ค่าความแข็ง Rockwell คำนวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้: ค่าคงที่ N (สำหรับมาตราส่วนต่างๆ N ใช้ 100 หรือ 130); h คือ ความลึกรอยบุ๋มที่เหลือ เป็นมิลลิเมตร; ค่าคงที่ S (สำหรับความแข็ง Rockwell คือ S=0.002 มม. สำหรับความแข็ง Rockwell พื้นผิว คือ S=0.001 มม.)
3 ลักษณะเด่น
ข้อดี: การทดสอบความแข็งแบบ Rockwell นั้นง่ายและรวดเร็ว รอยบุ๋มมีขนาดเล็ก การกำหนดช่วงกว้าง สามารถนำไปใช้กับวัสดุโลหะส่วนใหญ่ได้
ข้อเสีย: ความเป็นตัวแทนไม่ดี ความสามารถในการทำซ้ำข้อมูลไม่ดี ไม่สามารถใช้ได้กับการจัดระเบียบวัสดุที่ไม่เรียบหรือวัสดุบางและชั้นชุบแข็งพื้นผิว
4. การประยุกต์ใช้งาน
การทดสอบความแข็งร็อกเวลล์มักใช้กับวัสดุที่มีความแข็งสูง เช่น เหล็กชุบแข็ง เหล็กหล่อ เป็นต้น
มาตราส่วนสามประเภทที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ HRA, HRB และ HRC ซึ่งเหมาะกับวัสดุที่มีความแข็งต่างกัน
การเลือกใช้ระดับความแข็ง
HRA: ใช้สำหรับวัสดุที่มีความแข็งสูง เช่น แผ่นเหล็ก คาร์ไบด์ซีเมนต์ รับน้ำหนัก 60 กก. และหัวเจาะทรงกรวยเพชร
HRB: ใช้สำหรับวัสดุที่มีความแข็งต่ำ เช่น เหล็กกล้าอ่อน โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก เหล็กอบอ่อน ฯลฯ โดยรับน้ำหนักได้ 100 กก. และลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็งเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.5875 มม.
HRC: สำหรับวัสดุที่มีความแข็งสูง เช่น เหล็กชุบแข็ง เหล็กหล่อ ฯลฯ ที่ใช้แรงกด 150 กก. และหัวเจาะทรงกรวยเพชร
การทดสอบความแข็งร็อกเวลล์สามารถให้ค่าความแข็งที่แม่นยำได้ โดยการเลือกการผสมผสานระหว่างแรงกดและแรงทดสอบที่เหมาะสม ซึ่งถือเป็นพื้นฐานที่สำคัญสำหรับการเลือกวัสดุและการควบคุมคุณภาพ
