เครื่องทดสอบความแข็ง คู่มือ: อธิบายวิธีการของ ร็อคเวลล์ และ วิคเกอร์
A เครื่องทดสอบความแข็ง วัดความต้านทานของวัสดุต่อการเสียรูปพลาสติกเฉพาะที่ โดยทั่วไปโดยการกดหัวกดที่แข็งแล้วเข้าไปในพื้นผิวของวัสดุภายใต้ภาระที่ควบคุม และประเมินความลึกหรือขนาดของการเยื้องที่เกิดขึ้น การทดสอบความแข็งเป็นหนึ่งในการตรวจสอบการควบคุมคุณภาพที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในงานโลหะ การอบชุบด้วยความร้อน และวิศวกรรมวัสดุ เนื่องจากความแข็งมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความต้านทานการสึกหรอ ความต้านทานแรงดึง และความสามารถในการขึ้นรูป ทำให้ผู้ผลิตมีวิธีที่รวดเร็วและไม่ทำลายส่วนใหญ่ในการตรวจสอบว่าชิ้นส่วนตรงตามข้อกำหนดเฉพาะของวัสดุหรือไม่
แม้ว่าจะมีวิธีทดสอบความแข็งและสเกลอยู่หลายสิบวิธี แต่ Rockwell และ Vickers ยังคงเป็นสองวิธีที่ได้รับการระบุอย่างแพร่หลายมากที่สุดในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมและห้องปฏิบัติการ โดยแต่ละวิธีเหมาะสมกับประเภทวัสดุ รูปทรงของชิ้นส่วน และข้อกำหนดด้านความแม่นยำที่แตกต่างกัน คู่มือนี้ครอบคลุมถึงวิธีการทำงานของเครื่องทดสอบความแข็งโดยทั่วไป วิธีใช้เครื่องทดสอบความแข็ง Rockwell ทีละขั้นตอน และสิ่งที่ทำให้เครื่องทดสอบความแข็ง Vickers แตกต่างจากวิธีการทดสอบอื่นๆ
เครื่องทดสอบความแข็งทำงานอย่างไร
เครื่องทดสอบความแข็งทุกเครื่อง ไม่ว่าจะใช้วิธีใดก็ตาม ทำงานบนหลักการพื้นฐานเดียวกัน: ใช้แรงที่ทราบผ่านหัวกดของรูปร่างและวัสดุเฉพาะ จากนั้นวัดผลการเสียรูปเพื่อให้ได้ค่าความแข็ง สิ่งที่แตกต่างกันระหว่างวิธีการทดสอบคือ รูปทรงของหัวกด โหลดที่ใช้ และการวัดนั้นขึ้นอยู่กับความลึกของการเยื้องที่วัดโดยตรงด้วยเครื่องจักร หรือขนาดการเยื้องที่วัดแบบออพติคอลหลังจากเอาโหลดออกแล้ว
การทดสอบ Rockwell จะวัดความลึกของการเยื้องโดยตรง โดยใช้กรวยเพชรหรือลูกบอลเหล็กชุบแข็ง ขึ้นอยู่กับสเกลเฉพาะที่ใช้ และสร้างการอ่านค่าความแข็งได้เกือบจะในทันที เนื่องจากเครื่องจะคำนวณค่าโดยอัตโนมัติจากส่วนต่างความลึกระหว่างการใช้งานโหลดย่อยและโหลดหลัก ในทางตรงกันข้าม การทดสอบของวิคเกอร์สและบริเนลนั้น ขึ้นอยู่กับการวัดขนาดทางกายภาพของการเยื้องที่เหลืออยู่ในพื้นผิวของวัสดุ โดยทั่วไปจะอยู่ใต้กล้องจุลทรรศน์หรือด้วยระบบการวัดด้วยแสงในตัว และคำนวณความแข็งจากพื้นที่การเยื้องที่วัดได้
การเลือกเครื่องทดสอบความแข็งและขนาดที่เหมาะสมสำหรับวัสดุและการใช้งานที่กำหนดนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ รวมถึงช่วงความแข็งที่คาดหวังของวัสดุ ความหนาและผิวสำเร็จของชิ้นทดสอบ และไม่ว่าการใช้งานนั้นจำเป็นต้องมีการตรวจสอบพื้นการผลิตอย่างรวดเร็วหรือการวัดระดับห้องปฏิบัติการที่แม่นยำหรือไม่ มาตรฐานการทดสอบ เช่น ASTM E18 สำหรับ Rockwell และ ASTM E92 สำหรับ Vickers เป็นตัวกำหนดขั้นตอน โหลด และข้อกำหนดในการสอบเทียบที่แน่นอนที่ผู้ผลิตและห้องปฏิบัติการคาดว่าจะปฏิบัติตามเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ตรวจสอบย้อนกลับได้และทำซ้ำได้
วิธีใช้เครื่องทดสอบความแข็งแบบร็อกเวลล์
การใช้เครื่องทดสอบความแข็ง Rockwell เริ่มต้นอย่างถูกต้องด้วยการเตรียมชิ้นทดสอบ: พื้นผิวที่จะทดสอบต้องสะอาด เรียบ และไม่มีตะกรัน ออกซิเดชัน หรือความผิดปกติของพื้นผิวที่อาจบิดเบือนการอ่าน เนื่องจากการปนเปื้อนบนพื้นผิวเพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้ผลลัพธ์บิดเบือนได้อย่างมาก วางชิ้นทดสอบไว้บนทั่งของเครื่องจักร และเลือกหัวกดที่เหมาะสม เช่น กรวยเพชรสำหรับวัสดุที่แข็งกว่าหรือลูกเหล็กสำหรับวัสดุที่นิ่มกว่า พร้อมด้วยน้ำหนักบรรทุกเฉพาะสเกลที่ถูกต้อง จะถูกเลือกตามประเภทของวัสดุและช่วงความแข็งที่คาดไว้ที่กำลังทดสอบ
กระบวนการทดสอบนั้นมีลำดับการโหลดสองขั้นตอน: ขั้นแรกให้โหลดเล็กน้อยเพื่อวางหัวกดให้แน่นกับพื้นผิววัสดุ และสร้างจุดอ้างอิงที่มั่นคง หลังจากนั้นจึงให้โหลดหลักและพักไว้ตามระยะเวลาที่ระบุ เพื่อให้วัสดุตอบสนองต่อแรงที่กระทำได้อย่างเต็มที่ เมื่อโหลดหลักถูกลบออกไปในขณะที่ยังมีโหลดเล็กน้อยอยู่ เครื่องจักรจะวัดความแตกต่างในความลึกของการเยื้องระหว่างขั้นตอนการโหลดทั้งสอง และส่วนต่างของความลึกนั้นจะถูกแปลงเป็นค่าความแข็งแบบร็อกเวลล์โดยตรงที่แสดงบนแป้นหมุนของผู้ทดสอบหรือการอ่านค่าดิจิทัล
เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำและสม่ำเสมอ ผู้ปฏิบัติงานควรอ่านค่าหลายครั้งบนจุดต่างๆ บนชิ้นทดสอบ แทนที่จะอาศัยการวัดเพียงครั้งเดียว เนื่องจากความไม่สอดคล้องกันของวัสดุเล็กน้อยหรือการแปรผันของพื้นผิวอาจทำให้ค่าที่อ่านได้แตกต่างกัน ระยะห่างของจุดทดสอบห่างกันเพียงพอเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนจากสนามความเค้นที่เกิดจากรอยเยื้องที่อยู่ติดกัน และการรักษาการสอบเทียบของผู้ทดสอบผ่านการตรวจสอบเป็นประจำด้วยบล็อกการทดสอบที่ได้รับการรับรอง ถือเป็นแนวทางปฏิบัติที่สำคัญในการสร้างข้อมูลความแข็งแบบ Rockwell ที่เชื่อถือได้เมื่อเวลาผ่านไป
เครื่องทดสอบความแข็งของ Vickers: มันแตกต่างอย่างไร
A เครื่องทดสอบความแข็งแบบวิกเกอร์ส ใช้หัวกดเพชรที่มีรูปทรงแม่นยำในรูปแบบของปิรามิดฐานสี่เหลี่ยม กดลงบนพื้นผิววัสดุภายใต้ภาระที่เลือก และไม่เหมือนกับการทดสอบ Rockwell ค่าความแข็งจะคำนวณจากความยาวแนวทแยงที่วัดได้ของการเยื้องที่ทิ้งไว้ แทนที่จะวัดจากความลึกของการเยื้องที่วัดในระหว่างการทดสอบ วิธีการวัดด้วยแสงนี้ต้องใช้กล้องจุลทรรศน์หรือระบบกล้องในตัวที่สามารถวัดเส้นทแยงมุมการเยื้องด้วยความแม่นยำสูง เนื่องจากข้อผิดพลาดในการวัดแม้เพียงเล็กน้อยก็ส่งผลให้ค่าความแข็งไม่แม่นยำโดยตรง
ข้อดีที่สำคัญอย่างหนึ่งของการทดสอบของ Vickers คือช่วงความแข็งที่ใช้งานได้กว้างมากและความสามารถในการทดสอบวัสดุที่หลากหลาย ตั้งแต่โลหะที่อ่อนนุ่มมากไปจนถึงวัสดุที่แข็งมากและเปราะมาก โดยใช้รูปทรงของหัวกดแบบเดียวกันตลอด ซึ่งไม่ใช่ในกรณีของการทดสอบ Rockwell ซึ่งสเกลที่แตกต่างกันต้องใช้หัวกดและโหลดที่แตกต่างกันสำหรับช่วงความแข็งที่แตกต่างกัน ความอเนกประสงค์นี้ทำให้ผู้ทดสอบของ Vickers มีคุณค่าอย่างยิ่งในการวิจัยและสภาพแวดล้อมการควบคุมคุณภาพ ในการจัดการวัสดุประเภทต่างๆ และระดับความแข็ง โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนการกำหนดค่าอุปกรณ์
เครื่องทดสอบความแข็งของ Vickers สมัยใหม่ได้รวมซอฟต์แวร์การวัดด้วยแสงอัตโนมัติมากขึ้น ซึ่งจับภาพการเยื้องและคำนวณการวัดในแนวทแยงและค่าความแข็งที่เกิดขึ้นโดยอัตโนมัติ ซึ่งช่วยลดพฤติกรรมของผู้ปฏิบัติงานซึ่งเป็นข้อจำกัดในอดีตของการวัดด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบแมนนวลในอดีตได้อย่างมาก ระบบอัตโนมัตินี้ทำให้การทดสอบของ Vickers รวดเร็วและสม่ำเสมอกว่าวิธีการวัดแบบแมนนวลรุ่นก่อนๆ มาก ในขณะที่ยังคงรักษาความแม่นยำที่ดีและความสามารถในการประยุกต์ใช้วัสดุได้กว้าง ซึ่งทำให้ Vickers ทดสอบวิธีการที่ต้องการสำหรับการทดสอบความแข็งระดับไมโครของสารเคลือบบาง ชิ้นส่วนขนาดเล็ก และชั้นพื้นผิวที่ชุบแข็งด้วยเคส
การเปรียบเทียบวิธีทดสอบความแข็งทั่วไปตามประเภทของหัวกด พื้นฐานการวัด และการใช้งานทั่วไป
