การวัดความแข็งแบบบริเนลล์และแบบร็อคเวลล์คืออะไร

ในโลกของโลหะวิทยาและวิทยาศาสตร์วัสดุ ความแข็งเป็นหนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดที่ใช้ในการประเมินคุณภาพและประสิทธิภาพของวัสดุ การทดสอบความแข็งวัดความต้านทานของวัสดุต่อการเสียรูป การขีดข่วน หรือการกด ในบรรดาวิธีการทดสอบความแข็งมากมายนั้น...การทดสอบความแข็งแบบบริเนลล์ (BHN)และการทดสอบความแข็งแบบร็อคเวลล์ (HR)เป็นที่นิยมใช้มากที่สุดในงานอุตสาหกรรม

การทดสอบเหล่านี้ช่วยให้ผู้ผลิต วิศวกร และทีมควบคุมคุณภาพมั่นใจได้ว่าโลหะมีคุณสมบัติความแข็งแรง ความต้านทานการสึกหรอ และความทนทานตามที่ต้องการสำหรับการใช้งานที่ตั้งใจไว้ ในบทความนี้ เราจะสำรวจว่าการวัดความแข็งแบบบริเนลล์และร็อคเวลล์คืออะไร ทำงานอย่างไร และนำไปใช้ในที่ใดบ้าง

ความเข้าใจเกี่ยวกับความแข็งในวัสดุ

ความแข็งไม่ใช่คุณสมบัติเดียวของวัสดุ แต่เป็นการรวมกันของความแข็งแรง ความยืดหยุ่น และความต้านทานการสึกหรอ โดยทั่วไปแล้ววัสดุที่แข็งกว่าจะมีความต้านทานต่อการสึกหรอและการเสียรูปสูงกว่า ทำให้เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีแรงเค้นสูง เช่น เครื่องมือ ชิ้นส่วนเครื่องจักร และส่วนประกอบโครงสร้าง

อย่างไรก็ตาม ความแข็งต้องสมดุลกับความเหนียว วัสดุที่แข็งเกินไปอาจเปราะ ในขณะที่วัสดุที่อ่อนเกินไปอาจสึกหรอเร็ว นี่คือเหตุผลที่วิธีการวัดที่แม่นยำ เช่น บริเนลล์และร็อคเวลล์ จึงมีความสำคัญมาก

การทดสอบความแข็งแบบบริเนลล์ (BHN)

ภาพรวม

การทดสอบความแข็งแบบบริเนลล์ ซึ่งพัฒนาโดยวิศวกรชาวสวีเดน โยฮัน ออกัสต์ บริเนลล์ ในปี ค.ศ. 1900 เป็นหนึ่งในวิธีการทดสอบความแข็งที่เก่าแก่ที่สุด มีการใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับวัสดุที่มีโครงสร้างเกรนหยาบหรือไม่สม่ำเสมอ เช่น โลหะหล่อและโลหะตีขึ้นรูป

หลักการทำงาน

ในการทดสอบ Brinell:

1. ลูกบอลเหล็กกล้าหรือทังสเตนคาร์ไบด์แข็ง (โดยทั่วไปมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มม.) จะถูกกดลงบนพื้นผิวของวัสดุ

2. มีการใช้แรงกดหนัก (โดยปกติอยู่ระหว่าง 500 ถึง 3000 กิโลกรัมแรง) เป็นระยะเวลาหนึ่ง ซึ่งโดยทั่วไปคือ 10 ถึง 30 วินาที

3. วัดเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยบุ๋มที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวโดยใช้กล้องจุลทรรศน์

4. เดอะบีเอชเอ็นค่าที่ได้จะคำนวณโดยการหารแรงที่ใช้ด้วยพื้นที่ผิวของรอยบุ๋ม

ข้อดี

• เหมาะสำหรับพื้นผิวที่ขรุขระ

• สามารถทดสอบชิ้นส่วนขนาดใหญ่และเทอะทะได้

• ให้ค่าความแข็งเฉลี่ยที่ดีในพื้นที่ขนาดใหญ่

ข้อเสีย

• ทิ้งรอยบุ๋มถาวรขนาดใหญ่ไว้

• ไม่เหมาะสำหรับวัสดุที่บางมากหรือแข็งมาก

• ต้องใช้การวัดทางแสง ซึ่งอาจใช้เวลานาน

แอปพลิเคชัน

• เหล็กหล่อ

• โลหะผสมอะลูมิเนียม

• ทองแดงและทองเหลือง

• ชิ้นส่วนเหล็กขนาดใหญ่

การทดสอบความแข็งแบบร็อคเวลล์ (HR)

ภาพรวม

การทดสอบความแข็งแบบร็อคเวลล์ ซึ่งพัฒนาขึ้นในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 โดยฮิวจ์และสแตนลีย์ ร็อคเวลล์ เป็นหนึ่งในวิธีการวัดความแข็งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในอุตสาหกรรมสมัยใหม่ วิธีนี้เร็วกว่าและง่ายกว่าการทดสอบแบบบริเนลล์ และไม่จำเป็นต้องใช้การวัดด้วยแสง

หลักการทำงาน

ในการทดสอบร็อคเวลล์:

1. โดยใช้ลูกบอลเหล็กหรือทังสเตนคาร์ไบด์ หรือหัวเจาะเพชรทรงกรวย (Brale) กดลงไปในวัสดุ

2. ขั้นแรกจะใช้แรงกดเล็กน้อย (โดยปกติ 10 กิโลกรัมแรง) เพื่อให้หัวเจาะเข้าที่

3. มีการใช้แรงกระทำขนาดใหญ่ (โดยปกติ 60, 100 หรือ 150 กิโลกรัมแรง) เป็นระยะเวลาที่กำหนด

4. ค่าความแข็งจะพิจารณาจากความลึกของการเจาะภายใต้แรงกดหลัก เมื่อเทียบกับความลึกหลังจากแรงกดรอง

5. ค่าที่ได้จะอ่านได้โดยตรงจากมาตราส่วนความแข็งร็อคเวลล์โดยไม่ต้องคำนวณเพิ่มเติม

มาตราส่วนร็อคเวลล์

• ร็อคเวลล์ เอ (เอชอาร์เอ)– หัวเจียรเพชร 60 กก. สำหรับเคลือบผิวแข็งบาง

• ร็อคเวลล์ บี (HRB)– ลูกบอลขนาด 1/16 นิ้ว แรง 100 กก. เหมาะสำหรับโลหะที่อ่อนกว่า เช่น โลหะผสมทองแดง

• ร็อคเวลล์ ซี (เอชอาร์ซี)– หัวเจียรเพชร 150 กก. สำหรับเหล็กกล้าชุบแข็ง

ข้อดี

• รวดเร็วและง่ายดายในการดำเนินการ

• แสดงผลแบบดิจิทัลโดยตรง ไม่ต้องคำนวณใดๆ

• การเตรียมพื้นผิวขั้นต่ำ

• เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมการผลิต

ข้อเสีย

• รอยบุ๋มที่เล็กกว่าอาจไม่ได้แสดงถึงคุณสมบัติโดยรวมของวัสดุที่มีโครงสร้างหยาบ

• มีข้อจำกัดสำหรับชิ้นส่วนที่บางมากหรือเล็กมากในบางกรณี

แอปพลิเคชัน

• เหล็กกล้าชุบแข็ง

• เหล็กกล้าไร้สนิม

• อะลูมิเนียม

• ทองเหลือง

• เหล็กกล้าเครื่องมือ

บริเนลล์ กับ ร็อคเวลล์: ความแตกต่างที่สำคัญ