Rockwell hardness ความแข็งร็อกเวลล์

Posted by Asavapath on May 31, 2014

ความแข็งของผิววัสดุซึ่งวัดโดยใช้หัวกดเพชร ปลายรูปกรวย หรือหัวกดเหล็กกล้าชุบแข็งรูปทรงกลมโดยการกดด้วยแรงไม่มากนักในขั้นแรก จากนั้นจึงกดซ้ำด้วยแรงที่มากกว่าเดิม แล้ววัดความลึกที่เพิ่มขึ้น ความแข็งร็อกเวลมีหลายสเกล เช่น HRA, HRBและ HRC ซึ่งจะเหมาะสมกับช่วงความแข็งต่างกัน เช่น HRC เหมาะในการวัดความแข็งของวัสดุที่แข็งมากเช่น เหล็กกล้าที่ผ่านการชุบแข็งมาแล้ว

metal354.jpg

ความหมายของค่าความแข็ง

 

ในการเลือกใช้งานวัสดุชนิดต่างๆ เบื้องต้นผู้ออกแบบรวมถึงผู้ใช้งาน จะต้องทราบคุณสมบัติที่สำคัญๆ ของวัสดุประเภทนั้นๆ ก่อน
เพื่อใช้ในการตัดสินใจและคุณสมบัติต่างๆ ที่สำคัญมีดังต่อไปนี้

 

คุณสมบัติทางเคมี (Chemical Properties)

 

เป็นคุณสมบัติที่เกี่ยวกับปฏิกิริยาทางเคมีของวัสดุการเลือกวัสดุเพื่อนำไป ใช้ในงานช่าง จะต้องพิจารณาถึงคุณสมบัติทางเคมี
ของวัสดุ ได้แก่ การกัดกร่อน, ส่วนผสม และลักษณะโครงสร้างทางเคมีของส่วนผสมในวัสดุ เป็นต้น

 

คุณสมบัติทางฟิสิกส์ (Physical Properties)

 

เป็นคุณสมบัติของวัสดุที่ไม่เกี่ยวกับแรงที่มากระทำ แต่เกี่ยวกับคุณภาพหรือคุณลักษณะของเนื้อวัสดุ คุณสมบัติทางฟิสิกส์
ได้แก่ ความร้อนจำเพาะ, การนำความร้อน, สัมประสิทธิ์การขยายตัว, ความหนาแน่น และความต้านทานไฟฟ้า เป็นต้น

 

คุณสมบัติทางกล (Mechanical Properties)

 

เป็นคุณสมบัติที่เกี่ยวกับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นของวัสดุ เมื่อมีแรงจากภายนอกมากระทำต่อวัสดุ คุณสมบัติทางกลได้แก่
ความแข็งแรง, ความแข็ง, ความสามารถในการยืดตัว, ความยืดหยุ่น, ความเหนียว เป็นต้น
ในส่วนที่กล่าวมาทั้งหมดมีความสำคัญ และแตกต่างกันออกไปขึ้นอยู่กับว่าผู้ออกแบบหรือผู้ใช้งานเน้นการใช้งานที่ จุดจุดใด
มากที่สุดแต่สิ่งที่สำคัญ และจะต้องทราบเป็นอันดับแรกๆ ก็คือคุณสมบัติทางกล ค่าความเค้น, ค่าความเค้นแรงดึง
ค่าความเค้นแรงอัด, ค่าความเค้นแรงเฉือน , และที่จะเน้นในบทความตอนนี้คือ ค่าความแข็งของวัสดุ
ค่าความแข็งของวัสดุ ถ้าต้องการทราบค่าความแข็งจะต้องเข้าสู่กระบวนการทดสอบความแข็งแบบทำลาย โดยการทดสอบ

 

โดยที่ค่าการทดสอบความแข็งจะถูกนำมาใส่รวมไว้ในตาราง เพื่อที่จะสามารถทำการเปรียบเทียบความแข็งในระบบการทดสอบ
แบบต่างๆ และง่ายสะดวกต่อการใช้งาน โดยที่รูปแบบของการทดสอบความแข็งโดยที่ใช้งานทั่วๆ ไป
การทดสอบความแข็ง (hardness test) ค่าความแข็งเป็นสมบัติทางกลที่สำคัญค่าหนึ่ง บ่งบอกถึงความสามารถในการ
ต้านทานการเปลี่ยนรูปถาวรของวัสดุ เนื่องจากการกดหรืออัด มีการทดสอบดังนี้

 

  • การทดสอบความแข็งของบริเนล์ (brinell hardness test) ชาวสวีเดนใช้ลูกบอลเหล็กกด แล้ววัดเส้นผ่าศูนย์กลางรอยกด
  • การทดสอบความแข็งแบบวิกเกอร์ ใช้ตัวกดทำด้วยเพชรเจียระไน วัดเส้นทแยงมุม ของรอยกด
  • การทดสอบความแข็งแบบรอกเวลล์ ลุคเวลชาวเยรมัน วัดความลึกของหัวกดซึ่งทำด้วยเพชรทรงกรวย

 

1. Brinell Hardness Test

 

  • ใช้หัวกดลูกบอลเหล็กกล้ากลมขนาด D 10 mm. แรงในการกด 3,000 kg.
  • เมื่อใช้แรงกดแล้ว แช่ไว้สักพัก (15 s – 30 s) แล้วปลดแรงกด ก็จะพบรอยกดที่ชิ้นงาน (ดังรูปตัวอย่าง)
  • ค่าความแข็ง Brinell hardness Number (BHN) สามารถคำนวณได้จากแรงกดหารด้วยพื้นที่ผิวของรอยกด

 

ข้อดี ของการทดสอบแบบ Brinell Hardness

 

  • ความขรุขระและรอยขีดข่วนมีผลต่อค่าความแข็งที่ได้ค่อนข้างน้อย
  • พื้นที่ทดสอบขนาดใหญ่ ค่าที่ได้เป็นการเฉลี่ยความแข็งของหลายเฟสในบริเวณที่ทดสอบ

 

ข้อด้อย ของการทดสอบ Brinell Hardness

 

  • พื้นที่ทดสอบขนาดใหญ่ ทำลายชิ้นงานมาก
  • เมื่อต้องการเปรียบเทียบผลการทดลองกัน จะต้องรักษามุมของการกดให้เท่ากัน ซึ่งทำได้ยาก

 

Brinell Hardness Test Brinell Hardness Test Brinell Hardness Test

 

2. Vickers Hardness Test

 

  • ใช้หัวกดแบบพิระมิดฐานสี่เหลี่ยม ใช้แรงในการกดมากน้อยขึ้นอยู่กับความแข็งของวัสดุที่ทดสอบ
  • เมื่อใช้แรงกดแล้ว แช่ไว้สักพัก (Dwell Time) แล้วปลดแรงกด ก็จะพบรอยกดที่ชิ้นงาน (ดังรูปตัวอย่าง)
  • ค่าความแข็ง Vickers hardness Number (VHN) สามารถคำนวณได้จากแรงกดหารด้วยพื้นที่ผิวของรอยกด

 

ข้อดี ของการทดสอบแบบ Vickers Hardness

 

  • สามารถทดสอบโลหะที่มีความแข็งต่างกันมากได้โดยไม่ต้องทำการเปลี่ยนหัวกด
  • รอยกดมีขนาดเล็ก ทำลายชิ้นงานน้อย
  • เมื่อเปลี่ยนโหลดสามารถนำผลที่ได้มาเปรียบเทียบกันได้ เนื่องจากรอยกดที่เกิดจากพีระมิดมี geometry เหมือนกันไม่ว่าจะมี
    ขนาดแค่ไหน

 

ข้อด้อย ของการทดสอบ Vickers Hardness

 

  • อาจแปรผลคลาดเคลื่อนได้ง่าย เนื่องจากการวัดความยาวของเส้นทแยงมุม ขึ้นอยู่กับผู้วัดสำหรับวัสดุบางประเภทรอบกดที่ได้ เบี่ยงเบนไปจากรอยกดที่สมบูรณ์
  • พื้นที่ที่ทำการวัดความแข็งมีขนาดเล็ก ทำให้ค่าความแข็งขึ้นอยู่กับเฟสในแต่ละพื้นผิว อาจไม่ใช่ตัวแทนของค่าความแข็ง ทั้งชิ้นงาน

 

Vickers Hardness Vickers Hardness Vickers Hardness

 

3. Rockwell Hardness Test

 

  • ใช้หัวกด 2 แบบ
    • 1แบบลูกบอลเป็นเหล็กกล้ากลม D 1/16
    • 2 แบบกรวยทำจากเพชร
  • แรงกดที่ใช้ขึ้นอยู่กับ Scale ที่ทำการทดสอบมีตั้งแต่ 60 – 150 kg.
  • ค่าความแข็ง Rockwell สามารถหาได้จากระยะหัวกดทีกดลึกลงพื้นที่ผิวของงาน
  • ถ้าชิ้นงานบางมากใช้วิธี Superficial Rockwell Hardness โดยใช้หลักการเดิมแต่ใช้ Load ต่ำมาก
  • เมื่อทำการติดตั้งชิ้นงานบนแป้น ผู้ทดสอบจะต้องหมุนให้หัวกดแนบสนิทกับผิวงานเรียกว่า Minor Gauge ให้เท่ากับศูนย์
  • เมื่อให้ Major Load หัวกดจะกดจมลึกลงไปในชิ้นงาน เข็มบนหน้าปัดจะหมุนไปถึงค่าค่าหนึ่ง
  • เมื่อปลด Major Load ชิ้นงานจะคืนตัวเนื่องจาก Elastic Deformation เข็มบนหน้าปัดจะหมุนย้อนกลับไปหยุดที่ค่าค่าหนึ่ง
    จากนั้นให้อ่านค่านั้นเป็น Rockwell Hardness

 

ข้อดี ของการทดสอบแบบ Rockwell Hardness

 

  • สะดวกและรวดเร็วในการทดสอบ

 

ข้อควรระวัง ของการทดสอบ Rockwell Hardness

 

  • ผิวสัมผัสต้องตั้งฉากและสะอาดปราศจากน้ำมันหรือ oxides
  • ถ้าพื้นผิวที่ทำการทดสอบเป็นผิวโค้งค่าที่ได้จะเกิดความคลาดเคลื่อน
  • ระยะห่างของจุดทดสอบแต่ละจุดควรห่างกันเกิน 5 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยกด
  • ความลึกของรอดกดควรมีค่าไม่เกิน 15% ของความหนาชิ้นงานทดสอบ

 

ข้อด้อย ของการทดสอบ Rockwell Hardness

 

  • ไม่สามารถใช้ทดสอบกับตัวอย่างขนาดเล็กที่ Mount กับ Bakelite ได้

 

Rockwell Hardness Rockwell Hardness
Rockwell Hardness
Rockwell Hardness