การจำแนกประเภทความแข็งของเหล็กชนิดต่างๆ

เครื่องทดสอบความแข็งแบบพกพา Leeb สามารถแปลงเป็นค่าความแข็งแบบ Brinell (HB), Rockwell (HRC), Vickers (HV), Shore (HS) ได้หลังจากทำการวัดแบบ Leeb (HL) หรือใช้หลักการของ Leeb ในการวัดค่าความแข็งโดยตรงด้วยหน่วย Brinell (HB), Rockwell (HRC), Vickers (HV), Leeb (HL), Shore (HS)
HB - ค่าความแข็งแบบบริเนลล์:
ค่าความแข็งบริเนลล์ (HB) โดยทั่วไปใช้กับวัสดุที่อ่อนกว่า เช่น โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก เหล็กกล้าก่อนการอบชุบความร้อนหรือหลังการอบอ่อน ในขณะที่ค่าความแข็งร็อคเวลล์ (HRC) โดยทั่วไปใช้กับวัสดุที่มีความแข็งสูงกว่า เช่น ความแข็งหลังการอบชุบความร้อน เป็นต้น
ความแข็งบริเนลล์ (HB) คือค่าความแข็งที่วัดได้จากแรงกดขนาดหนึ่ง โดยใช้ลูกเหล็กกล้าชุบแข็งหรือลูกคาร์ไบด์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดหนึ่ง กดลงบนพื้นผิวโลหะที่ต้องการทดสอบ คงแรงกดไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง แล้วจึงนำแรงกดออกเพื่อวัดเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยบุ๋มบนพื้นผิว ค่าความแข็งบริเนลล์คือค่าที่ได้จากการหารแรงกดด้วยพื้นที่ผิวทรงกลมของรอยบุ๋ม โดยทั่วไปแล้ว จะใช้ลูกเหล็กกล้าชุบแข็งขนาดหนึ่ง (โดยปกติเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มม.) กดลงบนพื้นผิววัสดุด้วยแรงกดขนาดหนึ่ง (โดยปกติ 3000 กก.) และคงแรงกดไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง หลังจากนำแรงกดออกแล้ว อัตราส่วนของแรงกดต่อพื้นที่รอยบุ๋มคือค่าความแข็งบริเนลล์ (HB) โดยมีหน่วยเป็นกิโลกรัมแรง/มม.² (N/mm²)
การวัดความแข็งแบบร็อคเวลล์ (Rockwell hardness) กำหนดค่าดัชนีความแข็งโดยพิจารณาจากความลึกของการเสียรูปพลาสติกของรอยกด โดยใช้ 0.002 มม. เป็นหน่วยวัดความแข็ง หากค่า HB มากกว่า 450 หรือตัวอย่างมีขนาดเล็กเกินไป จะไม่สามารถใช้การทดสอบความแข็งแบบบริเนลล์ (Brinell hardness) ได้ และจะใช้การวัดความแข็งแบบร็อคเวลล์แทน วิธีนี้ใช้กรวยเพชรที่มีมุมยอด 120° หรือลูกเหล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.59 หรือ 3.18 มม. กดลงบนพื้นผิวของวัสดุที่ทดสอบภายใต้แรงกดที่กำหนด และคำนวณความแข็งของวัสดุจากความลึกของรอยกด โดยจะแสดงค่าความแข็งในสามระดับที่แตกต่างกันตามความแข็งของวัสดุที่ทดสอบ:
HRA: คือค่าความแข็งที่ได้จากการใช้แรงกด 60 กิโลกรัมและหัวกดรูปกรวยเพชร ซึ่งใช้สำหรับวัสดุที่มีความแข็งสูงมาก (เช่น ซีเมนต์คาร์ไบด์ เป็นต้น)
HRB: คือค่าความแข็งที่ได้จากการใช้แรงกด 100 กิโลกรัม และลูกเหล็กกล้าชุบแข็งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.58 มิลลิเมตร ซึ่งใช้สำหรับวัสดุที่มีความแข็งต่ำ (เช่น เหล็กอบอ่อน เหล็กหล่อ เป็นต้น)
HRC: คือค่าความแข็งที่ได้จากการใช้แรงกด 150 กิโลกรัม และหัวกดรูปกรวยเพชร ซึ่งใช้สำหรับวัสดุที่มีความแข็งสูงมาก (เช่น เหล็กชุบแข็ง เป็นต้น)
นอกจากนี้:
1. HRC หมายถึง มาตราส่วนความแข็ง Rockwell C
2. HRC และ HB ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในกระบวนการผลิต
3. ช่วงค่า HRC ที่ใช้ได้คือ HRC 20-67 เทียบเท่ากับ HB225-650
หากค่าความแข็งสูงกว่าช่วงนี้ ให้ใช้มาตราความแข็งร็อคเวลล์ A (HRA)
หากค่าความแข็งต่ำกว่าช่วงนี้ ให้ใช้มาตราส่วนความแข็ง Rockwell B (HRB)
ค่าความแข็งบริเนลล์สูงสุดคือ HB650 ซึ่งไม่สามารถสูงกว่าค่านี้ได้
4. หัวกดของเครื่องทดสอบความแข็งร็อคเวลล์แบบ C เป็นรูปกรวยเพชรที่มีมุมยอด 120 องศา แรงกดทดสอบมีค่าคงที่ โดยมาตรฐานของจีนคือ 150 กิโลกรัมแรง ส่วนหัวกดของเครื่องทดสอบความแข็งบริเนลล์เป็นลูกเหล็กชุบแข็ง (HBS) หรือลูกคาร์ไบด์ (HBW) แรงกดทดสอบจะแตกต่างกันไปตามขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของลูกบอล โดยมีค่าตั้งแต่ 3000 ถึง 31.25 กิโลกรัมแรง
5. การวัดความแข็งแบบร็อคเวลล์ได้รอยกดที่เล็กมาก และค่าที่วัดได้จะกระจัดกระจาย จำเป็นต้องวัดหลายจุดเพื่อหาค่าเฉลี่ย เหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปและชิ้นบางๆ และจัดเป็นการทดสอบแบบไม่ทำลาย ส่วนการวัดความแข็งแบบบริเนลล์ได้รอยกดที่ใหญ่กว่า ค่าที่วัดได้มีความแม่นยำ แต่ไม่เหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปและชิ้นบางๆ และโดยทั่วไปแล้วไม่จัดเป็นการทดสอบแบบไม่ทำลาย
6. ค่าความแข็งแบบร็อคเวลล์เป็นตัวเลขที่ไม่มีชื่อและไม่มีหน่วย (ดังนั้น การเรียกความแข็งแบบร็อคเวลล์ว่าเป็นระดับความแข็งที่แน่นอนจึงไม่ถูกต้อง) ส่วนค่าความแข็งแบบบริเนลล์นั้นมีหน่วยและมีความสัมพันธ์โดยประมาณกับความแข็งแรงดึง
7. ความแข็งแบบ Rockwell จะแสดงผลโดยตรงบนหน้าปัดหรือแสดงผลแบบดิจิทัล ใช้งานง่าย รวดเร็ว และเข้าใจง่าย เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก ในขณะที่ความแข็งแบบ Brinell ต้องใช้กล้องจุลทรรศน์ในการวัดเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยกด แล้วจึงค้นหาค่าในตารางหรือคำนวณ ซึ่งยุ่งยากกว่า
8. ภายใต้เงื่อนไขบางประการ HB และ HRC สามารถสลับกันได้โดยการดูจากตาราง สูตรการคำนวณในใจสามารถบันทึกได้คร่าวๆ ดังนี้: 1HRC≈1/10HB
การทดสอบความแข็งเป็นวิธีการทดสอบที่ง่ายและสะดวกในการทดสอบคุณสมบัติทางกล อย่างไรก็ตาม เพื่อที่จะใช้การทดสอบความแข็งแทนการทดสอบคุณสมบัติทางกลบางอย่าง จำเป็นต้องมีความสัมพันธ์ในการแปลงค่าความแข็งและความแข็งแรงที่แม่นยำยิ่งขึ้นในกระบวนการผลิต
จากประสบการณ์จริงพิสูจน์แล้วว่ามีความสัมพันธ์โดยประมาณระหว่างค่าความแข็งต่างๆ ของวัสดุโลหะ และระหว่างค่าความแข็งกับค่าความแข็งแรง เนื่องจากค่าความแข็งถูกกำหนดโดยความต้านทานต่อการเสียรูปพลาสติกเริ่มต้นและความต้านทานต่อการเสียรูปพลาสติกต่อเนื่อง ยิ่งวัสดุมีความแข็งแรงสูงเท่าใด ความต้านทานต่อการเสียรูปพลาสติกก็จะยิ่งสูงขึ้น และค่าความแข็งก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น