วิธีการทดสอบทางกลสำหรับผ้าเบรกเหล็กหล่อที่ใช้ในรถไฟ (การเลือกเครื่องทดสอบความแข็งของผ้าเบรก)

การเลือกอุปกรณ์ทดสอบทางกลสำหรับผ้าเบรกเหล็กหล่อต้องเป็นไปตามมาตรฐาน ICS 45.060.20 มาตรฐานนี้ระบุว่าการทดสอบคุณสมบัติทางกลแบ่งออกเป็นสองส่วน:

1. การทดสอบแรงดึง

จะต้องดำเนินการตามข้อกำหนดของ ISO 6892-1:2019 ขนาดและคุณภาพการประมวลผลของชิ้นงานทดสอบแรงดึงต้องเป็นไปตามข้อกำหนดของ ISO 185:2005

2. วิธีการทดสอบความแข็ง

การทดสอบจะต้องดำเนินการตามมาตรฐาน ISO 6506-1:2014 ชิ้นงานทดสอบความแข็งจะต้องตัดจากครึ่งล่างของแท่งทดสอบที่หล่อแยกต่างหาก หากไม่มีแท่งทดสอบ ให้ใช้ผ้าเบรกหนึ่งชิ้น ขัดด้านข้างออก 6-10 มม. แล้ววัดความแข็งที่ 4 จุด โดยใช้ค่าเฉลี่ยเป็นผลการทดสอบ

หลักเกณฑ์สำหรับวิธีการทดสอบความแข็ง

มาตรฐาน ISO 6506-1:2014 “วัสดุโลหะ – การทดสอบความแข็งแบบบริเนลล์ – ส่วนที่ 1: วิธีการทดสอบ” กำหนดหลักการ สัญลักษณ์และคำอธิบาย อุปกรณ์ทดสอบ ชิ้นงานทดสอบ ขั้นตอนการทดสอบ ความไม่แน่นอนของผลลัพธ์ และรายงานการทดสอบสำหรับการทดสอบความแข็งแบบบริเนลล์ของวัสดุโลหะ

2.1 การเลือกอุปกรณ์ทดสอบ: เครื่องทดสอบความแข็งแบบบริเนลล์ (แนะนำให้ใช้เป็นอันดับแรก)

ข้อดี: พื้นที่การทดสอบมีขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถสะท้อนความแข็งโดยรวมของวัสดุเหล็กหล่อได้ (เหล็กหล่ออาจมีโครงสร้างที่ไม่สม่ำเสมอ) และผลลัพธ์ที่ได้มีความแม่นยำมากขึ้น

เหมาะสำหรับเหล็กหล่อที่มีความแข็งปานกลางและต่ำ (HB 80 – 450) ซึ่งครอบคลุมช่วงความแข็งของผ้าเบรกเหล็กหล่อได้อย่างสมบูรณ์

ขั้นตอนการทำงานค่อนข้างง่าย และข้อกำหนดเกี่ยวกับความเรียบของพื้นผิวชิ้นงานค่อนข้างต่ำ (โดยทั่วไปค่า Ra 1.6 – 6.3 μm ก็เพียงพอแล้ว)

2.2 หลักการทดสอบความแข็งแบบบริเนลล์

หลักการสามารถสรุปได้ดังนี้: ใช้ลูกบอลโลหะผสมแข็ง (หรือลูกบอลเหล็กชุบแข็ง) ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มม. กดลงบนพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบภายใต้แรงทดสอบที่กำหนด (เช่น 3000 กก.) หลังจากวัดเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยกดแล้ว จะคำนวณค่าความแข็ง (HBW) เพื่อบ่งบอกถึงความสามารถของวัสดุในการต้านทานการเสียรูปพลาสติก ข้อดีหลักของวิธีนี้คือผลลัพธ์ที่ได้มีความแม่นยำสูง สามารถสะท้อนลักษณะความแข็งระดับมหภาคของวัสดุได้ เป็นวิธีการคลาสสิกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการทดสอบประสิทธิภาพของวัสดุโลหะ

2.3 สัญลักษณ์และคำอธิบายค่าความแข็งแบบบริเนลล์

นิยามหลักของค่าความแข็งบริเนลล์ (HBW) คือ อัตราส่วนของแรงทดสอบ (F) ต่อพื้นที่ผิวรอยกด (A) โดยมีหน่วยเป็น MPa (แต่โดยปกติแล้วจะไม่ระบุหน่วย และใช้เฉพาะค่าตัวเลขเท่านั้น) สูตรการคำนวณมีดังนี้: HBW = πD(D−D2−d2​)2×0.102×F
ที่ไหน:

F คือแรงทดสอบ (หน่วย: นิวตัน);

D คือเส้นผ่านศูนย์กลางของหัวกด (หน่วย: มม.)

d คือเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยของรอยบุ๋ม (หน่วย: มม.)

ค่าสัมประสิทธิ์ “0.102” คือตัวแปลงหน่วยที่ใช้ในการแปลงหน่วยแรงทดสอบจาก kgf เป็น N (หากคำนวณโดยตรงในหน่วย N สูตรจะง่ายขึ้น)

จากสูตรจะเห็นได้ว่า ภายใต้แรงทดสอบและเส้นผ่านศูนย์กลางของหัวกดที่เท่ากัน ยิ่งเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยกดเล็กเท่าไร ความสามารถในการต้านทานการเสียรูปพลาสติกของวัสดุก็จะยิ่งแข็งแกร่งมากขึ้น และค่าความแข็งแบบบริเนลล์ก็จะยิ่งสูงขึ้น ในทางกลับกัน ค่าความแข็งก็จะยิ่งต่ำลง

ตามคุณลักษณะของวัสดุของผ้าเบรกเหล็กหล่อ (เหล็กหล่อสีเทา) พารามิเตอร์ของการทดสอบความแข็งแบบบริเนลล์โดยทั่วไปจะเป็นดังนี้:

แรงทดสอบ (F): โดยทั่วไปจะใช้ 3000 kgf (29.42 kN) และสัญลักษณ์ความแข็งที่สอดคล้องกันคือ “HBW 10/3000”

หมายเหตุ: หากชิ้นงานทดสอบบางหรือวัสดุอ่อนนุ่ม สามารถปรับแรงทดสอบได้ (เช่น 1500 กก. หรือ 500 กก.) ตามมาตรฐาน ISO 6506-1:2014 แต่ต้องระบุไว้ในรายงานการทดสอบด้วย