ความแข็งของวัสดุ (Hardness of Materials)

ความแข็งของวัสดุ (Material hardness) เป็นคุณสมบัติพื้นฐานในวิทยาศาสตร์วัสดุและวิศวกรรมศาสตร์ ซึ่งมีความสำคัญในการกำหนดว่าวัสดุจะทำหน้าที่ได้ดีเพียงใดภายใต้เงื่อนไขต่างๆ

คุณสมบัติเหล่านี้มีความจำเป็นในอุตสาหกรรมต่างๆ ตั้งแต่การผลิตไปจนถึงการก่อสร้าง และมีบทบาทสำคัญในการคัดเลือกวัสดุสำหรับการใช้งานเฉพาะ

บทความนี้เราจะเจาะลึกว่าความแข็งของวัสดุคืออะไร วัดได้อย่างไร ความแข็งประเภทต่างๆ และความสำคัญในสาขาต่างๆ

ความแข็งของวัสดุคืออะไร?

ความแข็งของวัสดุ (Material hardness) คือความสามารถของวัสดุในการต้านทานการเสียรูป โดยเฉพาะการเสียรูปถาวร รอยขีดข่วน การตัด หรือการบุ๋ม เป็นการวัดว่าวัสดุทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงรูปร่างต่างๆ เมื่อมีแรงกระทำมากเพียงใด

ในวัสดุศาสตร์ ความแข็ง เป็นการวัดความต้านทานต่อการเสียรูปพลาสติกเฉพาะที่ เช่น รอยบุ๋ม (บนพื้นที่) หรือรอยขีดข่วน (เชิงเส้น) ซึ่งเกิดจากกลไกโดยการกดหรือการเสียดสี

โดยทั่วไปแล้ว วัสดุต่างๆ จะมีความแข็งที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นโลหะแข็ง เช่นไททาเนียมและเบริลเลียมจะแข็งกว่าโลหะอ่อนเช่นโซเดียมและดีบุก หรือไม้และพลาสติกทั่วไป

หน่วยการวัด: ความแข็งโดยทั่วไปจะวัดเป็นหน่วยเช่นความแข็งวิกเกอร์ส (HV) ความแข็งร็อกเวลล์ (HR) และความแข็งบริเนล (HB)

ความแข็งชอร์ (Shore hardness) คืออะไร? ทำความเข้าใจ

หน่วยชอร์เอ (Shore A) เป็นหนึ่งในหน่วยมาตราที่ใช้ในการวัดความแข็งของวัสดุเช่น ยางวัลคาไนซ์และยางธรรมชาติ TPE (เทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์) โพลีอะคริลิกแบบยืดหยุ่นและเทอร์โมเซ็ต หนัง แว็กซ์ และสักหลาด [...]

ทำความเข้าใจความแข็ง (Hardness) คืออะไร? และวิธีการทดสอบ

การวัดความต้านทานของวัสดุต่อการเสียรูปถาวรเฉพาะจุด วัสดุบางชนิดมีความแข็งตามธรรมชาติตัวอย่างเช่นทังสเตนเป็นโลหะที่มีความแข็งอย่างเหลือเชื่อซึ่งใช้เป็นองค์ประกอบโลหะผสมในเหล็กกล้าเครื่องมือ [...]

ประเภทของความแข็ง

วัสดุแต่ละชนิดมีพฤติกรรมแตกต่างกันภายใต้การรับน้ำหนักที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น โลหะที่รับแรงกระแทกได้แรงเพียงครั้งเดียวก็อาจไม่สามารถทนต่อการรับน้ำหนักต่อเนื่องได้

ต้องทำการทดสอบความแข็งในแต่ละกรณีเพื่อให้สามารถเลือกใช้วัสดุได้อย่างชาญฉลาด ความแข็งมี 3 ประเภท ได้แก่ความแข็งจากเงื่อนไขต่างๆ ดังต่อไปนี้

• การขีดข่วน (Scratch)
• การคืนตัว (Rebound)
• การกดทับ (Indentation)

การวัดความแข็งแต่ละประเภทต้องใช้ชุดเครื่องมือที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ วัสดุชนิดเดียวกันก็จะมีค่าความแข็งที่แตกต่างกันสำหรับแต่ละประเภทที่กล่าวถึงข้างต้น

การวัดความแข็งของวัสดุ

มีการใช้เทคนิคและเครื่องมือต่างๆ เพื่อวัดความแข็งของวัสดุ โดยแต่ละวิธีเหมาะสำหรับวัสดุและการใช้งานที่แตกต่างกัน

หน่วยความแข็งประเภทต่างๆ ที่กล่าวถึงข้างต้นมีมาตราส่วนการวัดที่แตกต่างกัน สำหรับความแข็งแบบรอยขีดข่วน รอยบุ๋ม และความแข็งแบบเด้งกลับ วิธีการวัดจะแตกต่างกัน (เช่น Brinell, Rockwell, Knoop, Leeb และ Meyer)

• การทดสอบความแข็งวิกเกอร์ส (Vickers): ทำงานโดยใช้หัวเจาะเพชรเพื่อกดลงในวัสดุและวัดขนาดของรอยบุ๋ม เหมาะกับวัสดุทุกชนิด โดยให้มาตราส่วนความแข็งอย่างต่อเนื่อง
• การทดสอบความแข็งแบบร็อคเวลล์ (Rockwell): เป็นการวัดความลึกของการเจาะของหัวเจาะภายใต้แรงกด มีการใช้หน่วยที่แตกต่างกัน (เช่น HRA, HRB, HRC) สำหรับวัสดุที่แตกต่างกัน
• การทดสอบความแข็งแบบบริเนล (Brinell): ใช้หัวแบบลูกบอลเพื่อสร้างรอยบุ๋ม โดยวัดเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยบุ๋ม ใช้กับวัสดุที่มีโครงสร้างหยาบหรือไม่สม่ำเสมอ

การประยุกต์ใช้งาน

ความแข็งของวัสดุมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมและการใช้งานต่างๆ

• การผลิต: ความแข็งมีความสำคัญในการเลือกวัสดุสำหรับเครื่องมือ แม่พิมพ์ และแม่พิมพ์ โดยรับประกันว่าส่วนประกอบเหล่านี้สามารถทนต่อสภาวะที่มีความเครียดสูง และคงรูปร่างเอาไว้ได้
• การก่อสร้าง: ในการก่อสร้าง จะมีการเลือกใช้วัสดุที่มีความแข็งที่เหมาะสมสำหรับส่วนประกอบโครงสร้าง เพื่อความปลอดภัยและอายุการใช้งานที่ยาวนาน
• ยานยนต์: วัสดุแข็งใช้ในส่วนประกอบเครื่องยนต์ เฟือง และตลับลูกปืน เพื่อให้แน่ใจว่าสามารถทนต่อความเครียดและการสึกหรอสูงได้
• การบินและอวกาศ: วัสดุที่มีความแข็งสูงมีความจำเป็นสำหรับส่วนประกอบการบินและอวกาศที่ต้องทนต่อสภาวะและความเครียดที่รุนแรง