การทดสอบความแข็งของเหล็ก
ทฤษฎี
ความแข็ง
ถือว่าเป็นสมบัติพื้นฐานทางวิศวกรรมอย่างหนึ่งของวัสดุ
ที่เราสามารถนำมาประกอบการเลือกใช้งานทางวิศวกรรมได้อย่างเหมาะสม เช่น ใช้ในการพัฒนาและเลือกใช้วัสดุที่เหมาะสมในการผลิตแม่พิมพ์โลหะ
หรือในกรณีของทางเลือกใช้ใบมีด (Cutting
tools) สำหรับตัดโลหะและวัสดุชนิดต่าง ๆ
หรืออาจเป็นการทำงานที่ได้รับการเสียดสีมากๆ เช่น เฟืองเกียร์ เป็นต้น
วัสดุเหล่านี้จึงจำเป็นต้องมีสมบัติความแข็งสูงเป็นพิเศษ
ความหมายของคำว่า ความแข็ง นั้นสามารถนิยามได้หลากหลายรูปแบบ
ขึ้นอยู่กับว่าเราใช้วิธีการใดในการตรวจสอบค่าความแข็ง
การทดสอบความแข็งของวัสดุโดยทั่วไปนั้นสามารถเลือกใช้ได้หลายวิธี
ซึ่งก็ขึ้นอยู่กับระดับความแข็งของวัสดุนั้น ๆ เช่น การวัดความแข็งของแร่ชนิดต่าง ๆ
นิยมใช้วิธีที่เรียกว่า Scratch Hardness
test โดยแบ่งเป็น Moh’s Scale เริ่มต้นตั้งแต่
1-10 วิธีทดสอบนี้สามารถวัดระดับความแข็งได้อย่างกว้างๆ
ตั้งแต่ Talcum ซึ่งมีค่า Moh’s Scale เท่ากับ
1 จนถึงเพชรซึ่งมีระดับความแข็งสูงที่สุดวัดค่าได้เท่ากับ 10
หลักการที่ใช้ในการเปรียบเทียบค่า คือ
เมื่อขีดวัสดุที่แข็งลงบนวัสดุที่อ่อนกว่าก็จะทำให้เกิดรอยลึกบากลงบนวัสดุที่อ่อนกว่านั้น
เป็นต้น ส่วนในกรณีของวัสดุประเภทโลหะนั้นจะมีค่าความแข็งตาม Moh’s Scale ประมาณ 4-8
ซึ่งค่าดังกล่าวนี้ไม่ละเอียดพอที่จะสามารถแสดงความแตกต่างในการใช้งานเชิงวิศวกรรมได้
ดังนั้นการวัดความแข็งของวัสดุกลุ่มโลหะจึงนิยมวัดโดยวิธีการใช้หัวกด (Indenter)
กดลงบนผิวโลหะซึ่งมีผลทำให้เกิดรอยกดลึกลงบนบริเวณที่กดนั้นเนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงแบบถาวร
(Plastic deformation) เกิดขึ้น
ถ้าเรากำหนดให้แรงที่ใช้กดลงบนผิวโลหะมีค่าเท่ากันแล้ว
วัสดุที่เกิดรอยกดยิ่งลึกหรือกว้างมากเท่าไรก็ยิ่งมีความต้านทานต่อแรงกดน้อยเท่านั้น
หมายความว่าวัสดุชนิดนี้มีค่าความแข็งที่น้อยกว่าวัสดุที่เกิดรอยกดตื้น ๆ
วัตถุประสงค์ (Objectives)
1.เพื่อศึกษาหลักการทดสอบความแข็งของโลหะเมื่อได้รับแรงกดจากหัวกดที่มีมาตรฐานต่าง
ๆ กัน เช่น Rockwell, Brinell และ Vickers เป็นต้น
2.เพื่อเปรียบเทียบความแข็งของโลหะต่างชนิดกัน เช่น เหล็กกล้า อะลูมินียม
ทองเหลืองหรือชิ้นงานโลหะเชื่อมและสามารถบอกปัจจัยที่มีผลต่อค่าความแข็งของโหละได้
3.สามารถบอกความแตกต่างของการทดสอบความแข็งในลักษณะมหาภาคและจุลภาค (Macro and micro hardness testing)
และสามารถเลือกการใช้งานได้อย่างถูกต้อง
และสามารถเลือกการใช้งานได้อย่างถูกต้อง
4.สามารถวิเคราะห์ค่าความแข็งที่วัดได้
และสามารถนำผลที่ได้มาประกอบการเลือกใช้วัสดุสำหรับ ประเภทงานต่าง ๆ
ทางวิศวกรรมได้อย่างเหมาะสม
การวัดค่าความแข็งแบบใช้หัวกด Indenter นี้ยังสามารถแบ่งออกได้เป็น Brinell,
Rockwell, Vickers และ Knoop ตามลักษณะของหัวกดที่ใช้
เราสามารถเลือกใช้การทดสอบตามมาตรฐานสากลตัวอย่างเช่น ตามมาตรฐานของ American
Society Testing and Materials (ASTM) เราสามารถเลือกใช้ ASTM
E10-07a (Standard test method for Brinell hardness of metallic materials) สำหรับการทดสอบความแข็งแบบบริเนล หรือ ASTM E18-08 (Standard test method
for Rockwell hardness of metallic materials) สำหรับการทดสอบความแข็งแบบรอคเวล
หรือ ASTM E92-41 (Standard test method for Vickers hardness of metallic
materials) สำหรับการทดสอบความแข็งแบบวิคเกอร์ส
ตามความเหมาะสมของลักษณะชิ้นงานและวัสดุที่นำมาทดสอบ
และลักษณะข้อมูลของค่าความแข็งที่ต้องการทราบเพื่อนำมาทำการวิเคราะห์ ซึ่งเราจะกล่าวถึงหลักการและวิธีการทดสอบค่าความแข็งของวัสดุดังต่อไปนี้คือ
3.1 การทดสอบความแข็งแบบบริเนล (Brinell Hardness Test)
การทดสอบความแข็งโดยใช้หัวกดเป็นลักษณะหัวบอล (Ball
indenter) ทำจากเหล็กกล้าและมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มิลลิเมตรนี้ได้ถูกเสนอขึ้นโดย J.A. Brinell ในปี
ค.ศ. 1900 โดยมีวิธีการทดสอบ คือ การใช้หัวกด Ball กดลงบนชิ้นงานจนทำให้เกิดรอยกด (Impression) เป็นลักษณะคล้ายครึ่งทรงกลม
ดังแสดงในรูปที่ 1 เนื่องจากวิธีการทดสอบนี้จะทำการแปรผลค่าความแข็งจากขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยกด
ดังนั้นรอยกดที่เกิดขึ้นไม่ควรแสดงลักษณะที่บิดเบี้ยวหรือลึกเกินไปจนอาจมีผลทำให้วัดค่าความแข็งผิดพลาดได้
เนื่องจากโลหะแต่ละชนิดนั้นมีระดับความแข็งที่แตกต่างกัน
และเพื่อเป็นการป้องกันรอยกดที่ลึกจนเกินไป
ค่ามาตรฐานของน้ำหนักที่ใช้กดลงผิวโลหะนี้ขึ้นอยู่กับระดับความแข็งของโลหะที่นำมาทดสอบ
โดยมีหลักการคำนวณดังแสดงในตารางที่ 3.1 โลหะที่มีความแข็งมาก เช่น
เหล็กกล้าจะใช้น้ำหนักกด 3,000 กิโลกรัม
สำหรับโลหะที่มีความแข็งรองลงไป เช่น ทองเหลือง หรือ อะลูมิเนียม
จะใช้ค่าน้ำหนักกดลดลงมาคือ 2,000 และ 1,000 หรือ 500 กิโลกรัมตามลำดับ
หากในกรณีที่ชิ้นงานมีค่าความแข็งที่สูงมากๆ เราจะใช้หัว Ball ที่ทำจาก Tungsten carbide เพื่อลดการบิดเบี้ยวของหัวกด
รูปที่ 3.1 a) รอยกด (Impression) จากหัว Ball และ b) การวัดค่าเฉลี่ยเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยกด c)
รอยกดที่เกิดขึ้นบนชิ้นงานทดสอบความแข็งแบบ Brinell
ในการวัดค่าความแข็งหัว
Ball จะถูกกดลงบนผิวชิ้นงานเป็นเวลาประมาณ 30 วินาที
หลังจากนำน้ำหนักกดออกแล้วจะทำการวัดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยกด Impression
จำนวน 2 ค่าโดยใช้กล้องที่มีกำลังขยายต่ำ
ค่าเฉลี่ยของเส้นผ่านศูนย์กลางที่ได้จะถูกนำมาคำนวณค่าความแข็ง
จากค่าน้ำหนักกดหารด้วยพื้นที่ผิวของรอยกดที่เกิดขึ้นจากสมการ
หมายเหตุ: ค่า BHN
ที่วัดได้นี้หน่วยเป็น kgf/mm2 (1 kgf/mm2
= 9.8 MPa) ซึ่งไม่สามารถเปรียบเทียบได้โดยตรงกับค่าความดันเฉลี่ย (Mean
pressure) ต่อพื้นที่ของรอยกด
โดยทั่วไปแล้ว
ควรมีการเตรียมพื้นผิวชิ้นงานเพื่อใช้ในการทดสอบความแข็งโดยการปรับสภาพผิวของชิ้นงานให้ราบเรียบและปราศจากเศษโลหะหรือสิ่งสกปรกตกค้าง
เพราะปัจจัยเหล่านี้อาจทำให้ได้ค่าความแข็งที่วัดได้ที่ถูกต้อง
ส่วนข้อดีของการวัดความแข็งแบบ Brinell คือ การใช้ขนาดของหัวกดที่มีขนาดใหญ่จะทำให้สามารถวัดความแข็งของชิ้นงานมีความแตกต่างทางโครงสร้างมาก
ๆ หรือมีโครงสร้างที่ไม่สม่ำเสมอ (Microstructural heterogeneity) และหากพื้นผิวชิ้นงานมีรอยขีดข่วน (Scratch) หรือผิวหยาบ
(Roughness) เพียงเล็กน้อยก็จะไม่เป็นผลทำให้ค่าความแข็งที่ได้ผิดพลาด
แต่อย่างไรก็ดี การวัดความแข็งแบบ Brinell นี้อาจมีความผิดพลาดจากการวัดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยกดที่เกิดขึ้นจากตัวผู้วัดเอง
และยังมีข้อจำกัดในการวัดชิ้นงานที่มีขนาดเล็กจนเกินไป
รูปที่ 3.2 แสดงการเสียรูปแบบพลาสติกของเนื้อวัสดุบริเวณใต้หัวกดแบบ Brinell
เมื่อเราพิจารณาเนื้อโลหะหรือวัสดุบริเวณใต้หัวกดจะพบว่ามีการเสียรูปแบบพลาสติก
(Plastic deformation) และบริเวณดังกล่าวนี้จะถูกล้อมรอบด้วยบริเวณของเนื้อโลหะที่มีการเสียรูปแบบอิลาสติก
(Elastic deformation) ซึ่งจะทำหน้าที่ขัดขวางการไหลหรือเคลื่อนตัวแบบพลาสติก
(Plastic flow) ของเนื้อโลหะด้านบน
ในสภาวะดังกล่าวนี้ถือว่าเป็น Plane strain compressive หรือการเสียรูปของโลหะนั้นถูกจำกดันั่นเอง
ซึ่งหากเนื้อโลหะด้านล่างไม่มีความยืดหยุ่นหรือแข็งมาก (Rigid) อาจจะทำให้เนื้อโลหะที่เสียรูปแบบพลาสติกเคลื่อนที่ขึ้นด้านบนล้อมรอบหัวกดดังแสดงในรูปที่
1(a) แต่อย่างไรก็ดี เราจะไม่ค่อยพบสภาวะเช่นนี้
เนื่องจากเนื้อโลหะที่ถูกแทนที่ด้วยหัวกดนั้นจะถูกพิจารณาว่าเกิดมาจากปริมาตรที่ลดลงของเนื้อวัสดุที่เสียรูปแบบอิลาสติกโดยรอบ
3.2 การทดสอบความแข็งแบบรอคเวล (Rockwell hardness test)
การทดสอบความแข็งแบบ Rockwell นี้นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในภาคอุตสาหกรรมเนื่องจากสามารถทำการทดสอบความแข็งได้อย่างรวดเร็ว
และสามารถอ่านค่าความแข็งได้จากเครื่องมือวัดโดยตรง
โดยไม่จำเป็นต้องมีการแปรค่าจากการวัดเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยกดเหมือนการวัดค่าความแข็งแบบ
Brinell ดังนั้นการทดสอบความแข็งแบบ Rockwell นี้จึงสามารถลดความผิดพลาดอันเนื่องมาจากผู้วัดได้
ส่วนหลักการในการวัดค่าความแข็งแบบ Rockwell นี้จะอาศัยความลึกของรอยกด
(Depth of indentation) เป็นตัวบ่งชี้ค่าความแข็ง
และในการวัดค่าความแข็งนั้นจะใชหัวกด Indenter สองประเภทคือ
แบบแรกเป็นหัวกดที่ทำจากเพชร (Diamond) เรียกว่า Brale
indenter ซึ่งจะมีลักษณะเป็นทรงกรวยปลายมนทำมุมด้านในเท่ากับ 120
องศา สำหรับหัวกดอีกแบบมีลักษณะเป็นหัวบอลทำจาก Hardened
steel โดยมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของหัวบอลต่างๆ กัน คือ อยู่ในช่วง
1.6-12.7 มิลลิเมตรเนื่องจากการทดสอบความแข็งแบบ Rockwell
นี้มีหัวกดหลายขนาดและการใช้แรงในการกดที่ต่างกันนี้เราจึงสามารถเลือกใช้หัวกดและแรงกดที่เหมาะสม
สำหรับชิ้นงานทดสอบที่มีความแข็งต่าง ๆ กันได้ตั้งแต่วัสดุที่มีความแข็งต่ำ เช่น
พอลิเมอร์ ซึ่งจะใช้ Rockwell scale R จนถึงวัสดุที่ใช้ทำเครื่องมือและใบมีดตัด
(Tool materials) ซึ่งจะใช้ Rockwell scale A ตามการเรียกชื่อของสเกลการทดสอบดังแสดงในตารางที่ 1
รูปที่ 3.3 การวัดค่าความแข็งแบบ Rockwell โดยเปรียบเทียบความลึกจากตำแหน่งที่น้ำหนักกด
minor load กับตำแหน่งที่มีการให้น้ำหนักกดตามค่ามาตรฐาน Major
load
วิธีการทดสอบเริ่มจาก
วางชิ้นงานลงบนแท่นทดสอบในตำแหน่งที่เราต้องการ
ให้แรงกดลงบนชิ้นงานโดยใช้น้ำหนักเริ่มต้น (Minor load) ที่ 10 kgf ดังแสดงในรูปที่ 3.3
การใช้ Minor load นี้จะเป็นการกำหนดตำแหน่งในชิ้นงานที่เราต้องการวัด
และป้องกันไม่ให้ชิ้นงานเลื่อนออกจากตำแหน่งเดิมความลึกที่เกิดขึ้นจากการกดด้วย Minor
load นี้จะถูกบันทึกเป็น H1 ไว้ในเครื่องทดสอบ
หลังจากนั้นชิ้นงานจะถูกกดด้วยน้ำหนักกด (Major load) ที่ถูกกำหนดไว้ตามมาตรฐานดังแสดงในตารางที่
3.1 ค่าความลึกจากการกด Major load นี้จะถูกบันทึกเป็น
H2 ซึ่งค่าความแตกต่างของความลึกจากการกด Indenter โดยใช้ Major และ Minor load หรือ
H2-H1 นี้จะเป็นตัวบ่งชี้ถึงค่าความแข็งของวัสดุ
โดยหากรอยกดมีความลึกน้อยโลหะนั้นยิ่งมีความต้านทานต่อการเปลี่ยนรูปมาก
นั่นคือมีค่าความแข็งมากนั่นเอง ค่าความแข็งที่วัดได้จะถูกแสดงบนหน้าปัทม์ (Dial)
ที่มีสเกลแบ่งสูงสุดเท่ากับ 100 และใ 1
หน่วยของสเกลจะแสดงถึงรอยกดที่ถูกกดลึกลงไป 0.002 มม. ดังนั้น เราสามารถหาค่าความแข็งได้จากความสัมพันธ์
ตารางที่ 3.1 ค่าสเกลที่ใช้ในการทดสอบความแข็งแบบ Rockwell
สำหรับโลหะและวัสดุต่างชนิด
ตารางที่ 3.2 ค่า Applied load และชนิดของ
Indenter สำหรับใช้ในการวัดความแข็งแบบ Rockwell ตามสเกล แบบต่างๆ
ค่าความแข็งที่ได้จากการวัดแบบ
Rockwell นี้จะมีหน่วยที่เป็น Ra, Rb หรือ Rc (หรือ HRA, HRB, HRC) ซึ่งแตกต่งจากหน่วยการวัดความแข็งแบบ
Brinell และ Vickers ที่เป็น kgf/mm2
การวัดความแข็งแบบ Rockwell นี้สามารถแบ่งระดับความแข็งได้หลายระดับโดยแบ่งเป็น
Scale ต่าง ๆ เช่น HRA, HRB และ HRC
ซึ่งเป็นช่วงที่เหมาะสมสำหรับวัสดุประเภทโลหะ ในแต่ละ scale จะมีการใช้หัวกด (Indenter) และค่าน้ำหนักกด (Major
load) ที่ต่างกัน ตาที่แสดงในตารางที่ 1 และ 2
เพื่อสามารถวัดค่าความแข็งของโลหะได้ละเอียดในระดับความแข็งต่างๆ
กันได้ สำหรับหัวกด Indenter นั้นสามารถใช้หัวกด Brale
และใช้น้ำหนักกด 150 kgf ซึ่งสามารถอ่านค่าได้ตั้งแต่
Rc20-Rc70 ส่วนโลหะที่อ่อนกว่านี้สามารถทดสอบโดยใช้ Scale
B ซึ่งใช้หัวกด Steel ball ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง
1.6 มม. และใช้น้ำหนักกดขนาด 100 kgf ซึ่งสามารถอ่านค่าได้ตั้งแต่
Rb0-Rb100 ส่วนการวัดค่าความแข็งโดยใช้ scale A สามารถวัดค่าได้ในช่วงที่กว้างมาก
คือตั้งแต่ Annealed brass จนถึง Cemented carbide การวัดความแข็งแบบ Rockwell นี้นิยมใช้ในการวัดความแข็งของชิ้นงานที่ผ่านการทำ
Heat treatment เช่น ในเหล็กกล้าอบชุบ (Heat-treaded
steel) และเนื่องจากหัวกด Indenter นั้นมีขนาดเล็กกว่าหัว
Steel ball ที่ใช้สำหรับการวัดแบบ Brinell อยู่มาก ดังนั้นจึงสามารถวัดความแข็งในชิ้นงานที่มีขนาดเล็กได้
แต่ก็อาจมีข้อเสียคือ
หากชิ้นงานมีโครงสร้างที่หยาบและไม่สม่ำเสมอการวัดความแข็งแบบ Rockwell นี้อาจให้ค่าที่ผิดพลาดได้
ข้อควรคำนึงถึงในการทดสอบค่าความแข็งแบบ
Rockwell
-
หัวกด Indenter และแท่นรองชิ้นงานต้องสะอาดและจัดวางในตำแหน่งที่เหมาะสม
-
พื้นผิวที่จะทำการทดสอบความสะอาดปราศจาก Oxide ผ่านการขัดหยาบ มีความเรียบเสมอและต้องตั้ง ฉากกับหัวกด Indenter
-
การทดสอบบนพื้นผิวที่มีความโค้งอาจเกิดความผิดพลาดได้
-
ชิ้นงานทดสอบควรมีความหนาที่สม่ำเสมอและควรมีความหนาที่มากกว่าความลึกของรอยกดประมาณ 10 เท่า
-
ระยะห่างระหว่างรอยกดควรมีค่าประมาณ 3-5 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยกด
-
ความเร็วในการกดควรควบคุมให้มีค่ามาตรฐาน
3.3 การทดสอบความแข็งแบบ Vickers hardness test
การทดสอบความแข็งแบบ Vickers นี้ใช้หัวกดเพชรทรงพีรามิด (Diamond pyramid) ซึ่งมีมุมระหว่างหน้าตรงข้ามของ
Pyramid เท่ากับ 136 องศา
บางครั้งอาจเรียกการวัดค่าความแข็งนี้ว่า Diamond pyramid hardness test
(DPH) เนื่องจากการเรียกตามลักษณะหัวกดนั่นเอง
หลักการในการวัดค่าความแข็งคือชิ้นงานจะถูกกดด้วยหัวกด Diamond pyramid จนเกิดรอยกดเป็นรูป pyramid ฐานสี่เหลี่ยมดังแสดงในรูปที่
3.4
ค่าความแข็งโดยใช้หัวกดประเภทนี้เรียกว่า Vickers
hardness number (VHN) และสามารถคำนวณได้จากน้ำหนักกด (Load)
หารด้วยพื้นที่ผิวของรอยกด Indentation ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะนิยมคำนวณจากเส้นทแยงมุม
(Diagonal) ของรอยกดรูป Pyramid ดังแสดงได้จากสมการ
โดยทั่วไปแล้ว การวัดความแข็งแบบ Vickers นี้ควรเลือกการใช้น้ำหนักกดให้เหมาะสมเพื่อให้เกิดรอยกด
Pyramid ที่สมบูรณ์ (Perfect indentation) มีฐานเป็นสี่เหลี่ยมดังแสดงในรูปที่ 5 (a) หากรอยกด Pyramid
ที่ได้มีลักษณะบิดเบี้ยวคล้ายหมอนปักเข็มหมุด (Pincushion) ดังแสดงในรูปที่ 5(b) นั้นเป็นผลมาจากการจมตัวของเนื้อโลหะรอบๆ
หน้าของ Pyramid ซึ่งมักพบในโลหะที่ผ่านการอบอ่อน (Annealed
metals) และมีผลทำค่าเส้นทแยงมุมที่วัดได้มากกว่าความเป็นจริง
(วัสดุมีค่าความแข็งน้อยกว่าความเป็นจริง) ส่วนในรูปที่ 5(c) เป็นรอยกดลักษณะป่องตรงกลาง (Barrel-shaped) ที่สามารถพบในการทดสอบโลหะที่ผ่านการขึ้นรูปเย็น
(Cold-worked metals) รอยกดที่เกิดขึ้นนี้เกิดจากการทับซ้อนกันของเนื้อโลหะบริเวณหน้าของ
Pyramid ในกรณีนี้การวัดเส้นทแยงมุมจะได้ค่าที่น้อยกว่าความเป็นจริงจึงทำให้ค่าความแข็งแบบ
Vickers ที่คำนวณได้มีค่ามากกว่าปกติ
รูปที่ 3.4 รอยกดที่ได้จาการทดสอบความแข็งแบบ
Vickers hardness test
การวัดค่าความแข็งแบบ
Vicker นี้ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางสำหรับการศึกษาวิจัยเนื่องจากสามารถวัดค่าความแข็งได้ในช่วงที่กว้างและมีหน่วยของค่าความแข็งเดียวคือ
VHN (สำหรับค่าน้ำหนักหนึ่ง ๆ)
ทำให้เหมาะสำหรับการทดสอบวัสดุได้หลากหลายชนิด ตัวอย่างเช่น
สามารถวัดค่าความแข็งของวัสดุที่มีความอ่อนมาก (VHN=5) จนถึงวัสดุที่มีความแข็งมาก
(VHN=1,500) ซึ่งสะดวกและให้ช่วงของความแข็งที่กว้างกว่าการวัดความแข็งแบบ
Brinell และ Rockwell สำหรับน้ำหนักกดที่ใช้ในการวัดค่าความแข็งแบบ
Vickers นี้อยู่ในช่วง 1-120 kg ขึ้นอยู่กับความแข็งของโลหะที่นำมาทดสอบ
แต่อย่างไรก็ดี การวัดความแข็งแบบ Vickers ยังไม่เป็นที่แพร่หลายในการทดสอบประจำวัน
(Routine test) ในภาคอุตสาหกรรม เนื่องจากใช้เวลาในการทดสอบนานกว่าการทดสอบแบบ
Rockwell และอาจมีความผิดพลาดอันเนื่องมากจากการวัดความยาวของเส้นทแยงมุม
รูปที่ 3.5 รอยกดจากการทดสอบความแข็งแบบ Vickers hardness test
(a)รอยกดสมบูรณ์แบบ (b) แบบ Pincushion (c) แบบ Barrel-shaped
ค่าความแข็งที่วัดได้จากการทดสอบความแข็งแบบ Brinell, Rockwell และ Vickers สามารถนำมาเปรียบเทียบได้โดยอาศัยตาราง
Hardness value conversion table ดังแสดงในตารางที่ 3
ทั้งนี้
เพื่อความสะดวกในการทดสอบและเปรียบเทียบค่าความแข็งในกรณีที่ค่าความแข็งที่วัดได้นั้นมาจากวิธีการทดสอบต่างชนิดกัน
ตารางที่ 3.3 เปรียบเทียบความแข็งแบบต่าง ๆ
โดยสรุปแล้ว การทดสอบวัดค่าความแข็งเป็นวิธีการที่ง่ายและสะดวกรวดเร็วในการวัดสมบัติเชิงกลของโลหะและวัสดุซึ่งมีให้เลือกใช้อยู่หลายวิธี
ทั้งแบบ Brinell, Rockwell, Vickers และ Knoop
เป็นต้น
วิศวกรจำเป็นต้องเลือกใช้วิธีการทดสอบให้เหมาะสมกับโลหะหรือวัสดุที่เราต้องการทดสอบ
ลักษณะของชิ้นงาน ขนาดของชิ้นงานและตำแหน่งเฟสหรือโครงสร้างทางโลหวิทยาที่เราต้องการวิเคราะห์
เพื่อให้ได้ข้อมูลค่าความแข็งที่ถูกต้องและเป็นประโยชน์ในการตัดสินใจเลือกใช้วัสดุให้เหมาะสมกับการใช้งานและการพัฒนาโลหะและวัสดุให้มีสมบัติที่ดียิ่งขึ้น
นอกจากนี้แล้วเรายังสามารถใช้ค่าความแข็งที่วัดได้เพื่อทำนายสมบัติเชิงกลอื่น ๆ ที่มีความสัมพันธ์ใกล้เคียงกัน
เช่น ค่าความแข็งแรง เป็นต้น
อุปกรณ์สำหรับการทดสอบ
1.
ชิ้นงานทดสอบความแข็งอะลูมิเนียม, ทองเหลือง, เหล็กกล้า
และชิ้นงานที่ผ่านการเชื่อม
2.
เครื่องมือทดสอบความแข็งแบบ Brinell,
Rockwell, Vickers
วิธีการทดสอบ
1.
เตรียมชิ้นงานอะลูมิเนียม, ทองเหลือง, เหล็กกล้า
และชิ้นงานที่ผ่านการเชื่อมโดยปรับให้ผิวชิ้นงานมีความเรียบเสมอโดยการขัดด้วยกระดาษทราย
ชิ้นงานที่ทำการทดสอบด้วย Vickers และ Rockwell จะใช้ชิ้นงานที่ผ่านการขัดละเอียด
ด้วยในขณะที่ชิ้นงานทดสอบด้วยวิธี Brinell จะสามารถเตรียมโดยผ่านการปรับระนาบและขัดหยาบก็เพียงพอ
2.
ทำการทดสอบความแข็งโดยวิธี Brinell,
Rockwell, และ Vickers hardness โดยทำการวัดชิ้นงานอะลูมิเนียม,
ทองเหลือง และเหล็กกล้าอย่างละ 10 ตำแหน่ง
3.
นำผลการทดสอบที่ได้มาเปรียบเทียบในตาราง และแสดงผลในรูปของ Graph เพื่อนำมาใช้ในการอภิปรายผลการทดลอง โดยเชื่อมโยงกับโครงสร้างทางจุลภาคของแต่ละชิ้นงาน
ตารางแสดงผลการทดสอบ
ตารางที่ 3.4 ผลการทดสอบค่าความแข็ง Brinell
Hardness (BHN)
ตารางที่ 3.5 ผลการทดสอบค่าความแข็ง Rockwell
hardness
ตารางที่ 3.6 ผลการทดสอบค่าความแข็ง Vickers
hardness
สรุปผลและวิเคราะห์ผลการทดลอง
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….....
วีดีโอสอนการทำทดลอง
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น