คู่มือการทดสอบความแข็งของโลหะ: Rockwell, Shore และวิธีการ

ความแข็งเป็นการวัดความต้านทานของวัสดุต่อการเยื้องถาวร ในการทดสอบความแข็งของโลหะ คำตอบสำหรับวิธีการวัดความแข็งนั้นง่ายมาก: หัวกดมาตรฐานจะถูกกดลงบนพื้นผิวภายใต้แรงที่แม่นยำ และขนาดหรือความลึกของรอยพิมพ์จะถูกแปลงเป็นตัวเลขความแข็ง . สำหรับการทดสอบความแข็งของเหล็กในขั้นตอนการผลิต วิธี Rockwell ถือเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยม 60 เหล็กแผ่นรีดร้อน เป็นตัวแทนของเหล็กกล้าเครื่องมือชุบแข็งทั่วไป และ 25 เหล็กแผ่นรีดร้อน เป็นตัวแทนของเหล็กเหนียวอ่อนที่สามารถแปรรูปได้ . ก เครื่องทดสอบความแข็ง United Rockwell เป็นเครื่องมือดิจิทัลเฉพาะที่ทำให้การทดสอบนี้เป็นแบบอัตโนมัติ โดยให้ผลลัพธ์ภายในไม่กี่วินาที สำหรับวัสดุที่นุ่มกว่าและไม่ใช่โลหะ เครื่องทดสอบความแข็งฝั่ง วัดการแทรกซึมของหัวกดแบบสปริง และจำเป็นสำหรับอีลาสโตเมอร์และโพลีเมอร์ บทความนี้นำเสนอการสำรวจวิธีการตรวจสอบความแข็งที่ปฏิบัติได้จริงทีละวิธี ตั้งแต่เทคนิคบริเนลและวิคเกอร์แบบคลาสสิกไปจนถึงเครื่องมือทดสอบการเด้งกลับแบบพกพา พร้อมตัวอย่างความแข็งของเหล็กในคอนกรีต

วิธีวัดความแข็ง: หลักการพื้นฐาน

วิธีการวัดความแข็งคงที่ทั้งหมดมีลำดับร่วมกัน นั่นคือ กดหัวกดของรูปทรงที่รู้จักลงในวัสดุด้วยแรงและอัตราที่ควบคุม แรงจะถูกคงไว้ตามเวลาที่กำหนดไว้ จากนั้นจึงวัดการเยื้อง ตัวเลขความแข็งได้มาจากความลึกของการเจาะหรือพื้นที่ผิวของรอยพิมพ์ หัวกดที่พบมากที่สุดสามประเภท ได้แก่ กรวยเพชร ลูกเหล็กหรือคาร์ไบด์ชุบแข็ง และปิระมิดเพชร ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างวิธีการอยู่ที่การผสมผสานระหว่างหัวกด แรงที่ใช้ และวิธีการวัด

ในการทดสอบความแข็งของโลหะวิทยา กระบวนการนี้ให้ผลมากกว่าตัวเลข สะท้อนถึงความแข็งแรงของผลผลิต อัตราการแข็งตัวของงาน และโครงสร้างจุลภาค ก การทดสอบบริเนลกับการหล่อเนื้อหยาบ ตัวอย่างเช่น ค่าเฉลี่ยความแข็งของเมล็ดพืชหลายชนิด ในขณะที่ a การเยื้องไมโครของ Vickers ที่ 0.5 กก สามารถแยกความแข็งของคาร์ไบด์ขอบเกรนเดียวได้ การทำความเข้าใจหลักการวัดเป็นขั้นตอนแรกในการเลือกการทดสอบที่ถูกต้อง

การทดสอบความแข็งแบบร็อกเวลล์: มาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับโลหะ

การทดสอบความแข็งแบบร็อกเวลล์เป็นวิธีการทดสอบความแข็งของโลหะที่โดดเด่นสำหรับสภาพแวดล้อมการผลิต เนื่องจากมีความรวดเร็ว ไม่ทำลายในระดับมหภาค และไม่จำเป็นต้องวัดด้วยแสง การทดสอบทำงานโดยการใช้โหลดเล็กน้อยในขั้นแรก (โดยทั่วไปคือ 10 กก.) เพื่อวางหัวกดและสร้างการอ้างอิงเป็นศูนย์ จากนั้นจึงใช้โหลดหลัก (60, 100 หรือ 150 กิโลกรัมเอฟ) และนำออกในภายหลัง เหลือเพียงโหลดเล็กน้อยเท่านั้น ความแข็งจะอ่านได้โดยตรงจากหน้าปัดหรือจอแสดงผลดิจิตอลเป็นฟังก์ชันผกผันของการเพิ่มความลึกถาวร . ก typical test cycle takes less than five seconds.

เครื่องชั่งที่พบมากที่สุดคือ HRC และ HRB HRC ใช้หัวกดรูปกรวยเพชรและการรับน้ำหนักหลัก 150 กก และ is used for hardened steels and titanium alloys. HRB ใช้ลูกบอลคาร์ไบด์ขนาด 1/16 นิ้ว และการรับน้ำหนักหลัก 100 กก สำหรับวัสดุที่อ่อนกว่า เช่น โลหะผสมทองแดงและเหล็กไม่ชุบแข็ง ตัวอย่างความแข็งแบบ Rockwell ที่เป็นแนวทางในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่คือข้อมูลจำเพาะของเฟืองแบบชุบแข็งที่ 58–62 เหล็กแผ่นรีดร้อน ซึ่งให้ความทนทานต่อการสึกหรอสูงสุดโดยไม่เปราะเกินไป

การทดสอบความแข็งของเหล็กและตัวอย่างความแข็งแบบร็อกเวลล์ทั่วไป

การทดสอบความแข็งของเหล็กเป็นการประยุกต์ใช้เครื่องทดสอบความแข็งแบบตั้งโต๊ะบ่อยที่สุด และค่า Rockwell เป็นภาษาสากลในการระบุการบำบัดความร้อน ตารางด้านล่างนี้เป็นตัวอย่างโดยตรงของความแข็งสำหรับสภาพเหล็กทั่วไป ค่าเหล่านี้คือสิ่งที่วิศวกรคุณภาพคาดหวังเมื่อวางตัวอย่างบน เครื่องทดสอบความแข็ง United Rockwell .

ยูไนเต็ด ร็อคเวลล์ เครื่องทดสอบความแข็ง : โซลูชันแบบตั้งโต๊ะที่ใช้งานได้จริง

ที่ เครื่องทดสอบความแข็ง United Rockwell เป็นแบรนด์เฉพาะของเครื่องทดสอบความแข็งแบบดิจิตอลที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการทดสอบความแข็งของโลหะวิทยาและการประกันคุณภาพ รุ่นในซีรีส์ United TRU ใช้งานเครื่องชั่ง Rockwell แบบปกติและแบบผิวเผินทั้งหมด รวมถึง HRC, HRB และ HRN/T พร้อมระบบการใช้งานแบบวงปิดที่รับประกันว่า ความแม่นยำดีกว่าบวกหรือลบ 0.5 HRC . เครื่องมือจะจัดตำแหน่งโหลดขนาดเล็ก การวางโหลดหลัก การหยุดนิ่ง และลำดับการขนถ่ายโดยอัตโนมัติด้วยการกดปุ่มเพียงปุ่มเดียว ช่วยลดอิทธิพลของผู้ปฏิบัติงานต่อผลลัพธ์ สำหรับการทดสอบความแข็งของเหล็ก หมายความว่าช่างเทคนิคสามารถทดสอบตัวอย่างเพลาจำนวน 50 ชุด และได้รับตัวเลขที่สม่ำเสมอและทำซ้ำได้โดยไม่ต้องมีการวัดด้วยแสง จอแสดงผลดิจิทัลของผู้ทดสอบจะแสดงค่าความแข็งโดยตรง และสามารถส่งออกข้อมูลเพื่อควบคุมกระบวนการทางสถิติได้ ทำให้เป็นเครื่องมือสำคัญในคลังวิธีการตรวจสอบความแข็งสำหรับโลหะ

การทดสอบความแข็งของบริเนลสำหรับวัสดุเทกองและวัสดุหยาบ

บริเนลเป็นวิธีการวัดความแข็งที่นิยมใช้สำหรับวัสดุที่มีโครงสร้างจุลภาคหยาบหรือต่างกัน เช่น การหล่อเหล็ก ชิ้นส่วนหลอม และโลหะผสมทองแดง ก ลูกบอลทังสเตนคาร์ไบด์ 10 มม ถูกกดลงบนพื้นผิวภายใต้การรับน้ำหนักสูงโดยทั่วไป 3,000 กก. สำหรับเหล็ก และ 500 กก. สำหรับโลหะที่ไม่ใช่เหล็กอ่อน . กfter load removal, the diameter of the impression is measured with a calibrated microscope. The hardness number, reported as HBW 10/3000 เช่น ภาระที่ใช้หารด้วยพื้นที่ผิวของการเยื้อง เนื่องจากลูกบอลขนาดใหญ่เก็บตัวอย่างเมล็ดพืชจำนวนมาก ผลลัพธ์ที่ได้คือความแข็งเทกองที่เชื่อถือได้ซึ่งสัมพันธ์กันอย่างดีกับความต้านทานแรงดึงสำหรับโลหะหลายชนิด ตัวอย่างทั่วไปของความแข็งจากวิธีนี้คือ 200 HBW สำหรับเหล็กหล่อสีเทา .

การทดสอบความแข็งแบบวิกเกอร์ส: ความแม่นยำในทุกสเกล

วิกเกอร์สมีเอกลักษณ์เฉพาะในวิธีการวัดความแข็งเพราะเหมือนกัน หัวกดปิรามิดแบบสี่เหลี่ยมเพชร ใช้สำหรับแรงตั้งแต่ 1 gf ถึง 120 kgf ทำให้การทดสอบใช้ได้กับทุกอย่างตั้งแต่การเคลือบ 3 ไมครอนไปจนถึงแผ่นเหล็กหนา เส้นทแยงมุมของการเยื้องจะถูกวัดด้วยสายตา และความแข็งจะแสดงเป็น เอชวี , ไม่ขึ้นกับโหลดในช่วงกว้าง ในการทดสอบความแข็งของโลหะวิทยา Vickers เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับ การกำหนดความลึกของกรณี โดยที่ชุดของการเยื้องที่ 0.5 หรือ 1 kgf ถูกสร้างขึ้นจากพื้นผิวถึงแกนกลางเพื่อสร้างแผนผังการไล่ระดับความแข็ง นอกจากนี้ยังเป็นวิธีอ้างอิงสำหรับโซนการเชื่อมที่มีคุณสมบัติเหมาะสมและฟอยล์บาง ซึ่ง Rockwell และ Brinell จะพลาดการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญ ตัวอย่างของความแข็งสำหรับพื้นผิวไนไตรด์คือ 1,000 เอชวี 0.5 ลดลงเหลือ 300 HV ในแกนกลาง

เครื่องทดสอบความแข็งฝั่งสำหรับอีลาสโตเมอร์และโพลีเมอร์

เครื่องทดสอบความแข็งฝั่งเป็นเครื่องมือแบบพกพาที่ใช้วัดความต้านทานของยาง พลาสติก และวัสดุที่ไม่ใช่โลหะอื่นๆ ต่อการเยื้องโดยหัวกดแบบสปริง เครื่องชั่งสองแบบที่พบบ่อยที่สุดคือ Shore A สำหรับยางอ่อน และ Shore D สำหรับพลาสติกแข็ง . ก durometer reading of 60 Shore A is typical for a rubber tire tread, while 80 Shore D indicates a hard hat material. The measurement is quick and non-destructive, making it a standard hardness checking method on the production floor and in the field. While not used for metals, Shore testers are a critical component of a complete hardness testing capability for hybrid components like bonded rubber-to-metal mounts.

วิธีการทดสอบความแข็ง: คำแนะนำทีละขั้นตอน

ที่ following practical procedure illustrates how to hardness test using a Rockwell bench tester, the most common industrial scenario. The same principles of sample preparation, machine verification, and indentation spacing apply across all methods.

1. ตรวจสอบผู้ทดสอบ ดำเนินการตรวจสอบการสอบเทียบรายวันกับบล็อกทดสอบที่ได้รับการรับรองซึ่งมีความแข็งที่ทราบ ค่าที่อ่านได้ต้องอยู่ภายในเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนที่ระบุไว้ โดยทั่วไปจะบวกหรือลบ 1.0 HRC สำหรับมาตราส่วน HRC
2. เตรียมพื้นผิวตัวอย่าง ที่ test surface and the anvil seat must be clean, dry, and free of scale or decarburization. For thin or irregular parts, use the correct elevating screw and anvil insert to ensure stability.
3. เลือกสเกลและหัวกดที่ถูกต้อง สำหรับเหล็กชุบแข็งที่สูงกว่า 20 HRC ให้ติดตั้งหัวกดกรวยเพชรและเลือกสเกล HRC สำหรับทองเหลืองหรือเหล็กไม่ชุบแข็ง ให้ใช้ลูกบอลขนาด 1/16 นิ้วและสเกล HRB
4. ใช้ภาระเล็กน้อย ค่อยๆ ยกสกรูยกขึ้นจนกระทั่งหัวกดสัมผัสกับตัวอย่าง และใช้โหลดเล็กน้อยจนสุด โดยมีเครื่องหมายอ้างอิงหรือเสียงบี๊บ
5. ใช้ภาระหลักและอยู่นิ่ง ดำเนินการทดสอบวงจร เครื่องจักรจะจ่ายภาระหลักทั้งหมด ค้างไว้ตามเวลาพักที่ระบุ (โดยทั่วไปคือ 3–6 วินาที) และปล่อยกลับไปยังภาระรองโดยอัตโนมัติ
6. อ่านค่าความแข็ง ที่ Rockwell number is displayed directly. Record the value and the scale, e.g., 58.5 เหล็กแผ่นรีดร้อน .
7. รักษาระยะห่างที่เหมาะสม ที่ distance between indentations must be at least สามเท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของการเยื้อง และการเยื้องแต่ละครั้งจะต้องมีเส้นผ่านศูนย์กลางอย่างน้อย 2.5 เท่าจากขอบของตัวอย่าง เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนที่ทำให้แข็งตัวจากการทำงาน

การเลือกวิธีการตรวจสอบความแข็งที่เหมาะสม

ที่ choice of hardness measuring method is driven by material type, part geometry, the scale of the microstructure, and whether the test is for production release or failure analysis. The table below summarizes the primary hardness checking methods for metal and non-metal applications, providing a practical selection guide.

ประเด็นสุดท้ายในทางปฏิบัติ: ไม่มีการทดสอบความแข็งใดที่เป็นสากล ห้องปฏิบัติการโลหะวิทยาที่มีอุปกรณ์ครบครันใช้ เครื่องทดสอบความแข็ง United Rockwell สำหรับการตรวจสอบการผลิตเหล็กรายวัน เครื่องทดสอบความแข็งระดับจุลภาคของ Vickers สำหรับการวิเคราะห์ความล้มเหลว และเครื่องวัด Shore แบบพกพาสำหรับการตรวจสอบยางที่เข้ามา การจับคู่วิธีการกับวัสดุและข้อมูลที่จำเป็นเป็นรากฐานของการทดสอบความแข็งที่เชื่อถือได้