การทดสอบความแข็ง Rockwell / Admin SL Tonan asia autotech

การทดสอบนี้เป็นแบบเดียวกับการทดสอบความแข็ง Brinell คือค่าความแข็งหาได้ จากขนาดความลึกรอยกดบนชิ้นทดสอบที่เกิดจากการกดด้วยหัวกดภายใต้น้ำหนักคงที่ แต่ที่ ต่างกันคือในทางทฤษฏีการทดสอบ Rockwell จะทดสอบด้วยน้ำหนักต่างกันสามชุดกับหัวกดสามขนาด ส่วนการทดสอบ Brinell จะมีขนาดหัวกดที่ต่างไปและใช้น้ำหนักกดที่มากกว่ามาก รวมทั้งการทดสอบแบบ Rockwell จะมีรอยกดที่ได้มีขนาดเล็กและตื้นกว่า ส่วนวัสดุที่นำมาทดสอบสามารถใช้กับวัสดุกลุ่มเดียวกันกับการทดสอ Brinell แต่สามารถทำการทดสอบได้เร็วกว่า เนื่องการทดสอบแบบ Rockwell สามารถอ่านค่าความแข็งได้ทันทีจากหน้าปัดเครื่องตามมาตรฐาน ASTM E 18 ดังแสดงในรูปที่ 7.3

การทดสอบแบบ Rockwell จะทำการทดสอบด้วยเครื่องทดสอบที่ออกแบบมาเป็นพิเศษโดยการใส่น้ำหนักที่กระทำผ่านระบบตุ้มน้ำหนักกับระบบคาน หัวกดอาจเป็นลูกบอลเหล็กกล้าแข็ง 1/16 นิ้ว 1/8 นิ้ว ดังรูปที่ 7.4 หรือหัวกดเพชรรูปกรวยมุม 120o เรียกว่า Braleดังรูปที่ 7.5 ค่าความแข็งที่แสดงบนหน้าปัดเครื่องเป็นส่วนกลับของค่าความลึกรอยกด ส่วนการ

แสดงหน่วยค่าความแข็งจะขึ้นอยู่กับค่าน้ำหนัก ชนิดและขนาดของหัวกดที่ใช้ในการทดสอบยกตัวอย่างเช่นถ้าเลือกใช้น้ำหนักกด 100 kg และใช้หัวกดบอลเหล็กกล้าแข็งขนาด 1/16 in.ต้องอ่านค่าความแข็งจากหน้าปัดเครื่องในสเกล B และถ้าใช้หัวกดเพชรกับน้ำหนักกด 150 kgต้องอ่านค่าความแข็งในสเกล C เป็นต้น

ในการทดสอบเริ่มแรกจะใช้น้ำหนักกดเบื้องต้น 10 kg ค้างไว้ซึ่งจะทำให้เกิดรอยกดเบื้องต้นบนชิ้นทดสอบ โดยสังเกตเข็มบนหน้าปัดเครื่องที่แสดงน้ำหนักกดเบื้องต้นจะเข้าสู่บริเวณที่กำหนด จากนั้นให้ใส่น้ำหนักกดแท้จริง โดยปกติถ้าใช้หัวกดบอลน้ำหนักกดแท้จริงจะอยู่ในช่วงประมาณ 60 ถึง 100 kg และถ้าใช้หัวกดเพชรจะใช้น้ำหนักกดแท้จริงได้ถึง 150kg ส่วนหัวกดบอลจะใช้ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1/16 นิ้ว และหัวกดบอลขนาด 1/8 1/4 และ1/2 นิ้ว จะใช้กับวัสดุที่อ่อนกว่า หลังจากใส่น้ำหนักกดแท้จริงและนำน้ำหนักกดออก ให้อ่านค่าความแข็งจากหน้าปัดเครื่องโดยที่น้ำหนักกดเบื้องต้นยังค้างอยู่

ตารางที่ 7.1 แสดงตัวอย่างสเกล ชนิดหัวกดและน้ำหนักกดของการทดสอบความแข็ง Rockwell

ในการทดสอบความแข็ง Rockwell ค่าความแข็งที่ได้สามารถมีได้หลายค่า ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดหัวกดและน้ำหนักกดที่ใช้ นอกจากนี้หน้าปัดเครื่องยังมีสองชุดคือสีแดงกับสีดำ ซึ่งรวมกันแล้วทำให้การทดสอบแบบ Rockwell มีหน่วยต่างกันประมาณ 30 หน่วย บน

หน้าปัดจะออกแบบเป็นสเกล B และ C โดยสองสเกลนี้เป็นสเกลชุดแรกที่ผ่านรับรองมาตรฐานและนิยมใช้มากที่สุด ส่วนหน้าปัดสีแดงใช้อ่านค่าความแข็งสำหรับสเกลที่ใช้หัวกดเป็นหัวบอล และหน้าปัดสีดำใช้อ่านค่าความแข็งที่ได้จากการทดสอบด้วยหัวกดเพชร

สเกล Rockwell อยู่ในรูปของเศษส่วน100 และแต่ละส่วนหรือแต่ละค่าความแข็งมีค่าความลึกรอยกดเท่ากับ 0.002 mm ดังรูปที่ 4 ถ้าอ่านค่าความแข็งได้เป็น 53 HRB กับ 56 HRB หมายถึงทั้งสองมีรอยกดต่างกันเท่ากับ 3 x 0.002 mm นั้นคือ 0.006 mm แต่เนื่องจากสเกลเป็นแบบกลับส่วน ดังนั้นวัสดุที่อ่านค่าความแข็งได้สูงกว่าจึงเป็นวัสดุที่แข็งกว่าสเกล B ใช้ในการทดสอบวัสดุความแข็งปานกลางในช่วง 0 – 100 HRB ถ้าใช้หัวกดบอลวัดค่าความแข็งของวัสดุเกิน 100 HRB อาจทำให้หัวบอลเกิดการยุบตัวทำให้ได้ค่าความ

แข็งที่คลาดเคลื่อนได้ ส่วนสเกล C มักใช้ทดสอบกับวัสดุที่มีค่าความแข็งมากกว่า 100 HRBซึ่งปกติแล้วเหล็กกล้าจะมีค่าความแข็งสูงสุดประมาน 70 HRC และการวัดความแข็งด้วยสเกลC จะอยู่ที่ประมาณ 20 HRC ขึ้นไป เนื่องจากการทดสอบความแข็งต่ำกว่า 20 HRC ได้รอยกดที่เล็กมากทำให้ค่าความแข็งที่ได้ไม่น่าเชื่อถือ ในการทดสอบให้เลือกใช้สเกลที่ใช้หัวกดบอลที่

มีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ทั้งนี้เพราะความว่องไวในการตรวจวัดจะลดลงตามขนาดรอยกดที่เพิ่มขึ้นชิ้นทดสอบควรมีลักษณะแบนเรียบและปราศจากสนิม ออกไซด์ รู และควรเป็นวัสดุที่ไม่ผ่านการขึ้นรูปทั้งด้านบนและล่าง ส่วนความหนาของชิ้นทดสอบควรจะหนาพอที่จะไม่เกิดการบิดงอหรือเกิดการเสียรูปของแท่นรองชิ้นทดสอบภายใต้การทดสอบ เนื่องจากการเสียรูปดังกล่าวอาจทำให้การวัดค่าความแข็งคลาดเคลื่อนได้ ในการทดสอบควรวัดกับวัสดุความหนาเดียวเสมอ และเพื่อหลีกเลี่ยงความคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้นจากสิ่งเจือปน รูอากาศเล็กๆและความบกพร่องที่ผิวอื่นๆ ควรทำการทดสอบอย่างน้อยสามจุดแล้วนำค่าที่ได้มาหาค่าเฉลี่ยการทดสอบสามารถแปลงค่าความแข็ง Rockwell เป็น Brinell ได้ โดยความแข็ง Rockwell C ในช่วง -20 ถึง 40 สามารถแปลงเป็นค่าความแข็ง Brinell ได้ดังสมการ

ขอบคุณที่มา: http://e-book.ram.edu/e-book/m/MY318(51)/MY318-7.pdf

เรียบเรียงเนื้อหาเพิ่มเติ่ม ADMIN SL TONAN ASIA AUTOTECH

การวัดค่าความแข็งของวัสดุ / ADMIN - SJ (TONAN ASIA AUTOTECH)

เรียบเรียงข้อมูลโดย ADMIN / SJ (TONAN ASIA AUTOTECH)

การวัดค่าความแข็งของวัสดุ

เรียบเรียงโดย พรรณทิพย์ ห่อศรีสัมพันธ์

      ค่าความแข็งของวัสดุเป็นสมบัติทางกลของสารที่มีความสำคัญต่อการควบคุมคุณภาพของวัตถุดิบ กระบวนการผลิต ไปจนถึงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ รอยกดบนชิ้นงานที่ได้จากเครื่องทดสอบความแข็งนั้นจะเป็นตัวบ่งบอกความแข็งแรง ความยืดหยุ่น ลักษณะโครงสร้างหรือองค์ประกอบของวัตถุดิบหรือผลิตภัณฑ์ได้เป็นอย่างดี
ผู้เขียนได้เรียบเรียงความสำคัญ วิธีการ เทคนิค และการทดสอบคุณภาพของเครื่องทดสอบความแข็ง โดยจะเน้นในส่วนของการทดสอบความแข็งทางด้านโลหะและพลาสติก ซึ่งอาจเป็นประโยชน์ต่อผู้อ่านในการพิจารณาเลือกเครื่องมือที่ถูกต้องเหมาะกับการใช้งาน

Hardness Tester คืออะไร ?
      ก่อนที่จะรู้ว่า Hardness Tester คืออะไรนั้น ต้องมาทราบกันก่อนว่า Hardness คืออะไร
Hardness หรือ ความแข็ง เป็นปริมาณทางฟิสิกส์ที่แสดงถึงความสามารถในการคงรูปของวัสดุต่างๆ เมื่อมีแรงภายนอกหรือโหลดมากระทำกับวัตถุนั้นๆ ความแข็งเป็นปริมาณสัมพัทธ์ที่มีความแตกต่างจากปริมาณทางฟิสิกส์อื่นๆ เช่น ระยะทาง เวลา ปริมาตร หรือกระแสไฟฟ้า ตรงที่ไม่มีจำนวนหรือมาตรฐานที่แน่นอน แต่จะขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะทางกายภาพอย่างอื่น เช่น tensile strength, yield strength, ขีดจำกัดความยืดหยุ่น ความต้านทานการเกิดรอย เป็นต้น
ความแข็งของวัสดุจึงกลายเป็นปัจจัยสำคัญในการควบคุมคุณภาพของผลิตภัณฑ์ การคำนวณน้ำหนัก ความดัน หรืออุณหภูมิ เพื่อที่จะดูว่าวัสดุนั้นมีความสามารถในการยืดหยุ่นได้หรือไม่เป็นสิ่งที่ยุ่งยาก การวัดค่าความแข็งเป็นหนึ่งในวิธีการดังกล่าวที่ดูเหมือนจะเป็นวิธีที่ง่ายและดีที่สุด
Hardness Tester จึงเป็นเครื่องมือที่ใช้ในการวัดและทดสอบค่าความแข็งนั่นเอง

คำจำกัดความ
ได้มีการให้คำจำกัดความของความแข็งตามวิธีการออกเป็น 3 แบบหลักๆ ได้แก่ Scratch Hardness, Indentation Hardness และ Rebound Hardness

Scratch Hardness
      Scratch Hardness มักถูกนำไปใช้ในการวัดความแข็งของแร่ แร่ที่มีความแข็งมากกว่าจะทำให้แร่ที่มีความแข็งน้อยกว่าเกิดริ้วรอยขีดข่วนขึ้น เป็นที่ทราบกันดีว่าเพชรบริสุทธิ์เป็นสารที่มีความแข็งมากที่สุด ดังนั้นจึงเป็นตัวที่นำไปใช้ในการทดสอบความแข็งของแร่ตัวอื่นๆ และทดสอบคุณภาพของเพชรด้วยกันเอง

Indentation Hardness
      โดยหลักแล้ว Indentation Hardness จะนำไปใช้ในทางด้านวิศวกรรมและโลหะ หาความต้านทานในการเกิดรอยของวัสดุ ซึ่งจะทำการวัดโดยใช้หัวกดที่มีรูปร่างและขนาดต่างๆ กดลงบนวัสดุ และคำนวณทิศทางของผลการกดที่เกิดขึ้น
Indentation Hardness มีวิธีการที่ใช้ในการวัดความแข็งอย่างหลากหลาย แต่โดยทั่วไปแล้ว ได้แก่ Brinell Hardness Test, Rockwell Hardness Test, Vickers Hardness Test และ Knoop Hardness Test ผลที่ได้จากวิธีการต่างๆ นี้จะไม่มีความเกี่ยวข้องกันเลย 

ลักษณะของหัวกดแบบ Rockwell

Rebound Hardness
      Rebound Hardness หรือที่รู้จักกันว่า Dynamic หรือ Absolute Hardness ใช้ในการวัดการคืนรูปของวัสดุ โดยใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า Scleroscope

เทคนิคการทดสอบความแข็ง
      เดิมเทคนิคในการทดสอบความแข็งมีด้วยกัน 3 วิธี คือ Brinell Hardness, Rockwell Hardness และ Vickers Hardness ซึ่งการทดสอบจะวัดความลึกของหัวกดที่จมลงไปในเนื้อวัสดุ ภายใต้แรงกดและระยะเวลาที่กำหนด ในปัจจุบันวิธีการวัดความแข็ง ได้แก่ Rockwell Hardness, Brinell Hardneess, Vickers Hardness, Knoop Hardness และ Shore

Rockwell Hardness Tester

Rockwell hardness Test

      เป็นวิธีการวัดความแข็งโดยการวัดและเปรียบเทียบความลึกของรอยกดบนพื้นผิววัสดุเมื่อมีแรงกดขนาดต่างๆ มากระทำ ซึ่งจะแบ่งออกเป็น 2 ช่วง คือ แรงกดนำ (preload) ขนาด 10 กิโลกรัม สำหรับการทดสอบแบบปกติ และขนาด 3 กิโลกรัม เพื่อทำการทดสอบพื้นผิว และใส่เพิ่มเข้าไปให้ได้ แรงกดเต็ม (full load) เป็น 60, 100 หรือ 150 สำหรับการทดสอบแบบปกติ และ 15, 30 หรือ 45 เพื่อการทดสอบพื้นผิว แล้วทำการคำนวณค่าความแข็ง Rockwell หัวกดที่ใช้อาจเป็นลูกเหล็กกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดต่างๆ หรือรูปกรวยที่มีมุม 120 องศา และมีเพชรทรงกลมขนาดรัศมี 0.2 มิลลิเมตรอยู่ที่ปลาย การทดสอบแบบนี้เป็นการทดสอบที่ง่าย รวดเร็ว เหมาะสำหรับชิ้นงานที่มีความแข็งสม่ำเสมอตลอดชิ้นงาน

การทดสอบแบบ Brinell

      เป็นวิธีการวัดเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยกดที่เกิดจากหัวกดประเภทเหล็กหรือคาร์ไบด์ที่มีรูปร่างเป็นทรงกลมขนาดต่างๆ บนพื้นผิวของวัสดุ แต่โดยทั่วไปมักมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มิลลิเมตร และแรงกดขนาด 50-3,000 กิโลกรัม แล้วนำไปคำนวณค่าความแข็ง Brinell ตัวเลขต่างๆ ที่ได้จะบอกถึงเงื่อนไขที่ใช้ในการทดสอบ เช่น 75 HBW 10/500/30 หมายความว่า ความแข็ง Brinell มีค่าเท่ากับ 75 หัวกดที่ใช้มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาด 10 มิลลิเมตร ที่แรงกด 500 กิโลกรัม และใช้เวลาในการกด 30 วินาที เป็นต้น การทดสอบนี้มีข้อจำกัดของวัสดุที่นำมาใช้ทดสอบนั้นต้องมีค่าความแข็งไม่เกิน 650 HBW ถ้ามากกว่านี้ วิธีการแบบ Rockwell และ Vickers จะมีความเหมาะสมมากกว่า
การทดสอบแบบ Brinell จะให้รอยกดที่มีความลึกและกว้างกว่าวิธีการอื่นๆ จึงเหมาะสำหรับการวัดค่าความแข็งของตัวอย่างที่มีขนาดใหญ่ และใช้ได้ทั้งวัสดุที่มีลักษณะเป็นเนื้อเดียว (homogeneous) หรือเนื้อผสม (heterogeneous) เนื่องจากขนาดของรอยกดจะครอบคลุมเฟสหรือองค์ประกอบทั้งหมดของเนื้อวัสดุ

Vickers Hardness Test

ลักษณะของหัวกดแบบ Vickers

      เทคนิคนี้เป็นการพัฒนามาจากการทดสอบแบบ Brinell เพื่อลดปัญหาของความถูกต้องในการวัด หัวกดที่ใช้ในวิธีการนี้ คือ เพชร ซึ่งมีรูปร่างเป็นปิระมิดฐานสี่เหลี่ยมจัตุรัส และมีมุมระหว่างผิวหน้าด้านตรงข้ามกันเท่ากับ 136 องศา แรงกดที่ใช้อยู่ระหว่าง 1 กรัม - 100 กิโลกรัม ใช้ระยะเวลากดประมาณ 10-15 วินาที รอยที่เกิดขึ้นมีขนาดเล็กในระดับไมครอนจึงต้องอาศัยกล้องจุลทรรศน์ในการช่วยคำนวณความแข็ง
ค่าความแข็งที่ได้จะแสดงออกมาดังเช่น 800 HV/10 ซึ่งหมายถึง มีค่าความแข็ง Vickers 800 และใช้แรงกด 10 กิโลกรัม ค่าความแข็งที่ได้จากวิธีการนี้จะให้ผลที่ชัดเจนและเป็นรูปแบบมากกว่าวิธีการอื่นๆ และสามารถใช้ทดสอบวัสดุได้อย่างหลากหลายทั้งที่มีองค์ประกอบสม่ำเสมอและไม่สม่ำเสมอ

Knoop Hardness Test
      วิธีการนี้จะคล้ายคลึงกับวิธี Vickers แต่หัวกดที่ใช้เป็นเพชรรูปร่างปิระมิดที่มีมุมเป็น 130 องศา และ 172 องศา 30 ลิปดา เนื่องจากหัวกดมีลักษณะเรียวยาวจึงสร้างรอยกดที่มีความยาวของเส้นทแยงมุมมากกว่าวิธีการอื่นๆ ถึง 7 เท่า ทำให้สามารถเห็นภาพรอยกดได้อย่างชัดเจนแม้ใช้แรงกดต่ำ เทคนิคนี้จึงเหมาะสำหรับการทดสอบฟิล์มบาง หรือวัสดุที่เปราะแตกง่าย รวมถึงการทดสอบสมบัติที่ขึ้นอยู่กับทิศทาง (anisotropy) ได้

ลักษณะของหัวกดแบบ Knoop

Shore
      Shore Scleroscope เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการคำนวณความแข็งของวัสดุในเทอมของความยืดหยุ่น โดยหัวกดที่มีปลายเป็นเพชรจะถูกปล่อยออกจากตำแหน่งความสูงที่กำหนดลงบนส่วนที่ต้องการทดสอบ ค่าความแข็งจะขึ้นอยู่กับความสูงของหัวกดที่กระดอนกลับ วัสดุที่มีความแข็งมาก หัวกดก็จะกระดอนสูง

Shore Scleroscope

      ค่าความแข็ง Shore จะหมายถึงค่าที่วัดความต้านทานของวัสดุที่จะทำให้เกิดรอย ยิ่งค่านี้มีค่าสูงมากเท่าไหร่ จะยิ่งแสดงว่าวัสดุจะเกิดรอยได้ยาก การทดสอบด้วยวิธีนี้เป็นที่นิยมใช้ในการทดสอบความแข็งของพลาสติกและยางเช่นเดียวกันกับวิธีการ Rockwell

วิธีอื่นๆ
      นอกจากวิธีการที่กล่าวมาข้างต้นแล้วยังมีวิธีการอื่นๆ อีก ได้แก่ Moh Hardness Test ซึ่งเป็นวิธีการที่ใช้สำหรับดูว่าวัสดุสามารถเกิดรอยขีดข่วนจากวัสดุอื่นได้มากน้อยเท่าไหร่ วิธีการนี้เหมาะสมสำหรับการวัดความแข็งของแร่ธาตุ แต่ไม่เหมาะสำหรับการวัดความแข็งในอุตสาหกรรมเหล็กหรือเซรามิกส์ อีกวิธีคือ Barcol Hardness เป็นวิธีการหาค่าความแข็งโดยการคำนวณจากความสามารถในการต้านรอยที่เกิดจากเหล็กแหลมที่มีโหลดสปริง
สำหรับวิธีการพิจารณาเลือกเครื่องมือ การสอบเทียบ และการควบคุมคุณภาพของ Hardness Tester จะกล่าวถึงในตอนต่อไป

เอกสารอ้างอิง
1. http://www.indentec.com/reference.html
2. http://www3.tky.3web.ne.jp/~kb01/E/whatis.html
3. http://www.hardnesstesters.com
4. http://www.calce.umd.edu/general/Facilities/Hardness_ad_.htm
5. ดร. จินตมัย สุวรรณประทีป. การทดสอบความแข็ง บางสิ่งที่อาจมองข้าม. LAB.TODAY. ปีที่ 1. ฉบับที่ 5. กรกฎาคม-สิงหาคม 2545. 57.
6. http://en.wikipedia.org/wiki/Haedness
7. Unknown, Mandatory Guidance for Calibration Scopes of Accreditation for Hardness Measurements, A2LA, 12/08/03. http://www.a2fa.org/guidance/Scope_Hardness.pdf.
8. Trevor Sidaway, Hardness Testing - An Integral Part of Quality Control, Materials World, Vol. 12 no. 11 pp. 583-84, November 1994. http://www.amazon.com/details.asp?ArticleID=531

แหล่งทีมา  http://www.thaiscience.com/lab_vol/p22/p22%20การวัดค่าความแข็งของวัสดุ.htm

ไม่สมบูรณ์ เพราะไม่ครบทุกหัวข้อและไม่ใช่เทคนิคทางจุล ฯ อุตสาหกรรม

VIDEO CLIP: การเติมน้ำมันในเครื่องทดสอบความแข็ง

Video Clip: การเติมน้ำมันในเครื่องทดสอบความแข็ง
Filling Bowers CV-600A with Oil

Rockwell Hardness Tester model: CV-600A, 
brand: CV Instruments


หากคุณสนใจในผลิตภัณฑ์ ต้องการรายละเอียดเพิ่มเติม

ขอใบเสนอราคา หรือแจ้งข้อแนะนำในสินค้าและบริการ

ติดต่อ http://www.tonanasia.com โทร 0-2565-9370


แนะนำโดย CH-Admin

Technical Room-003: การทดสอบความแข็งแบบ Brinell Hardness Test (HB)

Brinell Hardness Test (HB)

เป็นการวัดความแข็งโดยอาศัยแรงกดคงที่กระทำกับลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็งลงบนผิวชิ้นงานทดสอบ  ค่าความแข็งจะคำนวณจากแรงกดที่กระทำต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ผิว โดยพื้นที่ผิวมีลักษณะเป็นผิวโค้ง  ดังนั้นสามารถคำนวณค่าความแข็งได้ตามสูตร ดังนี้

HB = 

โดยที่              HB  คือ  ค่าความแข็งแบบ Brinell (kgf/mm2)

                        P   คือ  แรงกด (kgf)

                        D   คือ  เส้นผ่านศูนย์กลางของลูกบอลเหล็กกล้า (mm.)

                        d   คือ  เส้นผ่านศูนย์กลางของรอยกด (mm.)



รูปที่ 1 : การทดสอบแบบ Brinell

แรงกดสำหรับการทดสอบจะอยู่ในช่วง 500-3000 kgf และลูกบอลเหล็กกล้าจะมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 1.0 - 10 มม. โดยใช้ระยะเวลาในการกดประมาณ 10-15 วินาที สำหรับเหล็กหรือเหล็กกล้า  และ 30 วินาทีสำหรับโลหะนิ่ม (เช่น ตะกั่ว  ดีบุก เป็นต้น) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากโลหะมีความแข็งที่แตกต่างกัน หากโลหะที่ทดสอบนิ่มและใช้แรงกดมาก จะมีผลทำให้ระยะที่หัวกดจมลงไปลึกมาก จนอาจเกินกว่าครึ่งลูก ซึ่งจะมีผลต่อการคำนวณค่าความแข็งผิดพลาดได้ หรือหากเลือกแรงกดน้อยไปเมื่อเทียบกับขนาดของลูกบอลเหล็กกล้าก็จะทำให้การแปลผลทำได้ไม่แม่นยำเช่นกัน ดังนั้นการเลือกใช้แรงกด และขนาดลูกบอลจะแตกต่างกันไปด้วย เพื่อป้องกันข้อบกพร่องที่จะพบได้ในการทดสอบด้วยวิธีนี้   เราสามารถพิจารณาได้จากอัตราส่วน P/D2 ดังต่อไปนี้

โลหะ	ค่าความแข็งโดยประมาณ (HB)	อัตราส่วน P/D2
เหล็กกล้าและเหล็กหล่อ	มากกว่า 100	30
ทองแดง, ทองแดงผสม, อะลูมิเนียมผสม	30-200	10
อะลูมิเนียม	15-100	5
ดีบุก, ดีบุกผสม, ตะกั่ว, ตะกั่วผสม	3-20	1

รูปที่ 2 : ลักษณะการทดสอบแบบ Brinell ที่ไม่ถูกต้อง


สำหรับการทดสอบเหล็กกล้าชุบแข็ง หรือโลหะที่มีความแข็งสูงมากๆ จะไม่สามารถทดสอบด้วยลูกบอลเหล็กกล้าชุบแช็งได้  จะต้องใช้ลูกบอลทังสเตนคาร์ไบด์ขนาด 2.45 มม. แทนซึ่งจะใช้สำหรับทดสอบวัสดุที่แข็งตั้งแต่ 444 ถึง 627 HB

                ข้อควรระวังสำหรับการวัดความแข็งด้วยวิธีนี้ ได้แก่

- ผิวของชิ้นงานทดสอบต้องเรียบ เพื่อให้ได้ค่าเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยกดที่แน่นอน  และที่ผิวของชิ้นงานทดสอบต้องไม่มี oxide scale หรือสิ่งแปลกปลอม   นอกจากนี้การเตรียมผิวต้องระวังอย่างมาก โดยหลีกเลี่ยงกรรมวิธีร้อน (heating) และกรรมวิธีเย็น (cold working)

- ต้องระวังตำแหน่งการทดสอบโดยให้ระยะหัวกดอยู่ห่างจากขอบแต่ละด้านของชิ้นงานอย่างน้อย  3 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของลูกบอล   ระยะห่างของแต่ละรอยกดห่างกันอย่างน้อย 3 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของลูกบอล   และชิ้นงานต้องมีความหนาอย่างน้อย 8 เท่าของความลึกของการกด

                - ควรวัดเส้นผ่านศูนย์กลางรอยกด 2 ครั้งในแนวตั้งฉากกัน  แล้วหาค่าเฉลี่ยเพื่อนำไปคำนวณหาความแข็งต่อไป

                การวัดความแข็งแบบ Brinell มีข้อดี คือ ในการกด 1 ครั้งจะครอบคลุมหลายๆ เฟสของชิ้นงาน ทำให้ได้ค่าความแข็งที่สม่ำเสมอ  ซึ่งหากวัดด้วยวิธีที่ใช้หัวกดขนาดเล็กมาก อาจทำให้วัดได้เพียงเฟสเดียว ทำให้ค่าความแข็งที่ได้  ไม่ได้เป็นค่าที่แสดงถึงความแข็งของทั้งวัสดุนั้น   แต่ข้อจำกัดของวิธีนี้ คือ ชิ้นงานต้องมีขนาดใหญ่เพียงพอที่จะวัดกับหัวกดได้ และไม่ควรวัดกับชิ้นงานที่มีรัศมีผิวโค้งน้อยกว่า 1 นิ้ว

ขอบคุณที่มา: http://www.rmutphysics.com/charud/specialnews/6/iron1/index5.htm
สนใจเครื่องวัดความแข็ง : http://www.tonanasia.net

Technical Room-002: การทดสอบความแข็ง (Hardness test) แบบ Vickers Hardness Test

Vickers Hardness Test เป็นการวัดความแข็งโดยใช้หัวกดเพชรมีลักษณะเป็นปิรามิดฐานสี่เหลี่ยม ที่ปลายหัวกดทำมุม 136? (เป็นมุมที่มีองศาใกล้เคียงกับหัวกดลักษณะกลมมากที่สุด) เป็นเวลา 10-15 วินาที ค่าความแข็งจะคำนวณจากแรงกดที่กระทำต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ผิวเช่นเดียวกับการทดสอบแบบ Brinell แต่วิธีนี้หัวกดเป็นเพชรซึ่งมีความแข็งสูงมากๆ   ดังนั้นในการใช้งานจึงสามารถวัดค่าความแข็งได้ตั้งแต่โลหะที่นิ่มมาก (HV ประมาณ 5) จนถึงโลหะที่แข็งมากๆ (VHN ประมาณ 1500) โดยไม่ต้องเปลี่ยนหัวกด  จะเปลี่ยนก็เฉพาะแรงกดเท่านั้น โดยมีตั้งแต่ 1-120 kgf ขึ้นอยู่กับความแข็งของโลหะที่ทดสอบ  ซึ่งทำให้วิธีนี้มีข้อได้เปรียบกว่า Brinell คือ ไม่ต้องคำนึงถึงอัตราส่วน P/D2  และข้อจำกัดในด้านความหนาของชิ้นงานทดสองเนื่องจากหัวกดเพชรมีขนาดเล็กมาก

HV = 

โดยที่              HV คือ  ค่าความแข็งแบบ Vicker (kgf/mm2)

                        P   คือ  แรงกด (kgf)

                        d   คือ  ขนาดเส้นทะแยงมุม d1 และ d2 เฉลี่ย (mm.)

รูปที่ 3 : ลักษณะรอยกดจากหัวเพชรของ Vickers Hardness Test

                ข้อควรระวังสำหรับการวัดความแข็งด้วยวิธีนี้ ได้แก่

-          การเลือกใช้น้ำหนักกดมีผลต่อความแข็งด้วย คือ ถ้าเลือกน้ำหนักน้อยเกินไป จะได้ค่าความแข็งที่ผิด แต่ถ้าชิ้นงานนิ่มและใช้น้ำหนักกดมากเกินไป   อาจทำให้เกิดปัญหากับหัวกดเพชรตอนคลายหัวกดได้

-          ผิวของชิ้นงานทดสอบต้องไม่มี oxide scale หรือสิ่งแปลกปลอม  การเตรียมผิวของชิ้นทดสอบต้องใช้ความระมัดระวังอย่างมาก  และหลีกเลี่ยงกรรมวิธีร้อน (heating) หรือกรรมวิธีเย็น (cold working)

-          ไม่ควรวัดความแข็งในบริเวณที่ใกล้กับตำแหน่งเดิม โดยควรเว้นระยะห่างไว้ไม่น้อยกว่า 2.5 เท่าของเส้นทแยงมุมรอยกด ทั้งตามแนวแกน x และ y

-          ความหนาของชิ้นงานทดสอบควรมากกว่าอย่างน้อย 1.5 เท่าของเส้นทแยงมุมของรอยกด  และหลังจากการทดสอบวัดความแข็ง ไม่ควรมีการเปลี่ยนแปลงใดๆ ให้เห็นทางด้านหลัง (อีกด้านหนึ่ง) ของชิ้นงานทดสอบ

-          การอ่านค่าความยาวเส้นทแยงมุม จะขึ้นกับสายตาของแต่ละคน ดังนั้นควรให้คนใดคนหนึ่งเป็นผู้อ่านค่า

วิธีทดสอบนี้ไม่เป็นที่นิยมในการใช้งานสำหรับภาคอุตสาหกรรม เนื่องจากข้อจำกัดที่ทดสอบได้ช้า  ต้องมีเตรียมผิวที่ดี เพื่อให้ได้ค่าเส้นทแยงมุมของรอยกดที่แน่นอน  และมีโอกาสผิดพลาดในการวัดระยะเส้นผ่านศูนย์กลางได้

ขอบคุณที่มา: http://www.rmutphysics.com/charud/specialnews/6/iron1/index5.htm
สนใจผลิตภัณฑ์ : http://www.tonanasia.net

Technical Room-001: การทดสอบความแข็ง (Hardness test) แบบ Rockwell Hardness Test

Rockwell Hardness Test

                เป็นวิธีวัดความแข็งของโลหะที่นิยมใช้มากที่สุด โดยจะวัดความแข็งจากความลึกระยะกดที่ถูกหัวกดกดด้วยแรงคงที่ ซึ่งจะแตกต่างจากแบบ Brinell และ Vicker ที่วัดจากแรงกดต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ ดังนั้นวิธีนี้จึงมีการวัดด้วยกันหลายสเกล เพื่อให้สามารถเลือกใช้วัดความแข็งได้เหมาะสมที่สุด   แรงที่ใช้กดมี 2 ส่วน คือ minor load และ major load

                Minor load เป็นแรงที่ยึดหัวกดลูกบอลเหล็กชุบแข็ง หรือหัวกดเพชรไว้บนผิวโลหะที่จะวัดความแข็ง

                Major load เป็นแรงที่มากกว่า minor load และกดลงภายหลังจากให้ minor load กับชิ้นงาน

                สำหรับมาตรฐานความแข็งแบบ Rockwell มีอยู่ 15 สเกล (ไม่รวม superficial hardness scale) ดังแสดงในตารางที่ 1

ตารางที่ 1 : การวัดความแข็งแบบ Rockwell สเกลต่างๆ

สเกล	ประเภทหัวกด	Major laod, kgf	การใช้งานทั่วไป
A	หัวกดเพชร (two scales-carbide and steel)	60	ซีเมนต์คาร์ไบด์, เหล็กกล้าที่มีขนาดบาง และเหล็กกล้าชุบแข็งผิวไม่ลึก (shallow case-hardening steel)
B	ลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็ง 1/16 นิ้ว (1.588 มม.)	100	โลหะผสมของทองแดง (Copper alloys), เหล็กกล้าที่ไม่แข็งมาก (soft steels), โลหะผสมของอะลูมิเนียม (aluminum alloys) และเหล็กหล่ออบเหนียว (malleable iron)
C	หัวกดเพชร	150	เหล็กกล้า, เหล็กหล่อที่มีความแข็งสูง (hard cast irons), เหล็กหล่ออบเหนียวชนิดเพอร์ริติก, ไทเทเนียม, เหล็กกล้าชุบแข็งที่ผิวลึก และวัสดุอื่นๆ ที่มีความแข็งมากกว่า 100 HRB
D	หัวกดเพชร	100	เหล็กกล้าที่มีขนาดบาง และเหล็กกล้าชุบแข็งที่ผิว  และเหล็กหล่ออบเหนียวชนิดเพอร์ริติก
E	ลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็ง 1/8 นิ้ว (3.175มม.)	100	เหล็กหล่อ, โลหะผสมของอะลูมิเนียม  โลหะผสมของแมกนีเซียม และโลหะสำหรับผลิตแบริ่ง
F	ลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็ง 1/16 นิ้ว (1.588 มม.)	60	โลหะผสมของทองแดงที่ผ่านการอบอ่อน และโลหะแผ่นบางที่ไม่แข็ง
G	ลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็ง 1/16 นิ้ว (1.588 มม.)	150	บรอนซ์ผสมฟอสฟอรัส (Phosphor bronze), โลหะผสมทองแดง-เบอริเลียม (beryllium copper), เหล็กหล่ออบเหนียว. โดยความแข็งสูงสุดที่วัดได้จะต้องไม่เกิน 92 HRG เพื่อป้องกันหัวกดเสียหาย
H	ลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็ง 1/8 นิ้ว (3.175 มม.)	60	อะลูมิเนียม, สังกะสี และตะกั่ว
K	ลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็ง 1/8 นิ้ว (3.175 มม.)	150	โลหะสำหรับผลิตแบริ่ง และวัสดุอื่นๆ ที่บางและนิ่ม  โดยเลือกใช้ลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็งขนาดเล็กและใช้แรงกดสูงเพื่อป้องกันผลของ anvil effect
L	ลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็ง 1/4 นิ้ว (6.350 มม.)	60	โลหะสำหรับผลิตแบริ่ง และวัสดุอื่นๆ ที่บางและนิ่ม  โดยเลือกใช้ลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็งขนาดเล็กและใช้แรงกดสูงเพื่อป้องกันผลของ anvil effect
M	ลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็ง 1/4 นิ้ว (6.350 มม.)	100	โลหะสำหรับผลิตแบริ่ง และวัสดุอื่นๆ ที่บางและนิ่ม  โดยเลือกใช้ลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็งขนาดเล็กและใช้แรงกดสูงเพื่อป้องกันผลของ anvil effect
P	ลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็ง 1/4 นิ้ว (6.350 มม.)	150	โลหะสำหรับผลิตแบริ่ง และวัสดุอื่นๆ ที่บางและนิ่ม  โดยเลือกใช้ลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็งขนาดเล็กและใช้แรงกดสูงเพื่อป้องกันผลของ anvil effect
R	ลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็ง 1/2 นิ้ว (12.70 มม.)	60	โลหะสำหรับผลิตแบริ่ง และวัสดุอื่นๆ ที่บางและนิ่ม  โดยเลือกใช้ลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็งขนาดเล็กและใช้แรงกดสูงเพื่อป้องกันผลของ anvil effect
S	ลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็ง 1/2 นิ้ว (12.70 มม.)	100	โลหะสำหรับผลิตแบริ่ง และวัสดุอื่นๆ ที่บางและนิ่ม  โดยเลือกใช้ลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็งขนาดเล็กและใช้แรงกดสูงเพื่อป้องกันผลของ anvil effect
V	ลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็ง 1/2 นิ้ว (12.70 มม.)	150	โลหะสำหรับผลิตแบริ่ง และวัสดุอื่นๆ ที่บางและนิ่ม  โดยเลือกใช้ลูกบอลเหล็กกล้าชุบแข็งขนาดเล็กและใช้แรงกดสูงเพื่อป้องกันผลของ anvil effect

ค่าความแข็งจะแสดงเป็น 2 ส่วน คือ ตัวเลขค่าความแข็งที่วัดได้ และสัญลักษณ์ของสเกลที่ใช้วัด (แสดงถึงลักษณะหัวกดที่ใช้วัด  ค่า และmajor load) ตัวอย่าง เช่น 64.0 HRC หมายความค่า ตัวเลขความแข็งที่อ่านได้เท่ากับ 64.0 ด้วยการวัดแบบ Rockwell สเกล C ที่ใช้หัดกดเพชร และมีค่า major load เท่ากับ 100 kgf

                ส่วนใหญ่การทดสอบเหล็กกล้า และวัสดุอื่นๆ จะใช้เป็น Rockwell สเกล C และ B อย่างไรก็ตาม เนื่องจากไม่ได้มีการกำหนดสเกลที่ชัดเจน ดังนั้นจึงควรพิจารณาถึงปัจจัยอื่นๆ ด้วย เพื่อให้เลือกใช้สเกลได้เหมาะสมที่สุด ซึ่งปัจจัยต่างๆ ที่ต้องคำนึงถึง ได้แก่

?       ชนิดของวัสดุ โดยทั่วไปผลการทดสอบที่ดีที่สุด ได้จากการใช้แรงกดสูงที่สุดเท่าที่ชิ้นงานทดสอบจะสามารถรับได้ และจากตารางที่ 1 จะบอกได้ว่าวัสดุที่ทดสอบควรใช้สเกลแบบไหน เช่น วัสดุแข็ง เช่น เหล็กกล้า หรือทังสเตนคาร์ไบด์ จะต้องใช้สเกล A, C, D เท่านั้น

?       ความหนาของชิ้นงานทดสอบ  ควรมากกว่าความลึกของรอยกดอย่างน้อย 10 เท่า  เพื่อให้ได้ค่าความแข็งที่ถูกต้อง ซึ่งการวัดความลึกรอยกด แบ่งได้เป็น 2 ส่วน ดังนี้

-            ความลึกรอยกด = (100 - ค่าความแข็งที่วัดได้) x 0.002       สำหรับหัวกดเพชร

-            ความลึกรอยกด = (130 - ค่าความแข็งที่วัดได้) x 0.002       สำหรับหัวกดบอล

นอกจากนี้ภายหลังการทดสอบจะต้องไม่มีรอยนูนเกิดขึ้นทางด้านหลังของชิ้นงานทดสอบด้วย

?       รูปร่างของชิ้นงานทดสอบ และตำแหน่งในการวัด

-            ชิ้นงานรูปทรงยาว จะต้องติดตั้งแท่นรองรับเพื่อให้มั่นใจได้ว่า ผิวทดสอบที่ทำการวัดความแข็งตั้งฉากกับแนวกดของหัวกด

-            ชิ้นงานทรงกระบอก  การวัดค่าความแข็งให้ถูกต้องจะต้องใช้ค่า correction factor ช่วยปรับค่าความแข็งที่อ่านได้  เนื่องจากในการวัดความแข็งของผิวนูน (convex) หักกดจะกดลงไปลึกมากกว่าปกติ ดังนั้นค่าที่อ่านได้จะน้อยกว่าความเป็นจริง  ดังนั้นค่า correction factor (ตารางที่ 2) จะถูกบวกเข้าไปเมื่อวัดความแข็งกับผิวชิ้นงานทรงกระบอก นอกจากนี้ในการวัดความแข็งชิ้นงานทรงกระบอกจะต้องใช้แท่นตัววี (V anvil) เพื่อช่วยรองรับชิ้นงานทดสอบให้อยู่นิ่งกับที่

ตารางที่ 2 : ค่า Correction factors สำหรับการวัดความแข็งชิ้นงานทรงกระบอก

	Correction factors สำหรับชิ้นงานทดสอบที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับ
ค่าความแข็งที่อ่านได้	6.350 มม. (0.250 นิ้ว)	9.525 มม. (0.375 นิ้ว)	12.700 มม. (0.500 นิ้ว)	15.875 มม. (0.625 นิ้ว)	19.050 มม. (0.750 นิ้ว)	22.225 มม. (0.875 นิ้ว)	25.400 มม. (1.000 นิ้ว)
การทดสอบความแข็ง ด้วยลูกบอล 1/16 นิ้ว (1.588 มม.) (Rockwell สเกล B, F และ G)
0	*	*	*	*	4.5	3.5	3.0
10	*	*	*	5.0	4.0	3.5	3.0
20	*	*	*	4.5	4.0	3.5	3.0
30	*	*	5.0	4.5	3.5	3.0	2.5
40	*	*	4.5	4.0	3.0	2.5	2.5
50	*	*	4.0	3.5	3.0	2.5	2.0
60	*	5.0	3.5	3.0	2.5	2.0	2.0
70	*	4.0	3.0	2.5	2.0	2.0	1.5
80	5.0	3.5	2.5	2.0	1.5	1.5	1.5
90	4.0	3.0	2.0	1.5	1.5	1.5	1.0
100	3.5	2.5	1.5	1.5	1.0	1.0	0.5
การทดสอบความแข็ง ด้วยหัวกดเพชร (Rockwell สเกล C, D และ A)
20	*	*	*	2.5	2.0	1.5	1.5
30	*	*	2.5	2.0	1.5	1.5	1.0
40	*	2.5	2.0	1.5	1.0	1.0	1.0
50	2.5	2.0	1.5	1.0	1.0	0.5	0.5
60	1.5	1.0	1.0	0.5	0.5	0.5	0.5
70	1.0	1.0	0.5	0.5	0.5	-	-
80	0.5	0.5	0.5	-	-	-	-

หมายเหตุ :   *  เป็น correction factor ที่เกิน 5.0 (สำหรับ Rockwell สเกล B, F และ G) และ 3.0 (สำหรับ Rockwell สเกล C, D และ A) ซึ่งไม่เป็นที่ยอมรับ จึงไม่รวมอยู่ในตาราง

-            การวัดความแข็งผิวด้านใน (เช่น ด้านในของวงแหวน) ส่วนใหญ่จะใช้หัวกดแบบ gooseneck adapter

-            ระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางของรอยกด กับขอบของชิ้นงานทดสอบควรมากกว่า 2.5 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางรอยกด  และไม่ควรวัดความแข็งในบริเวณที่ใกล้กับตำแหน่งเดิม โดยควรเว้นระยะห่างไว้ไม่น้อยกว่า 4 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางรอยกด

ขอบคุณที่มา: http://www.rmutphysics.com/charud/specialnews/6/iron1/index5.htm
สนใจผลิตภัณฑ์ : http://www.tonanasia.net