ความสามารถของวัสดุโลหะในการต้านทานการบุ๋มของพื้นผิวโดยวัตถุแข็งเรียกว่าความแข็ง ตามวิธีการทดสอบที่แตกต่างกันและขอบเขตการใช้งาน ความแข็งสามารถแบ่งออกได้เป็น ความแข็งบริเนลล์ ความแข็งร็อกเวลล์ ความแข็งวิกเกอร์ส ความแข็งชอร์ ความแข็งไมโคร และความแข็งที่อุณหภูมิสูง ความแข็งที่ใช้สำหรับท่อโดยทั่วไปมี 3 ระดับ ได้แก่ ความแข็งบริเนลล์ ความแข็งร็อกเวลล์ และความแข็งวิกเกอร์ส
ก. ความแข็งบริเนล (HB)
ใช้ลูกบอลเหล็กหรือลูกบอลคาร์ไบด์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่กำหนดกดลงบนพื้นผิวของตัวอย่างด้วยแรงทดสอบที่กำหนด (F) หลังจากเวลาการยึดที่กำหนด ให้เอาแรงทดสอบออกแล้ววัดเส้นผ่านศูนย์กลางรอยบุ๋ม (L) บนพื้นผิวของตัวอย่าง ค่าความแข็ง Brinell คือผลหารที่ได้จากการหารแรงทดสอบด้วยพื้นที่ผิวของทรงกลมที่รอยบุ๋ม แสดงเป็น HBS (ลูกบอลเหล็ก) มีหน่วยเป็น N/mm2 (MPa)
สูตรการคำนวณคือ:
ในสูตร: F–แรงทดสอบที่กดลงไปบนพื้นผิวของตัวอย่างโลหะ N;
D–เส้นผ่านศูนย์กลางของลูกบอลเหล็กที่ใช้ทดสอบ, มม.
d–เส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยของรอยบุ๋ม, มม.
การวัดความแข็ง Brinell นั้นมีความแม่นยำและเชื่อถือได้มากกว่า แต่โดยทั่วไป HBS จะเหมาะสำหรับวัสดุโลหะที่มีความแข็งต่ำกว่า 450N/mm2 (MPa) เท่านั้น และไม่เหมาะสำหรับเหล็กที่มีความแข็งกว่าหรือแผ่นเหล็กที่บางกว่า ในบรรดามาตรฐานท่อเหล็ก ความแข็ง Brinell ถือเป็นค่าที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด เส้นผ่านศูนย์กลางรอยบุ๋ม d มักใช้เพื่อแสดงความแข็งของวัสดุ ซึ่งทั้งเข้าใจง่ายและสะดวก
ตัวอย่าง: 120HBS10/1000130: หมายความว่าค่าความแข็ง Brinell ที่วัดโดยใช้ลูกบอลเหล็กขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มม. ภายใต้แรงทดสอบ 1000Kgf (9.807KN) เป็นเวลา 30 วินาที (วินาที) คือ 120N/mm2 (MPa)
ข. ความแข็งร็อคเวลล์ (HR)
การทดสอบความแข็ง Rockwell นั้นก็เหมือนกับการทดสอบความแข็ง Brinell เป็นวิธีการทดสอบรอยบุ๋ม ความแตกต่างก็คือการวัดความลึกของรอยบุ๋ม นั่นคือ ภายใต้แรงทดสอบเริ่มต้น (Fo) และแรงทดสอบรวม (F) ตามลำดับ หัวเจาะ (กรวยหรือลูกเหล็กของโรงงานเหล็ก) จะถูกกดลงบนพื้นผิวของตัวอย่าง หลังจากเวลาการยึดที่กำหนด แรงหลักจะถูกเอาออก แรงทดสอบ ให้ใช้ค่าเพิ่มความลึกรอยบุ๋มที่เหลือที่วัดได้ (e) เพื่อคำนวณค่าความแข็ง ค่านี้เป็นตัวเลขที่ไม่ระบุชื่อ แสดงด้วยสัญลักษณ์ HR และมาตราส่วนที่ใช้มี 9 มาตราส่วน ได้แก่ A, B, C, D, E, F, G, H และ K ในบรรดามาตราส่วนเหล่านี้ มาตราส่วนที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการทดสอบความแข็งของเหล็กโดยทั่วไปคือ A, B และ C ได้แก่ HRA, HRB และ HRC
ค่าความแข็งคำนวณได้จากสูตรดังนี้
เมื่อทดสอบด้วยเครื่องชั่ง A และ C HR=100-e
เมื่อทดสอบด้วยสเกล B HR=130-e
ในสูตร e – การเพิ่มความลึกของรอยบุ๋มที่เหลือจะแสดงเป็นหน่วยที่กำหนดคือ 0.002 มม. นั่นคือ เมื่อการเคลื่อนที่ตามแนวแกนของหัวเจาะเป็นหนึ่งหน่วย (0.002 มม.) จะเทียบเท่ากับการเปลี่ยนแปลงความแข็งแบบร็อคเวลล์หนึ่งตัวเลข ยิ่งค่า e มากขึ้น ความแข็งของโลหะก็จะยิ่งลดลง และในทางกลับกัน
ขอบเขตที่ใช้บังคับของทั้ง 3 มาตราข้างต้นมีดังนี้:
HRA (หัวเจาะทรงกรวยเพชร) 20-88
HRC (หัวเจาะรูปกรวยเพชร) 20-70
HRB (หัวเจาะลูกเหล็กเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.588 มม.) 20-100
การทดสอบความแข็งแบบ Rockwell เป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน โดย HRC นั้นใช้ในมาตรฐานท่อเหล็กเป็นรองเพียงความแข็งแบบ Brinell HB เท่านั้น ความแข็งแบบ Rockwell สามารถใช้วัดวัสดุโลหะได้ตั้งแต่อ่อนมากไปจนถึงแข็งมาก ซึ่งชดเชยข้อบกพร่องของวิธี Brinell ได้ โดยวิธีนี้ง่ายกว่าวิธี Brinell และสามารถอ่านค่าความแข็งได้โดยตรงจากหน้าปัดเครื่องวัดความแข็ง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากรอยบุ๋มเล็ก ค่าความแข็งจึงไม่แม่นยำเท่ากับวิธี Brinell
C. ความแข็งวิกเกอร์ส (HV)
การทดสอบความแข็งแบบวิกเกอร์สเป็นวิธีการทดสอบรอยบุ๋มเช่นกัน โดยจะกดหัวเจาะรูปเพชรทรงปิรามิดสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีมุมรวม 1360 องศาระหว่างพื้นผิวตรงข้ามลงบนพื้นผิวทดสอบด้วยแรงทดสอบที่เลือก (F) และดึงหัวเจาะออกหลังจากเวลาการยึดที่กำหนด แรงดังกล่าวจะวัดความยาวของเส้นทแยงมุมทั้งสองของรอยบุ๋ม
ค่าความแข็งของวิกเกอร์สคือผลหารของแรงทดสอบหารด้วยพื้นที่ผิวรอยบุ๋ม สูตรการคำนวณคือ:
ในสูตร: สัญลักษณ์ความแข็ง HV–Vickers, N/mm2 (MPa);
F–แรงทดสอบ, N;
d–ค่าเฉลี่ยเลขคณิตของเส้นทแยงมุมสองเส้นของการเยื้อง, มม.
แรงทดสอบ F ที่ใช้ในการทดสอบความแข็งวิกเกอร์สคือ 5 (49.03), 10 (98.07), 20 (196.1), 30 (294.2), 50 (490.3), 100 (980.7) Kgf (N) และระดับอื่นๆ อีก 6 ระดับ ค่าความแข็งที่สามารถวัดได้คือช่วง 5~1000HV
ตัวอย่างวิธีการแสดงออก: 640HV30/20 หมายความว่าค่าความแข็งวิกเกอร์สที่วัดโดยใช้แรงทดสอบ 30Hgf (294.2N) เป็นเวลา 20S (วินาที) คือ 640N/mm2 (MPa)
วิธีความแข็งแบบวิกเกอร์สสามารถใช้ในการกำหนดความแข็งของวัสดุโลหะที่บางมากและชั้นผิว วิธีนี้มีข้อได้เปรียบหลักของวิธี Brinell และ Rockwell และแก้ไขข้อบกพร่องพื้นฐานได้ แต่ก็ไม่ง่ายเหมือนวิธี Rockwell วิธีวิกเกอร์สไม่ค่อยได้ใช้ในมาตรฐานท่อเหล็ก
เวลาโพสต์ : 03-04-2024