ตัวแปลงความแข็ง

มาตราส่วนความแข็งคืออะไรและเกี่ยวข้องกันอย่างไร?

ความแข็ง (hardness) วัดความต้านทานของวัสดุต่อการเสียรูปถาวรเฉพาะจุด สเกลที่ต่างกันใช้หัวกดและแรงกดต่างกัน: Rockwell C (HRC) ใช้กรวยเพชรกับแรง 150 kgf, Brinell (HB) ใช้ลูกบอลทังสเตนคาร์ไบด์ 10 mm กับแรง 3000 kgf และ Vickers (HV) ใช้พีระมิดเพชรกับแรงกดที่ปรับได้

การแปลงค่าระหว่างสเกลเป็นเชิงประสบการณ์ (empirical) ไม่ใช่เชิงคณิตศาสตร์ — อ้างอิงตารางสหสัมพันธ์จาก ASTM E140 ความสัมพันธ์เป็นเชิงเส้นโดยประมาณเฉพาะในช่วงจำกัดเท่านั้น HRC ใช้มากที่สุดกับเหล็กกล้าชุบแข็ง (20-68 HRC) ส่วน HB นิยมใช้กับวัสดุที่อ่อนกว่าและงานหล่อ

ค่าความแข็งทั่วไป: เหล็กกล้าละมุน ~120 HB, เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง (ชุบแข็งและอบคืนตัว) ~30 HRC, เหล็กกล้าเครื่องมือ (ชุบแข็ง) ~60 HRC, ผิวชุบแข็งเฉพาะผิว ~700 HV คอลัมน์ Shore ในที่นี้คือการทดสอบการกระดอนแบบสเกลอโรสโคป (HS) ที่ ASTM E140 แปลงค่าให้ ไม่ใช่เกจ Shore D ที่ใช้กับยางและพลาสติก ซึ่งเพียงชื่อพ้องกันแต่วัดการกดจมบนมาตราส่วนคนละแบบ

ความสัมพันธ์ระหว่างความแข็งกับความต้านแรงดึงเป็นเชิงเส้นโดยประมาณสำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าผสม: UTS (MPa) ≈ 3.45 × HB วิธีนี้เป็นวิธีไม่ทำลายที่สะดวกในการประมาณความต้านแรงดึงจากเครื่องทดสอบความแข็งแบบพกพาในภาคสนาม อย่างไรก็ตาม สหสัมพันธ์นี้ใช้ไม่ได้กับโลหะนอกกลุ่มเหล็กหรือเหล็กกล้าที่ผ่านการขึ้นรูปเย็นอย่างหนัก

เครื่องทดสอบความแข็งอัตโนมัติสมัยใหม่สามารถแปลงค่าได้โดยอัตโนมัติ แต่ความเข้าใจในความสัมพันธ์พื้นฐานยังจำเป็นสำหรับวิศวกรคุณภาพที่ต้องตรวจสอบรายงานผลทดสอบและไกล่เกลี่ยข้อโต้แย้งระหว่างสเกลการวัดที่ซัพพลายเออร์แต่ละรายใช้

Formula: HRC ≈ HV/10.2 − 3 (ค่าประมาณคร่าว ๆ ช่วง 20-60 HRC) HB ≈ HV × 0.95 (สำหรับ HB < 350) การแปลงค่าจริงใช้ตารางอ้างอิง ASTM E140

ตัวอย่างการคำนวณ

ชิ้นงานเหล็กกล้าวัดได้ 45 HRC จากตาราง ASTM E140: เทียบเท่าประมาณ 446 HV, 421 HB และราว 62 HS บนมาตราส่วน Shore scleroscope ความต้านแรงดึงโดยประมาณอยู่ที่ราว 1480 MPa

เมื่อใดควรใช้เครื่องคำนวณนี้

• ได้รับใบรับรองผลทดสอบวัสดุที่ระบุความแข็งเป็น HB แต่แบบของคุณกำหนดเป็น HRC — ต้องแปลงค่าเพื่อตัดสินใจยอมรับ
• ประมาณความต้านแรงดึงจากค่าที่อ่านได้จากเครื่องทดสอบความแข็งแบบพกพาระหว่างการตรวจรับวัสดุขาเข้า
• เปรียบเทียบข้อกำหนดวัสดุข้ามมาตรฐานนานาชาติที่ใช้สเกลความแข็งต่างกัน (เช่น JIS ใช้ HV, ASTM ใช้ HRC)
• ตรวจสอบผลการอบชุบความร้อนเมื่อเครื่องทดสอบที่มีอยู่ใช้สเกลต่างจากที่ข้อกำหนดระบุ

ข้อผิดพลาดที่ควรหลีกเลี่ยง

• ถือว่าการแปลงค่าตาม ASTM E140 เป็นค่าแม่นยำ — แท้จริงเป็นค่าประมาณเชิงประสบการณ์ที่มีความไม่แน่นอนทั่วไป ±2 HRC และความแม่นยำลดลงนอกช่วง 20-60 HRC
• ใช้ตารางแปลงค่าที่ออกแบบสำหรับเหล็กกล้าคาร์บอน/เหล็กกล้าผสมกับเหล็กกล้าไร้สนิม อะลูมิเนียม หรือโลหะนอกกลุ่มเหล็ก — ตารางสหสัมพันธ์เป็นแบบจำเพาะต่อวัสดุ
• แปลงค่าข้ามหลายสเกลต่อเนื่องกัน (เช่น HRC→HV→HB) — การแปลงแต่ละครั้งเพิ่มความคลาดเคลื่อน ควรแปลงตรงจากสเกลที่วัดได้เสมอ
• ละเลยข้อจำกัดของวิธีทดสอบ — HRC ต้องการความหนาขั้นต่ำ 10 เท่าของความลึกรอยกด และ HB ไม่เหมาะกับเหล็กกล้าชุบแข็งที่เกิน 450 HB

วิธีตีความผลลัพธ์

• HRC 20-30: ความแข็งปานกลาง — เป็นค่าทั่วไปของเหล็กกล้าโครงสร้างชุบแข็งและอบคืนตัวที่เหมาะกับเครื่องจักรกลทั่วไป
• HRC 30-45: แข็ง — เป็นค่าทั่วไปของโบลต์ความแข็งแรงสูง (Class 10.9) เฟือง และเพลาที่ต้องการความต้านทานการสึกหรอ
• HRC 45-58: แข็งมาก — เหล็กกล้าเครื่องมือ รางลูกปืน และผิวชุบแข็งเฉพาะผิว
• HRC 58-68: แข็งอย่างยิ่ง — เครื่องมือตัด เกจวัด และแผ่นกันสึก วัสดุจะเปราะในช่วงนี้
• HB ต่ำกว่า 200: อ่อนและกลึงไสง่าย — เหมาะกับงานแมชชีนนิ่งและงานขึ้นรูปทั่วไป

มาตรฐานและเอกสารอ้างอิง

• ASTM E140 — ตารางแปลงค่าความแข็งมาตรฐานสำหรับโลหะ (พื้นฐานของการแปลงค่าทั้งหมด)
• ASTM E18 — วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับความแข็ง Rockwell
• ASTM E10 — วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับความแข็ง Brinell
• ISO 6508 — วัสดุโลหะ — การทดสอบความแข็ง Rockwell
• ISO 6506 — วัสดุโลหะ — การทดสอบความแข็ง Brinell

ตารางแปลงค่าความแข็ง ASTM E140

ตารางแปลงค่าฉบับเต็มที่เครื่องคำนวณนี้ใช้อ้างอิงในการประมาณค่า — ค่า HRC ตั้งแต่ 20 ถึง 68 พร้อมค่า HB, HV และ Shore scleroscope (HS) ที่สอดคล้องกัน

คำถามที่พบบ่อย

ควรระบุสเกลความแข็งแบบใดบนแบบวิศวกรรม?

ใช้ HRC สำหรับเหล็กชุบแข็ง (ชิ้นส่วนผ่านการอบชุบ เครื่องมือ สปริง) ที่สูงกว่า 20 HRC ใช้ HB สำหรับเหล็กที่อ่อนกว่า งานหล่อ และโลหะนอกกลุ่มเหล็กที่ต่ำกว่า 350 HB ใช้ HV สำหรับชิ้นงานบาง ความลึกผิวชุบแข็ง และเมื่อต้องการช่วงการวัดกว้างในสเกลเดียว ต้องระบุสเกลและเงื่อนไขการทดสอบเสมอ

การแปลงค่าความแข็งแม่นยำหรือไม่?

ไม่ได้ การแปลงค่าตาม ASTM E140 เป็นการประมาณเชิงประสบการณ์ที่ใช้ได้เฉพาะกับเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าผสมเท่านั้น ความแม่นยำจะลดลงสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม โลหะนอกกลุ่มเหล็ก และที่ช่วงค่าสุดขั้ว ตารางแปลงค่ามีความไม่แน่นอนโดยทั่วไป ±2 HRC สำหรับข้อกำหนดที่สำคัญ ให้ทดสอบโดยตรงในสเกลที่ต้องการแทนการแปลงค่า

สามารถประมาณค่าความต้านแรงดึงจากผลการวัดความแข็งได้หรือไม่?

ได้ สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าผสม ความสัมพันธ์โดยประมาณคือ UTS (MPa) ≈ 3.45 × HB (Brinell) ตัวอย่างเช่น 200 HB ≈ ความต้านแรงดึง 690 MPa วิธีนี้เป็นการประมาณภาคสนาม — ไม่สามารถใช้แทนการทดสอบแรงดึงจริงได้ — แต่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการตรวจรับวัสดุและการทวนสอบวัสดุเมื่อการทดสอบแบบทำลายไม่สะดวกในทางปฏิบัติ