คุณสมบัติทางกลพื้นฐานของวัสดุโลหะ

คุณสมบัติของวัสดุโลหะโดยทั่วไปแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ คุณสมบัติในกระบวนการผลิตและคุณสมบัติในการใช้งาน คุณสมบัติในกระบวนการผลิตหมายถึงคุณสมบัติของวัสดุโลหะภายใต้สภาวะการแปรรูปเย็นและร้อนที่กำหนดไว้ในระหว่างกระบวนการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักร คุณภาพของคุณสมบัติในกระบวนการผลิตของวัสดุโลหะเป็นตัวกำหนดความเหมาะสมต่อการแปรรูปและการขึ้นรูปในระหว่างกระบวนการผลิต เนื่องจากสภาวะการแปรรูปที่แตกต่างกัน คุณสมบัติในกระบวนการผลิตที่ต้องการจึงแตกต่างกัน เช่น คุณสมบัติในการหล่อ การเชื่อม การตีขึ้นรูป คุณสมบัติในการอบชุบความร้อน ความสามารถในการตัด เป็นต้น คุณสมบัติในการใช้งานหมายถึงคุณสมบัติของวัสดุโลหะภายใต้สภาวะการใช้งานของชิ้นส่วนเครื่องจักร ซึ่งรวมถึงคุณสมบัติทางกล คุณสมบัติทางกายภาพ คุณสมบัติทางเคมี เป็นต้น คุณสมบัติของวัสดุโลหะเป็นตัวกำหนดขอบเขตการใช้งานและอายุการใช้งาน

ในอุตสาหกรรมการผลิตเครื่องจักรกล ชิ้นส่วนกลทั่วไปถูกใช้งานในอุณหภูมิปกติ ความดันปกติ และในสภาวะที่ไม่กัดกร่อนรุนแรง และในระหว่างการใช้งาน ชิ้นส่วนกลแต่ละชิ้นจะรับภาระที่แตกต่างกัน ความสามารถของวัสดุโลหะในการต้านทานความเสียหายภายใต้ภาระเรียกว่า คุณสมบัติทางกล (หรือคุณสมบัติเชิงกล) คุณสมบัติทางกลของวัสดุโลหะเป็นพื้นฐานหลักสำหรับการออกแบบและการเลือกวัสดุของชิ้นส่วน ขึ้นอยู่กับลักษณะของภาระที่กระทำ (เช่น แรงดึง แรงอัด แรงบิด แรงกระแทก ภาระแบบวัฏจักร ฯลฯ) คุณสมบัติทางกลที่ต้องการสำหรับวัสดุโลหะก็จะแตกต่างกันไป คุณสมบัติทางกลที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ความแข็งแรง ความยืดหยุ่น ความแข็ง ความเหนียว ความต้านทานแรงกระแทกหลายครั้ง และขีดจำกัดความล้า คุณสมบัติทางกลแต่ละอย่างจะกล่าวถึงแยกกันด้านล่าง

1. ความแข็งแกร่ง

ความแข็งแรงหมายถึงความสามารถของวัสดุโลหะในการต้านทานความเสียหาย (การเสียรูปพลาสติกมากเกินไปหรือการแตกหัก) ภายใต้แรงคงที่ เนื่องจากแรงกระทำอยู่ในรูปของแรงดึง แรงอัด แรงดัด แรงเฉือน ฯลฯ ความแข็งแรงจึงถูกแบ่งออกเป็นความแข็งแรงดึง ความแข็งแรงอัด ความแข็งแรงดัด ความแข็งแรงเฉือน ฯลฯ โดยทั่วไปมักมีความสัมพันธ์กันระหว่างความแข็งแรงต่างๆ ในการใช้งาน ความแข็งแรงดึงมักถูกใช้เป็นดัชนีความแข็งแรงพื้นฐานที่สุด

2. ความยืดหยุ่น

ความเป็นพลาสติก หมายถึง ความสามารถของวัสดุโลหะในการเกิดการเสียรูปถาวรโดยไม่เกิดความเสียหายภายใต้แรงกด

3. ความแข็ง

ความแข็งคือการวัดว่าวัสดุโลหะมีความแข็งหรืออ่อนแค่ไหน ปัจจุบัน วิธีที่ใช้กันมากที่สุดในการวัดความแข็งในกระบวนการผลิตคือ วิธีการวัดความแข็งโดยการกด ซึ่งใช้หัวกดที่มีรูปทรงเรขาคณิตเฉพาะกดลงบนพื้นผิวของวัสดุโลหะที่ต้องการทดสอบภายใต้แรงกดที่กำหนด และวัดค่าความแข็งตามระดับการกด
วิธีการที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ความแข็งบริเนลล์ (HB), ความแข็งร็อคเวลล์ (HRA, HRB, HRC) และความแข็งวิคเกอร์ส (HV)

4. ความเหนื่อยล้า

ความแข็งแรง ความยืดหยุ่น และความแข็งที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ ล้วนเป็นตัวบ่งชี้สมรรถนะทางกลของโลหะภายใต้ภาระคงที่ ในความเป็นจริง ชิ้นส่วนเครื่องจักรจำนวนมากทำงานภายใต้ภาระแบบวัฏจักร และความล้าจะเกิดขึ้นในชิ้นส่วนเหล่านั้นภายใต้สภาวะดังกล่าว

5. ความทนทานต่อแรงกระแทก

แรงที่กระทำต่อชิ้นส่วนเครื่องจักรด้วยความเร็วสูงมากเรียกว่า แรงกระแทก และความสามารถของโลหะในการต้านทานความเสียหายภายใต้แรงกระแทกเรียกว่า ความเหนียวทนแรงกระแทก