การทดสอบความแข็ง Rockwell, Brinell & Vickers: ความแตกต่างและหน่วย

ความแข็งไม่ใช่คุณสมบัติของวัสดุขั้นพื้นฐาน แต่เป็นการตอบสนองที่วัดได้ต่อวิธีการเยื้องเฉพาะ คำตอบเชิงปฏิบัติโดยตรงก็คือว่า ร็อคเวลล์, บริเนล และ วิคเกอร์ เป็นการทดสอบความแข็งของรอยเยื้องที่แตกต่างกันสามแบบ โดยแต่ละการทดสอบใช้หัวกดและโหลดที่แตกต่างกัน และสร้างค่าในหน่วยหรือสเกลที่แตกต่างกัน . ร็อคเวลล์ ใช้การวัดความลึกและรายงานตัวเลขไร้มิติบนเครื่องชั่ง เช่น HRC หรือ HRB บริเนล กดลูกบอลคาร์ไบด์ลงบนพื้นผิวและรายงานค่า HBW (กก./ตร.มม.) . วิคเกอร์ใช้ปิรามิดเพชรและรายงานความแข็งเป็น เอชวี (มีหน่วยเป็น กิโลกรัมเอฟ/ตร.มม ด้วย) ทำให้ใช้งานได้หลากหลายสำหรับทุกสิ่งตั้งแต่การเคลือบแบบบางไปจนถึงวัสดุเทกอง ก เครื่องทดสอบความแข็งสากล รวมวิธีการเหล่านี้ไว้ในเครื่องมือเดียว โดยมักจะเพิ่มความสามารถด้านความแข็งของ Martens ที่รับรู้เชิงลึก ไม่มีหน่วยวัดความแข็งเพียงหน่วยเดียว "หน่วยสำหรับความแข็ง" ขึ้นอยู่กับขนาด และตัวเลือกระหว่างการทดสอบจะขึ้นอยู่กับประเภทวัสดุ รูปทรงของตัวอย่าง และข้อมูลเฉพาะที่จำเป็น

เครื่องทดสอบความแข็งสากล

A เครื่องทดสอบความแข็งสากล เป็นเครื่องมือเดียวที่ออกแบบมาเพื่อดำเนินการทดสอบความแข็งที่ได้มาตรฐานหลายวิธี โดยทั่วไปคือ Rockwell, Brinell และ วิคเกอร์ โดยการสลับหัวกด เลนส์ใกล้วัตถุ และโปรไฟล์การโหลด ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการมีผู้ทดสอบเฉพาะแยกต่างหาก นอกเหนือจากวิธีการฉายแสงแบบเดิมๆ แล้ว เครื่องจักรอเนกประสงค์ขั้นสูงยังใช้เทคโนโลยีการตรวจจับเชิงลึกในการวัด ความแข็งของมาร์เทนส์ (HM) และโมดูลัสการเยื้องตามมาตรฐาน ISO 14577 ซึ่งทำได้โดยการบันทึกเส้นโค้งแรง-การเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องในระหว่างรอบการเยื้อง โดยให้พารามิเตอร์วัสดุที่เทียบเท่ากับการทดสอบแรงอัดความเร็วสูง ตัวอย่างเช่น เครื่องจักรสากลสมัยใหม่สามารถใช้แรงทดสอบได้ 1 gf ถึง 3,000 กก ครอบคลุมช่วงไมโคร โหลดต่ำ และมาโครสำหรับการทดสอบ Vickers, Brinell, Rockwell และแม้แต่ คนุป และการทดสอบพลาสติก ระบบควบคุมแรงแบบวงปิด มักจะมีอัตราการสุ่มตัวอย่างที่ 1 ถึง 2 กิโลเฮิรตซ์ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอัตราการโหลดและเวลาอยู่อาศัยเป็นไปตามมาตรฐานเช่น ASTM E92 และ ISO 6506 อย่างเคร่งครัด

พื้นฐานการทดสอบความแข็งแบบ Rockwell, Brinell และ Vickers

การทดสอบทั้งสามรายการวัดปริมาณความต้านทานของวัสดุต่อการเสียรูปถาวรของพลาสติก แต่จะแตกต่างกันโดยพื้นฐานในรูปทรงของหัวกด การใช้งานการรับน้ำหนัก และหลักการวัด

การทดสอบความแข็งแบบร็อกเวลล์

วิธีร็อคเวลล์วัดค่า ความลึกของการเจาะที่แตกต่างกัน ของหัวกดภายใต้ภาระรองเบื้องต้นตามด้วยภาระหลัก โหลดเล็กน้อย (โดยทั่วไปคือ 10 kgf หรือ 3 kgf) จะสร้างตำแหน่งอ้างอิง ดูดซับข้อบกพร่องของพื้นผิวและการเสียรูปยืดหยุ่น จากนั้นจึงใช้และกำจัดภาระหลัก (60, 100 หรือ 150 กก.) และวัดความลึกของการเจาะที่เพิ่มขึ้นอย่างถาวร ตัวเลขความแข็งจะสัมพันธ์ผกผันกับความลึกนี้ และอ่านได้โดยตรงจากหน้าปัดหรือจอแสดงผลดิจิทัล ก ค่า Rockwell HRC เท่ากับ 60 เช่น ตรงกับความลึกประมาณ 0.080 มม. เครื่องชั่งทั่วไป ได้แก่ HRC (กรวยเพชร 150 กก.) สำหรับเหล็กชุบแข็ง และ HRB (ลูกบอล 1/16 นิ้ว 100 กก.) สำหรับโลหะผสมที่อ่อนกว่า ข้อได้เปรียบหลักคือความเร็ว เนื่องจากได้ผลลัพธ์ในหน่วยวินาทีโดยไม่ต้องมีการวัดด้วยแสง

การทดสอบความแข็งของบริเนล

การทดสอบ Brinell ใช้ หัวกดลูกทังสเตนคาร์ไบด์ โดยทั่วไปจะมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มม. กดลงบนพื้นผิวด้วยแรงทดสอบสูง (โดยทั่วไปคือ 3000 kgf สำหรับโลหะเหล็ก) หลังจากถอดโหลดออกแล้ว จะวัดเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยประทับถาวรด้วยสายตา เลขความแข็งบริเนล (HBW) คำนวณจากภาระที่ใช้หารด้วยพื้นที่ผิวทรงกลมของการเยื้อง ผลลัพธ์โดยทั่วไปจะเขียนเป็น 350HW 10/3000 ระบุความแข็งบริเนลที่ 350 โดยใช้ลูกบอลขนาด 10 มม. และน้ำหนัก 3000 กก. เป็นเวลาคงที่ 10 ถึง 15 วินาที การเยื้องขนาดใหญ่จะเฉลี่ยความแปรผันของโครงสร้างจุลภาคในท้องถิ่น ทำให้ Brinell เหมาะสำหรับการหล่อ การตีขึ้นรูป และวัสดุที่มีโครงสร้างเกรนหยาบ ไม่เหมาะสำหรับวัสดุที่แข็งมาก (มากกว่า 650 HBW) หรือส่วนที่บาง เนื่องจากลูกบอลอาจเสียรูปหรือตัวอย่างอาจเสียหายได้

การทดสอบความแข็งของวิคเกอร์

การทดสอบ Vickers ใช้ หัวกดปิรามิดแบบสี่เหลี่ยมเพชร ด้วยมุมยอด 136 องศา หลักการจะเหมือนกันตลอดช่วงโหลดทั้งหมด: หัวกดจะถูกกดเข้าไปในตัวอย่างด้วยแรงที่แม่นยำ และเส้นทแยงมุมสองเส้นของรอยพิมพ์สี่เหลี่ยมจัตุรัสที่ได้นั้นจะถูกวัดด้วยแสงและหาค่าเฉลี่ย ความแข็งแบบวิกเกอร์สรายงานเป็น เอชวี ตามด้วยแรงทดสอบในหน่วย kgf เป็นต้น 640 เอชวี 30 . หน่วยของความแข็งแบบวิกเกอร์สเป็นหน่วยในทางเทคนิค กิโลกรัมเอฟ/ตร.มม แต่โดยปกติแล้วจะแสดงเป็นตัวเลขไร้มิติ เนื่องจากมีการใช้รูปทรงหัวกดเดียวกันสำหรับแรงตั้งแต่ 1 gf ถึง 120 kgf Vickers จึงมีความสามารถในการวัดความแข็งทั่วทั้งเครื่องชั่ง ตั้งแต่ฟอยล์บางๆ และชั้นที่ชุบแข็งด้วยเคส ไปจนถึงวัสดุเทกอง และผลลัพธ์โดยทั่วไปจะเป็นอิสระจากการรับน้ำหนักที่สูงกว่าแรงสองสามร้อยกรัม

หน่วยวัดความแข็งในวิธีการต่างๆ

แนวคิดของ "หน่วยความแข็ง" เป็นแนวคิดเฉพาะของวิธีการ การทดสอบแต่ละครั้งมีรูปแบบการรายงานเป็นของตัวเอง และไม่สามารถถ่ายโอนค่าได้โดยตรงหากไม่มีตารางการแปลงที่กำหนดโดย ASTM E140 และ ISO 18265 ตารางด้านล่างจะอธิบายโครงสร้างหน่วยและมาตราส่วนสำหรับวิธีทดสอบหลักให้ชัดเจน

การเปรียบเทียบที่ครอบคลุมของทั้งสามวิธี

ความแตกต่างระหว่างการทดสอบความแข็งของ Brinell, Rockwell และ Vickers ไม่ได้เป็นเพียงขั้นตอนเท่านั้น พวกเขากำหนดวิธีการที่เหมาะสมสำหรับงานอุตสาหกรรมที่กำหนด ตารางต่อไปนี้แสดงการเปรียบเทียบโดยตรงที่เน้นการใช้งาน

วิคเกอร์คืออะไร การทดสอบความแข็ง ใช้สำหรับ

การทดสอบความแข็งแบบ Vickers เป็นวิธีที่นิยมใช้เมื่อระดับความแข็งเดียวต้องครอบคลุมความแข็งของวัสดุผลิตภัณฑ์อย่างครบถ้วน การใช้งานหลักได้แก่ การวิเคราะห์เชิงลึกกรณีเหล็กคาร์บูไรซ์หรือเหล็กไนไตรด์ โดยที่การเยื้องระดับไมโครหลายชุดจากขอบพื้นผิวไปจนถึงแกนกลางจะจับคู่การไล่ระดับความแข็ง ข้อกำหนดทั่วไปเช่น เอชวี 550 at a case depth of 0.5 mm สามารถตรวจสอบได้ด้วยการเคลื่อนที่ผ่านความแข็งระดับไมโครของ Vickers เท่านั้น การทดสอบยังเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับ การเชื่อมที่มีคุณสมบัติเหมาะสม โดยที่โซนที่ได้รับความร้อน โลหะฐาน และโลหะเชื่อมต่างก็มีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน และหัวกดขนาดเล็กก็สามารถแยกบริเวณเหล่านี้ได้ ในการวิจัยและพัฒนา Vickers ใช้เพื่อระบุลักษณะเฉพาะของเซรามิก คอมโพสิต และการเคลือบฟิล์มบาง ซึ่งหัวกดอื่นๆ อาจแตกกระจายหรือต้องใช้พื้นที่ขนาดใหญ่เกินไป ตัวอย่างเช่น สามารถทดสอบการเคลือบแข็ง TiN ที่มีความหนา 3 ไมครอนได้อย่างน่าเชื่อถือ 0.025 กก. (25 กิฟ) โดยมีการเยื้องลึกประมาณ 0.5 ไมครอน โดยไม่ได้รับผลกระทบจากพื้นผิว

เว็บสเตอร์ vs ร็อคเวลล์ ฮาร์ดเนส

เครื่องทดสอบความแข็งของ Webster เป็นเครื่องมืออ่านโดยตรงแบบพกพาที่ใช้วิธีการเยื้องเฉพาะ มันไม่ได้เทียบเท่าโดยตรงกับสเกล Rockwell เฉพาะเจาะจง แต่ ค่าความแข็งของเว็บสเตอร์มีความสัมพันธ์เชิงประจักษ์กับเครื่องชั่ง Rockwell B และ Rockwell H สำหรับอะลูมิเนียมอัลลอยด์ . ตัวอย่างเช่น สเกล Webster B ครอบคลุมประมาณตั้งแต่ WB 0 ถึง WB 20 ซึ่งสอดคล้องกับ ประมาณ 25 ถึง 100 HRB สำหรับการอัดขึ้นรูปอลูมิเนียมและแผ่น ข้อได้เปรียบของผู้ทดสอบ Webster อยู่ที่ความสามารถในการพกพาและความสามารถในการทดสอบส่วนประกอบขนาดใหญ่ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และโครงสร้างเครื่องบินที่ไม่สามารถนำไปยังเครื่องทดสอบ Rockwell แบบตั้งโต๊ะได้ อย่างไรก็ตาม ความสัมพันธ์จะขึ้นอยู่กับวัสดุเฉพาะ เครื่องมือทดสอบเว็บสเตอร์ที่ปรับเทียบสำหรับอะลูมิเนียม 6061-T6 จะไม่สามารถให้ค่าเทียบเท่า Rockwell ที่แม่นยำกับ 7075 หรือโลหะอื่นๆ ได้ เพื่อการรับรองวัสดุที่แม่นยำ จำเป็นต้องมีการทดสอบแบบ Rockwell หรือ Brinell โดยมี Webster ทำหน้าที่เป็นเครื่องมือคัดกรองภาคสนามที่สะดวก

วิธีเลือกการทดสอบความแข็งที่ถูกต้องสำหรับการใช้งานของคุณ

ทางเลือกของการทดสอบจะขึ้นอยู่กับประเภทวัสดุ รูปทรงตัวอย่าง ปริมาณการผลิต และข้อมูลที่จำเป็น ตรรกะการตัดสินใจต่อไปนี้ซึ่งอิงตามสถานการณ์ทางอุตสาหกรรมเชิงปฏิบัติจะเป็นแนวทางที่สร้างสรรค์

• สำหรับการหล่อหรือการตีขึ้นรูปขนาดใหญ่ที่มีโครงสร้างจุลภาคหยาบ ให้เลือกการทดสอบบริเนล การเยื้องด้วยลูกบอลขนาด 10 มม. เฉลี่ยขอบเขตของเกรนและการแปรผันของเฟส ทำให้เป็นตัวแทนความแข็งจำนวนมากของคุณสมบัติทางกลโดยรวมของส่วนประกอบ การทดสอบมาตรฐานที่ 3,000 kgf ด้วยลูกบอลขนาด 10 มม. เป็นค่าเริ่มต้นสำหรับการหล่อเหล็กและเหล็กกล้า
• สำหรับการควบคุมคุณภาพการผลิตปริมาณมากของชิ้นส่วนเครื่องจักร ,ร็อคเวลล์มีมาตรฐาน การทดสอบ HRC 3 วินาทีสามารถรักษาดัชนีความสามารถของกระบวนการของสายบำบัดความร้อนได้โดยไม่ทำให้เกิดปัญหาคอขวด ใช้ HRC สำหรับเหล็กชุบแข็งที่สูงกว่า 20 HRC และใช้ HRB สำหรับโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็กที่นิ่มกว่า
• สำหรับส่วนประกอบที่มีการแข็งตัวบาง หรือเคลือบ ไมโครวิคเกอร์เป็นทางเลือกเดียวที่เหมาะสม น้ำหนักบรรทุก 500 gf หรือ 1 kgf และหัวกด Knoop หรือ Vickers สามารถวัดการไล่ระดับระหว่างแกนถึงเคสได้ โดยไม่มีการเยื้องขยายผ่านชั้นที่แข็งตัว
• สำหรับรอยเชื่อม ข้อต่อ และบริเวณที่ได้รับความร้อน การทดสอบแรงต่ำของ Vickers หรือ Knoop (1-5 กก.) สามารถแก้ไขความแปรผันของความแข็งตลอดแถบแคบของส่วนต่อประสาน ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในการหลีกเลี่ยงการแตกร้าวของไฮโดรเจนหรือการเกิดเฟสเปราะ
• เมื่อจำเป็นต้องใช้คุณสมบัติของวัสดุที่เกินค่าความแข็งเพียงค่าเดียว เครื่องทดสอบความแข็งสากลในโหมด Martens จะให้ความแข็งของรอยเยื้อง โมดูลัสยืดหยุ่น การคืบ และลักษณะการคลายตัวจากการทดสอบการเยื้องด้วยเครื่องมือเดียว ซึ่งมีประโยชน์สำหรับการพัฒนาโพลีเมอร์ เซรามิก และวัสดุขั้นสูง

การแปลงระหว่างระดับความแข็ง

การแปลงระดับความแข็งนั้นเป็นค่าโดยประมาณ และแนวทางปฏิบัติที่รับผิดชอบก็คือ ใช้เพื่อการเปรียบเทียบเท่านั้น ไม่ใช้เพื่อข้อมูลจำเพาะ . ความสัมพันธ์ในการแปลงสภาพระหว่าง Brinell, Rockwell และ Vickers ขึ้นอยู่กับพฤติกรรมการชุบแข็งของวัสดุ ดังนั้นตารางการแปลง ASTM E140 สำหรับสเตนเลสออสเทนนิติกจะแตกต่างจากพฤติกรรมของคาร์บอนและเหล็กกล้าโลหะผสมต่ำ เป็นตัวอย่างในทางปฏิบัติเหล็กกล้าคาร์บอนทั่วไปที่มี 640 เอชวี 30 ตรงกับประมาณ 56 HRC และ 600 HBW . อย่างไรก็ตาม สำหรับสเตนเลสออสเทนนิติกที่ผ่านการชุบแข็งเต็มที่ 56 HRC เดียวกันอาจสอดคล้องกับ 250 HBW เท่านั้น เมื่อข้อกำหนดจำเพาะต้องมีการรายงานในระดับเฉพาะ การทดสอบจะต้องดำเนินการโดยตรงในระดับนั้น เครื่องทดสอบความแข็งอเนกประสงค์สามารถลดความไม่แน่นอนนี้ให้เหลือน้อยที่สุดโดยทำการทดสอบตามวิธีที่จำเป็นโดยไม่ต้องอาศัยการแปลง