เพื่อให้มั่นใจในประสิทธิภาพและอายุการใช้งาน วัสดุของใบมีด เครื่องมือวัด และแม่พิมพ์ที่ใช้ในการผลิตเครื่องจักร ควรมีความแข็งเพียงพอวันนี้ ผมจะมาพูดคุยเกี่ยวกับความแข็งของวัสดุให้คุณฟังความแข็งคือการวัดความสามารถของวัสดุในการต้านทานการเสียรูปเฉพาะที่ โดยเฉพาะการเสียรูปถาวร การกดทับ หรือการขีดข่วน โดยทั่วไป ยิ่งวัสดุมีความแข็งมากเท่าใด ความต้านทานการสึกหรอของวัสดุก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น เช่น เฟืองและชิ้นส่วนเครื่องจักรอื่นๆ จะต้องมีความแข็งในระดับหนึ่งเพื่อให้แน่ใจว่ามีความต้านทานการสึกหรอและอายุการใช้งานเพียงพอ
ประเภทของความแข็ง
ดังที่แสดงไว้ข้างต้น มีความแข็งหลายประเภท ผมจะแนะนำการทดสอบความแข็งแบบกดทับที่ใช้กันทั่วไปและใช้งานได้จริงในโลหะ
นิยามของความแข็ง
1. ความแข็งบริเนลล์
วิธีการทดสอบความแข็งบริเนลล์ (สัญลักษณ์ HB) ซึ่งได้รับการยอมรับว่าเป็นข้อกำหนดความแข็ง เป็นหนึ่งในวิธีการแรกๆ ที่ได้รับการพัฒนาและสรุป และมีส่วนช่วยในการเกิดขึ้นของวิธีการทดสอบความแข็งอื่นๆ
หลักการทดสอบความแข็งบริเนลล์คือ: หัวกด (ลูกบอลเหล็กหรือลูกบอลคาร์ไบด์ เส้นผ่านศูนย์กลาง D มม.) ใช้แรงทดสอบ F หลังจากกดชิ้นงานแล้ว พื้นที่สัมผัส S (ตร.มม.) ระหว่างหัวกดลูกบอลกับชิ้นงานจะคำนวณจากเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยกด d (มม.) ที่เกิดจากหัวกด และค่าที่ได้จากแรงทดสอบจะถูกหักออก เมื่อหัวกดเป็นลูกบอลเหล็ก สัญลักษณ์คือ HBS และเมื่อเป็นลูกบอลคาร์ไบด์คือ HBW. k คือค่าคงที่ (1/g= 1/9.80665 = 0.102)
2. ความแข็งวิกเกอร์ส
ความแข็งวิกเกอร์ส (สัญลักษณ์ HV) เป็นวิธีการทดสอบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ซึ่งสามารถทดสอบได้ด้วยแรงทดสอบใดๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านความแข็งต่ำกว่า 9.807N
ความแข็งวิกเกอร์สคือค่าที่ได้จากการหารแรงทดสอบ F (N) ด้วยพื้นที่สัมผัส S (ตร.มม.) ระหว่างแผ่นมาตรฐานกับหัวกด คำนวณจากความยาวเส้นทแยงมุม d (มม. ความยาวเฉลี่ยในสองทิศทาง) ของรอยกดที่เกิดขึ้นบนแผ่นมาตรฐานโดยหัวกด (เพชรทรงกรวยสี่เหลี่ยม มุมพื้นผิวสัมพัทธ์ = 136°) ที่แรงทดสอบ F (N) k คือค่าคงที่ (1/g=1/9.80665)
3. ความแข็งนูพ
ความแข็งนูพ (สัญลักษณ์ HK) ดังแสดงในสูตรด้านล่าง คำนวณโดยการหารแรงทดสอบด้วยพื้นที่ฉายของรอยกด A (ตร.มม.) โดยพิจารณาจากความยาวเส้นทแยงมุมที่ยาวกว่า d (มม.) ของรอยกดที่เกิดขึ้นบนแผ่นมาตรฐานที่แรงทดสอบ F โดยการกดหัวกดเพชรยาวที่มีมุมด้านข้างสัมพัทธ์ 172°30' และ 130°
ความแข็งนูพสามารถวัดได้โดยการเปลี่ยนหัวกดวิกเกอร์สของเครื่องวัดความแข็งขนาดเล็กด้วยหัวกดนูพ
4. ความแข็งร็อกเวลล์
ความแข็งร็อกเวลล์ (สัญลักษณ์ HR) หรือความแข็งผิวร็อกเวลล์ วัดโดยการใช้แรงก่อนโหลดกับแผ่นมาตรฐานโดยใช้หัวกดเพชร (มุมปลายกรวย: 120°, รัศมีปลาย: 0.2 มม.) หรือหัวกดทรงกลม (ลูกบอลเหล็กหรือลูกบอลคาร์ไบด์) จากนั้นใช้แรงทดสอบและคืนแรงก่อนโหลด
ค่าความแข็งนี้ได้มาจากสูตรความแข็ง ซึ่งแสดงเป็นผลต่างของความลึกของรอยกด h (µm) ระหว่างแรงก่อนโหลดและแรงทดสอบ การทดสอบความแข็งร็อกเวลล์ใช้แรงก่อนโหลด 98.07N และการทดสอบความแข็งผิวร็อกเวลล์ใช้แรงก่อนโหลด 29.42N สัญลักษณ์เฉพาะที่ให้มาพร้อมกับประเภทหัวกด แรงทดสอบ และสูตรความแข็ง เรียกว่าสเกล มาตรฐานอุตสาหกรรมญี่ปุ่น (JIS) กำหนดสเกลความแข็งที่เกี่ยวข้องต่างๆ
HR (หัวกดเพชร, ความแข็งร็อกเวลล์) = 100-h/0.002 h:มม
HR (หัวกดลูกบอล, ความแข็งร็อกเวลล์) = 130-h/0.002 h:มม
HR (หัวกดเพชร/ลูกบอล, ความแข็งผิวร็อกเวลล์) = 100-h/0.001 h:มม
เครื่องทดสอบความแข็ง
มีการใช้งานอย่างแพร่หลายเนื่องจากใช้งานง่ายและรวดเร็ว และสามารถทดสอบได้โดยตรงบนพื้นผิวของวัตถุดิบหรือชิ้นส่วน
คู่มือการเลือกความแข็งคู่มือการเลือกวิธีการทดสอบความแข็งเพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงของคุณ:
วัสดุ
ความแข็งไมโครวิกเกอร์ส
| (ความแข็งนูพ) |
คุณสมบัติวัสดุพื้นผิวขนาดเล็ก ความแข็งวิกเกอร์ส |
ความแข็งร็อกเวลล์ | ความแข็งผิวร็อกเวลล์ | ความแข็งบริเนลล์ | ความแข็งชอร์ | (HS) |
ความแข็งชอร์ (HA/HC/HD) ความแข็งลีบ |
ความแข็งแรงและคุณสมบัติของวัสดุ | ● |
| ● | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | |||||||
| ● | ● | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | |||||
| ▲ | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | ● | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | ||
| ▲ | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | ● | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | |||
| ● | ● | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | |||||||
| เหล็กหล่อ | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | ||||||||
| ยาง, ฟองน้ำ | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | ||||||||
| รูปร่าง | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส |
| (ความแข็งนูพ) |
คุณสมบัติวัสดุพื้นผิวขนาดเล็ก ความแข็งวิกเกอร์ส |
ความแข็งร็อกเวลล์ | ความแข็งผิวร็อกเวลล์ | ความแข็งบริเนลล์ | ความแข็งชอร์ | (HS) |
ความแข็งชอร์ (HA/HC/HD) ความแข็งลีบ |
ความแข็งแรงและคุณสมบัติของวัสดุ | ● |
| ● | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | |||||
| ● | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | |||||||
| ▲ | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | ● | |||||||
| ● | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | ||||||
| ● | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | |||||||
| ▲ | ● | ● | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | |||||
| การตรวจสอบ, | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส |
|
ความแข็งไมโครวิกเกอร์ส (ความแข็งนูพ) |
คุณสมบัติวัสดุพื้นผิวขนาดเล็ก ความแข็งวิกเกอร์ส |
ความแข็งร็อกเวลล์ | ความแข็งผิวร็อกเวลล์ | ความแข็งบริเนลล์ | ความแข็งชอร์ | (HS) |
ความแข็งชอร์ (HA/HC/HD) ความแข็งลีบ |
ความแข็งแรงและคุณสมบัติของวัสดุ | ● |
| ● | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | ● | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส |
| ● | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | ● | ● | |||
| ● | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | |||||||
| ● | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | ||||||
| ● | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | ||||||
| ● | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | |||||||
| ความแข็งของโลหะเชื่อม | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | ||||||||
| ● | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | |||||||
| ความเหนียวจากการแตกหัก (เซรามิก) | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | ||||||||
| ● | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส | การแปลงค่าความแข็งนูพเป็นวิกเกอร์ส |
จากข้อเท็จจริงที่ว่าวัตถุที่มีความแข็งเท่ากันมีความต้านทานต่อหัวกดนูพและวิกเกอร์สทั้งสองประเภทเท่ากัน จึงได้อนุมานแรงเค้นของหัวกดวิกเกอร์สและนูพทั้งสองประเภทภายใต้ภาระตามลำดับ และจากนั้นตาม σHK=σHV จะได้ HV=0.968HK สูตรนี้วัดภายใต้ภาระต่ำ และข้อผิดพลาดค่อนข้างมาก นอกจากนี้ เมื่อค่าความแข็งมากกว่า HV900 ข้อผิดพลาดของสูตรนี้จะมาก และค่าอ้างอิงจะสูญเสียไป
สูตรการแปลงค่าความแข็งร็อกเวลล์เป็นความแข็งวิกเกอร์สที่เสนอโดย Hans· Qvarnstorm ได้รับการแก้ไข:
สูตรนี้ถูกเปรียบเทียบกับค่าการแปลงจากการทดลองมาตรฐาน และข้อผิดพลาดระหว่างผลการคำนวณของสูตรการแปลงและค่าจากการทดลองมาตรฐานคือ ±0.1HRC
สูตรนี้มีช่วงการใช้งานที่จำกัดและมีข้อผิดพลาดมาก แต่คำนวณได้ง่าย และสามารถใช้ได้เมื่อความแม่นยำไม่สูง
ได้วิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างรอยกดบริเนลล์และความลึกของรอยกดร็อกเวลล์ และได้สูตรการแปลงตามแรงเค้น σHRC=σHB ของหัวกด
ข้อผิดพลาดของสูตรมีมาก และช่วงการใช้งานมีจำกัด แต่การคำนวณทำได้ง่าย และสามารถใช้ได้เมื่อความแม่นยำไม่สูง
ความสัมพันธ์ระหว่างความแข็งบริเนลล์และความแข็งวิกเกอร์สก็อิงตาม σHB=σHV เช่นกัน
การแปลงค่านูพเป็นร็อกเวลล์
เนื่องจากเส้นโค้งที่สอดคล้องกันของนูพและร็อกเวลล์คล้ายกับพาราโบลา สูตรการแปลงโดยประมาณจึงได้มาจากเส้นโค้ง
