มาตรฐานความแข็งสามระดับสำหรับเหล็กกล้า

ความสามารถของวัสดุโลหะในการต้านทานการกดทับของพื้นผิวด้วยวัตถุแข็งเรียกว่าความแข็ง โดยตามวิธีการทดสอบและขอบเขตการใช้งานที่แตกต่างกัน ความแข็งสามารถแบ่งออกเป็นความแข็งบริเนลล์ ความแข็งร็อคเวลล์ ความแข็งวิคเกอร์ส ความแข็งชอร์ ความแข็งระดับไมโคร และความแข็งที่อุณหภูมิสูง โดยทั่วไปแล้ว ความแข็งที่ใช้กันทั่วไปสำหรับท่อมี 3 ค่า ได้แก่ ความแข็งบริเนลล์ ความแข็งร็อคเวลล์ และความแข็งวิคเกอร์ส

ก. ความแข็งบริเนลล์ (HB)

ใช้ลูกเหล็กหรือลูกคาร์ไบด์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางตามที่กำหนด กดลงบนพื้นผิวตัวอย่างด้วยแรงทดสอบที่ระบุ (F) หลังจากเวลาที่กำหนดแล้ว ให้เอาแรงทดสอบออกและวัดเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยบุ๋ม (L) บนพื้นผิวตัวอย่าง ค่าความแข็งบริเนลล์คือผลหารที่ได้จากการหารแรงทดสอบด้วยพื้นที่ผิวของทรงกลมที่ถูกกดลงไป โดยแสดงในหน่วย HBS (ลูกเหล็ก) หน่วยเป็น N/mm² (MPa)

สูตรการคำนวณคือ:
ในสูตร: F คือแรงทดสอบที่กดลงบนพื้นผิวของชิ้นงานโลหะ หน่วยเป็นนิวตัน
D – เส้นผ่านศูนย์กลางของลูกเหล็กสำหรับทดสอบ (มิลลิเมตร)
d – เส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยของรอยบุ๋ม (มม.)
การวัดความแข็งแบบบริเนลล์มีความแม่นยำและน่าเชื่อถือมากกว่า แต่โดยทั่วไปแล้ว HBS เหมาะสำหรับวัสดุโลหะที่มีความแข็งต่ำกว่า 450 N/mm² (MPa) เท่านั้น และไม่เหมาะสำหรับเหล็กที่แข็งกว่าหรือแผ่นเหล็กที่บางกว่า ในบรรดามาตรฐานท่อเหล็ก ความแข็งแบบบริเนลล์เป็นมาตรฐานที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด โดยมักใช้เส้นผ่านศูนย์กลางรอยกด d ในการแสดงความแข็งของวัสดุ ซึ่งเข้าใจง่ายและสะดวก
ตัวอย่าง: 120HBS10/1000130: หมายความว่า ค่าความแข็งบริเนลล์ที่วัดโดยใช้ลูกเหล็กขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มม. ภายใต้แรงทดสอบ 1000 กก. (9.807 กิโลนิวตัน) เป็นเวลา 30 วินาที คือ 120 นิวตัน/มม.² (MPa)

B. ค่าความแข็งร็อคเวลล์ (HR)

การทดสอบความแข็งแบบร็อคเวลล์ เช่นเดียวกับการทดสอบความแข็งแบบบริเนลล์ เป็นวิธีการทดสอบโดยการกดลงไปบนพื้นผิว ความแตกต่างอยู่ที่การวัดความลึกของการกด กล่าวคือ ภายใต้แรงทดสอบเริ่มต้น (Fo) และแรงทดสอบรวม ​​(F) หัวกด (ทรงกรวยหรือลูกเหล็กของโรงงานเหล็ก) จะถูกกดลงบนพื้นผิวของชิ้นงาน หลังจากเวลาที่กำหนดแล้ว จึงค่อยถอดแรงหลักออก ค่าความแข็งที่ได้จะใช้ค่าความลึกของการกดที่เหลืออยู่ (e) ที่วัดได้ ค่าที่ได้จะเป็นตัวเลขที่ไม่ระบุค่า โดยใช้สัญลักษณ์ HR และมีมาตราส่วนทั้งหมด 9 มาตราส่วน ได้แก่ A, B, C, D, E, F, G, H และ K โดยทั่วไปแล้ว มาตราส่วนที่ใช้กันทั่วไปในการทดสอบความแข็งของเหล็กคือ A, B และ C ได้แก่ HRA, HRB และ HRC

ค่าความแข็งคำนวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้:
เมื่อทำการทดสอบด้วยมาตราส่วน A และ C อัตราการเต้นของหัวใจ = 100-e
เมื่อทำการทดสอบด้วยมาตราส่วน B อัตราการเต้นของหัวใจ = 130-e
ในสูตร e คือค่าการเพิ่มขึ้นของความลึกของการกดที่เหลืออยู่ โดยมีหน่วยที่กำหนดไว้คือ 0.002 มม. นั่นหมายความว่า เมื่อการเคลื่อนที่ตามแนวแกนของหัวกดเป็นหนึ่งหน่วย (0.002 มม.) จะเทียบเท่ากับการเปลี่ยนแปลงความแข็งของ Rockwell หนึ่งระดับ ยิ่งค่า e มาก ความแข็งของโลหะก็จะยิ่งต่ำลง และในทางกลับกัน
ขอบเขตการใช้งานของมาตราส่วนทั้งสามข้างต้นมีดังนี้:
HRA (หัวกดรูปกรวยเพชร) 20-88
HRC (หัวกดเพชรทรงกรวย) 20-70
HRB (หัวกดลูกเหล็กขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.588 มม.) 20-100
การทดสอบความแข็งแบบร็อคเวลล์เป็นวิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน โดยค่า HRC ถูกใช้ในมาตรฐานท่อเหล็กมากเป็นอันดับสองรองจากความแข็งแบบบริเนลล์ (HB) ความแข็งแบบร็อคเวลล์สามารถใช้ในการวัดความแข็งของวัสดุโลหะได้ตั้งแต่ระดับอ่อนมากไปจนถึงแข็งมาก มันช่วยแก้ไขข้อเสียของวิธีการบริเนลล์ได้ วิธีที่ง่ายกว่าคือสามารถอ่านค่าความแข็งได้โดยตรงจากหน้าปัดของเครื่องวัดความแข็ง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากรอยกดมีขนาดเล็ก ค่าความแข็งจึงไม่แม่นยำเท่ากับวิธีการบริเนลล์

C. ความแข็งวิคเกอร์ (HV)

การทดสอบความแข็งแบบวิคเกอร์สก็เป็นวิธีการทดสอบแบบกดเช่นกัน โดยใช้หัวกดเพชรทรงพีระมิดสี่เหลี่ยมที่มีมุมระหว่างพื้นผิวตรงข้าม 136 องศา กดลงบนพื้นผิวที่ต้องการทดสอบด้วยแรงกดที่เลือกไว้ (F) และดึงออกหลังจากเวลาที่กำหนด วัดความยาวของเส้นทแยงมุมทั้งสองของรอยกด

ค่าความแข็งวิคเกอร์คือผลหารของแรงทดสอบด้วยพื้นที่ผิวของรอยกด สูตรการคำนวณคือ:
ในสูตร: HV – สัญลักษณ์ความแข็งแบบวิคเกอร์ส, N/mm2 (MPa);
F – แรงทดสอบ, นิวตัน;
d – ค่าเฉลี่ยเลขคณิตของเส้นทแยงมุมทั้งสองของรอยบุ๋ม หน่วยเป็นมิลลิเมตร
แรงทดสอบ F ที่ใช้ในการวัดความแข็งแบบวิคเกอร์สคือ 5 (49.03), 10 (98.07), 20 (196.1), 30 (294.2), 50 (490.3), 100 (980.7) กิโลกรัมแรง (นิวตัน) และอีกหกระดับ ค่าความแข็งที่วัดได้อยู่ในช่วง 5 ถึง 1000 HV
ตัวอย่างวิธีการแสดงผล: 640HV30/20 หมายความว่า ค่าความแข็งวิคเกอร์ที่วัดได้ด้วยแรงทดสอบ 30Hgf (294.2N) เป็นเวลา 20S (วินาที) คือ 640N/mm2 (MPa)
วิธีการวัดความแข็งแบบวิคเกอร์สสามารถใช้ในการกำหนดความแข็งของวัสดุโลหะบางมากและชั้นผิวได้ มีข้อดีหลักของวิธีการบริเนลล์และร็อคเวลล์ และสามารถเอาชนะข้อเสียพื้นฐานของทั้งสองวิธีได้ แต่ก็ไม่ได้ง่ายเหมือนวิธีการร็อคเวลล์ วิธีการวิคเกอร์สจึงไม่ค่อยได้ใช้ในมาตรฐานท่อเหล็ก