เครื่องทดสอบความแข็งผิวเผินเป็นเครื่องมือสำคัญในด้านวิทยาศาสตร์วัสดุและวิศวกรรมวัสดุให้ข้อมูลเชิงลึกที่มีคุณค่าเกี่ยวกับคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุต่าง ๆ ในฐานะซัพพลายเออร์ชั้นนำของผู้ทดสอบความแข็งผิวเผินฉันได้เห็นโดยตรงว่าโครงสร้างภายในของวัสดุสามารถส่งผลกระทบต่อผลการวัดได้อย่างไร ในโพสต์บล็อกนี้ฉันจะเจาะลึกความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนระหว่างโครงสร้างภายในของวัสดุและการวัดตัวทดสอบความแข็งผิวเผินสำรวจกลไกพื้นฐานและผลกระทบเชิงปฏิบัติ
ทำความเข้าใจกับการทดสอบความแข็งของผิวเผิน
ก่อนที่เราจะสำรวจอิทธิพลของโครงสร้างภายในที่มีต่อการทดสอบความแข็งลองทบทวนแนวคิดของการทดสอบความแข็งผิวเผินสั้น ๆ การทดสอบความแข็งของผิวเผินเป็นวิธีการทดสอบที่ไม่ทำลายล้างที่ใช้ในการวัดความแข็งของชั้นพื้นผิวของวัสดุ ซึ่งแตกต่างจากการทดสอบความแข็งแบบดั้งเดิมที่วัดความแข็งโดยรวมของวัสดุการทดสอบความแข็งผิวเผินมุ่งเน้นไปที่วัสดุสองสามมิลลิเมตรบนทำให้พวกเขามีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับส่วนประกอบที่มีผนังบางวัสดุพื้นผิวและวัสดุที่มีชั้นผิวแข็ง
หลักการของการทดสอบความแข็งผิวเผินมักจะเกี่ยวข้องกับการใช้โหลดเล็กน้อยตามด้วยโหลดที่สำคัญกับพื้นผิววัสดุโดยใช้ interenter มักจะเป็นกรวยเพชรหรือลูกเหล็ก ความแตกต่างในความลึกของการเยื้องก่อนและหลังการใช้งานของโหลดหลักจะถูกวัดและใช้ในการคำนวณค่าความแข็ง เครื่องชั่งความแข็งของผิวเผินที่พบมากที่สุด ได้แก่ เครื่องชั่งความแข็งของ Rockwell ผิวเผิน (HRN และ HRT) ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเช่นยานยนต์การบินและอวกาศและการผลิต
อิทธิพลของโครงสร้างข้าวที่มีต่อการวัดความแข็งของผิวเผิน
หนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่มีผลต่อการวัดความแข็งของผิวเผินคือโครงสร้างเมล็ดของวัสดุ โครงสร้างธัญพืชหมายถึงการจัดเรียงและขนาดของแต่ละธัญพืชที่ประกอบขึ้นเป็นวัสดุ ในวัสดุ polycrystalline เช่นโลหะและโลหะผสมขอบเขตของธัญพืชทำหน้าที่เป็นอุปสรรคต่อการเคลื่อนไหวของการเคลื่อนที่ซึ่งเป็นกลไกหลักของการเสียรูปพลาสติก
เมื่อขนาดเกรนมีขนาดเล็กจะมีขอบเขตเกรนต่อปริมาตรหน่วยมากขึ้น ขอบเขตของธัญพืชเหล่านี้เป็นอุปสรรคต่อการเคลื่อนไหวของการเคลื่อนที่ทำให้ยากขึ้นสำหรับวัสดุที่จะทำให้เสียรูปภายใต้ภาระที่ใช้โดยเครื่องทดสอบความแข็ง เป็นผลให้วัสดุที่มีโครงสร้างละเอียดโดยทั่วไปมีค่าความแข็งสูงกว่าเมื่อเทียบกับวัสดุที่มีโครงสร้างหยาบ
ตัวอย่างเช่นในตัวอย่างเหล็กกล้าละเอียดขอบเขตของเมล็ดข้าวจำนวนมาก จำกัด การเคลื่อนไหวของการเคลื่อนที่ในระหว่างการทดสอบความแข็งซึ่งนำไปสู่ความลึกของการเยื้องที่เล็กลงและการอ่านความแข็งที่สูงขึ้น ในทางกลับกันตัวอย่างเหล็กกล้าหยาบจะมีขอบเขตของเมล็ดน้อยลงทำให้การเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่อย่างอิสระมากขึ้นและส่งผลให้ความลึกของการเยื้องที่ใหญ่ขึ้นและค่าความแข็งที่ต่ำกว่า
ความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของเมล็ดและความแข็งนี้อธิบายโดยสมการฮอลล์ - Petch ซึ่งระบุว่าความแข็งแรงของผลผลิต (และโดยการขยายความแข็ง) ของวัสดุ polycrystalline นั้นเป็นสัดส่วนที่ผกผันกับรากที่สองของขนาดเกรน สมการนี้ให้ความเข้าใจเชิงปริมาณว่าโครงสร้างเม็ดภายในมีผลต่อความแข็งของวัสดุอย่างไรและเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการตีความผลลัพธ์ของการทดสอบความแข็งผิวเผิน
ผลกระทบขององค์ประกอบเฟส
องค์ประกอบเฟสของวัสดุยังมีบทบาทสำคัญในการวัดความแข็งผิวเผิน เฟสเป็นส่วนที่แตกต่างทางร่างกายและเป็นเนื้อเดียวกันของวัสดุที่มีองค์ประกอบทางเคมีเฉพาะและโครงสร้างผลึก เฟสที่แตกต่างกันในวัสดุสามารถมีคุณสมบัติเชิงกลที่แตกต่างกันรวมถึงความแข็ง
ตัวอย่างเช่นในโลหะผสมโลหะการปรากฏตัวของอนุภาคเฟสที่สอง - ยากสามารถเพิ่มความแข็งของวัสดุได้อย่างมีนัยสำคัญ อนุภาคเฟสที่สองเหล่านี้สามารถทำหน้าที่เป็นอุปสรรคต่อการเคลื่อนไหวของความคลาดเคลื่อนคล้ายกับขอบเขตของเมล็ดข้าว เมื่อเครื่องทดสอบความแข็งใช้การโหลดการเคลื่อนที่จะต้องข้ามอนุภาคแข็งเหล่านี้ซึ่งต้องการพลังงานมากขึ้นและส่งผลให้เกิดการเยื้องที่เล็กลงและค่าความแข็งที่สูงขึ้น
ในทางกลับกันหากวัสดุมีเฟสอ่อนเช่นเมทริกซ์ดัดในวัสดุคอมโพสิตความแข็งโดยรวมของวัสดุจะลดลง ในระหว่างการทดสอบความแข็งเฟสที่อ่อนนุ่มจะเปลี่ยนรูปได้ง่ายขึ้นนำไปสู่ความลึกของการเยื้องที่ใหญ่ขึ้น
ในบางกรณีองค์ประกอบเฟสของวัสดุสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในระหว่างการรักษาด้วยความร้อนหรือกระบวนการบำบัดพื้นผิว ตัวอย่างเช่นการดับและการทำให้เหล็กกล้าสามารถเปลี่ยนโครงสร้างจุลภาคจากโครงสร้างเฟอร์ไรต์ที่อ่อนนุ่ม - Pearlite เป็นโครงสร้าง Martensite ที่แข็ง การเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบเฟสนี้จะมีผลอย่างลึกซึ้งต่อความแข็งผิวเผินของเหล็กซึ่งสามารถวัดได้อย่างแม่นยำโดยใช้เครื่องทดสอบความแข็งผิวเผิน
ผลของความเครียดที่เหลืออยู่
ความเครียดที่เหลือเป็นอีกปัจจัยสำคัญที่สามารถมีผลต่อการวัดของเครื่องทดสอบความแข็งผิวเผิน ความเครียดที่เหลือหมายถึงความเครียดที่ยังคงอยู่ในวัสดุหลังจากแรงภายนอกที่ทำให้มันถูกลบออก ความเครียดเหล่านี้สามารถนำมาใช้ในระหว่างกระบวนการผลิตเช่นการตัดเฉือนการเชื่อมและการรักษาความร้อน
แรงดึงที่ตกค้างในชั้นพื้นผิวของวัสดุสามารถเพิ่มความแข็งที่เห็นได้ชัดเจนโดยเครื่องทดสอบความแข็งผิวเผิน เมื่อเครื่องทดสอบความแข็งใช้โหลดความเครียดแรงดึงที่มีอยู่ก่อนเพิ่มความเครียดที่ใช้ทำให้ยากขึ้นสำหรับวัสดุที่จะเปลี่ยนรูป เป็นผลให้ความลึกของการเยื้องมีขนาดเล็กลงและค่าความแข็งที่วัดได้สูงขึ้น
ในทางกลับกันความเครียดที่ตกค้างในการบีบอัดในชั้นผิวสามารถลดความแข็งที่ชัดเจนได้ ความเครียดแรงอัดจะต่อต้านความเครียดที่ใช้ในระหว่างการทดสอบความแข็งช่วยให้วัสดุเปลี่ยนรูปได้ง่ายขึ้นและส่งผลให้ความลึกของการเยื้องที่ใหญ่ขึ้นและการอ่านความแข็งที่ต่ำกว่า
มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องพิจารณาการมีอยู่ของความเครียดที่เหลือเมื่อตีความผลลัพธ์ของการทดสอบความแข็งผิวเผิน ในบางกรณีเทคนิคเพิ่มเติมเช่นการเลี้ยวเบนของ X - รังสีหรือการเลี้ยวเบนนิวตรอนอาจจำเป็นต้องวัดและบัญชีสำหรับความเครียดที่เหลืออยู่ในวัสดุ
ผลกระทบที่เป็นประโยชน์สำหรับผู้ใช้เครื่องทดสอบความแข็งผิวเผิน
ในฐานะซัพพลายเออร์ของผู้ทดสอบความแข็งผิวเผินฉันเข้าใจถึงความสำคัญของปัจจัยเหล่านี้สำหรับลูกค้าของเรา เพื่อวัตถุประสงค์ในการควบคุมคุณภาพเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าโครงสร้างภายในของวัสดุที่ทดสอบนั้นสอดคล้องกัน การเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในขนาดเกรนองค์ประกอบเฟสหรือความเครียดที่ตกค้างสามารถนำไปสู่การวัดความแข็งที่ไม่ถูกต้องซึ่งสามารถลดคุณภาพและประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย
เมื่อเลือกเครื่องทดสอบความแข็งผิวเผินก็เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องพิจารณาประเภทของวัสดุที่จะทดสอบ วัสดุที่แตกต่างกันมีโครงสร้างภายในและลักษณะความแข็งที่แตกต่างกันและผู้ทดสอบบางคนอาจเหมาะกับวัสดุบางอย่างมากกว่าวัสดุอื่น ตัวอย่างเช่นไฟล์ใช้ความแข็งของพื้นผิวสองครั้งและเครื่องทดสอบความแข็งของร็อคเวลล์เป็นตัวเลือกที่หลากหลายที่สามารถใช้สำหรับวัสดุที่หลากหลายให้การวัดความแข็งที่แม่นยำและเชื่อถือได้
นอกจากนี้การเตรียมตัวอย่างที่เหมาะสมเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการได้รับการวัดความแข็งที่แม่นยำ พื้นผิวของตัวอย่างควรราบเรียบและแบนเพื่อให้แน่ใจว่า intenter ทำให้การสัมผัสกับวัสดุอย่างเหมาะสม ความผิดปกติของพื้นผิวหรือสารปนเปื้อนใด ๆ อาจส่งผลกระทบต่อกระบวนการเยื้องและนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ไม่ถูกต้อง
บทสรุป
โดยสรุปโครงสร้างภายในของวัสดุมีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อการวัดความแข็งของผู้ทดสอบความแข็งผิวเผิน ปัจจัยต่าง ๆ เช่นโครงสร้างธัญพืชองค์ประกอบเฟสและความเครียดที่เหลือสามารถมีอิทธิพลต่อค่าความแข็งที่วัดโดยผู้ทดสอบ การทำความเข้าใจปัจจัยเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการตีความผลการทดสอบความแข็งที่แม่นยำและเพื่อให้มั่นใจว่าคุณภาพและประสิทธิภาพของวัสดุในการใช้งานต่างๆ
ในฐานะซัพพลายเออร์ชั้นนำของผู้ทดสอบความแข็งผิวเผินเรามุ่งมั่นที่จะให้บริการอุปกรณ์ทดสอบคุณภาพสูงแก่ลูกค้าของเราและการสนับสนุนทางเทคนิคที่ครอบคลุม หากคุณสนใจที่จะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ของเราหรือมีคำถามใด ๆ เกี่ยวกับการทดสอบความแข็งผิวเผินโปรดติดต่อเราเพื่อรับการจัดซื้อและการอภิปรายเพิ่มเติม เราหวังว่าจะได้ทำงานร่วมกับคุณเพื่อตอบสนองความต้องการในการทดสอบความแข็งของคุณ
การอ้างอิง
- Callister, WD, & Rethwisch, DG (2010) วัสดุศาสตร์และวิศวกรรม: บทนำ ไวลีย์
- คู่มือ ASM เล่มที่ 8: การทดสอบเชิงกลและการประเมินผล ASM International
- ISO 6508 - 1: 2016 วัสดุโลหะ - การทดสอบความแข็งของ Rockwell - ส่วนที่ 1: วิธีการทดสอบ