ความสัมพันธ์ระหว่างหน่วยความแข็งบริเนลล์ ร็อคเวลล์ และวิคเกอร์ส (ระบบความแข็ง)

วิธีการวัดความแข็งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในกระบวนการผลิต ได้แก่ วิธีการวัดความแข็งแบบกดอัด เช่น ความแข็งบริเนลล์ ความแข็งร็อคเวลล์ ความแข็งวิคเกอร์ส และความแข็งระดับไมโคร ค่าความแข็งที่ได้นั้นโดยพื้นฐานแล้วแสดงถึงความต้านทานของพื้นผิวโลหะต่อการเสียรูปพลาสติกที่เกิดจากการแทรกซึมของวัตถุแปลกปลอม

ต่อไปนี้เป็นคำแนะนำโดยสังเขปเกี่ยวกับหน่วยวัดความแข็งต่างๆ:

1. ความแข็งบริเนลล์ (HB)

นำลูกเหล็กกล้าชุบแข็งขนาดหนึ่ง (โดยทั่วไปคือเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มิลลิเมตร) กดลงบนพื้นผิวของวัสดุด้วยแรงกดขนาดหนึ่ง (โดยทั่วไปคือ 3000 กิโลกรัม) และกดค้างไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง หลังจากนำแรงกดออกแล้ว อัตราส่วนของแรงกดต่อพื้นที่รอยกดจะเป็นค่าความแข็งบริเนลล์ (HB) ในหน่วยกิโลกรัมแรง/ตารางมิลลิเมตร (N/mm2)

2. ค่าความแข็งร็อคเวลล์ (HR)

เมื่อค่า HB มากกว่า 450 หรือตัวอย่างมีขนาดเล็กเกินไป จะไม่สามารถใช้การทดสอบความแข็งแบบบริเนลล์ได้ และควรใช้การวัดความแข็งแบบร็อคเวลล์แทน วิธีนี้ใช้กรวยเพชรที่มีมุมยอด 120° หรือลูกเหล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.59 มม. และ 3.18 มม. กดลงบนพื้นผิวของวัสดุที่ต้องการทดสอบภายใต้แรงกดที่กำหนด และค่าความแข็งของวัสดุจะหาได้จากความลึกของรอยกด ตามค่าความแข็งของวัสดุที่ทดสอบ สามารถแสดงได้ในสามระดับที่แตกต่างกัน:

HRA: คือค่าความแข็งที่ได้จากการใช้แรงกด 60 กิโลกรัมและหัวกดรูปกรวยเพชร ซึ่งใช้สำหรับวัสดุที่มีความแข็งสูงมาก (เช่น ซีเมนต์คาร์ไบด์ เป็นต้น)

HRB: คือค่าความแข็งที่ได้จากการใช้แรงกด 100 กิโลกรัม และลูกเหล็กกล้าชุบแข็งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.58 มิลลิเมตร ใช้สำหรับวัสดุที่มีความแข็งต่ำ (เช่น เหล็กอบอ่อน เหล็กหล่อ เป็นต้น)

HRC: คือค่าความแข็งที่ได้จากการใช้แรงกด 150 กิโลกรัม และหัวกดรูปกรวยเพชร ซึ่งใช้สำหรับวัสดุที่มีความแข็งสูง (เช่น เหล็กชุบแข็ง เป็นต้น)

3. ความแข็งแบบวิคเกอร์ (HV)

ใช้หัวกดรูปกรวยสี่เหลี่ยมเพชรที่มีน้ำหนักกดน้อยกว่า 120 กิโลกรัม และมุมยอด 136° กดลงบนพื้นผิววัสดุ แล้วนำพื้นที่ผิวของรอยกดหารด้วยค่าน้ำหนักกด จะได้ค่าความแข็งวิคเกอร์ส (HV) (กก./มม.²)

เมื่อเปรียบเทียบกับการทดสอบความแข็งแบบบริเนลล์และร็อคเวลล์ การทดสอบความแข็งแบบวิคเกอร์มีข้อดีหลายประการ ไม่มีข้อจำกัดเรื่องเงื่อนไขของแรงกด P และเส้นผ่านศูนย์กลางของหัวกด D เหมือนกับการทดสอบแบบบริเนลล์ และไม่มีปัญหาเรื่องการเสียรูปของหัวกด อีกทั้งยังไม่มีปัญหาเรื่องค่าความแข็งของร็อคเวลล์ที่ไม่สามารถหาค่ามาตรฐานเดียวกันได้ และสามารถทดสอบวัสดุทั้งอ่อนและแข็งได้เหมือนกับการทดสอบแบบร็อคเวลล์ และยังสามารถทดสอบความแข็งของชิ้นส่วนที่บางมาก (หรือชั้นบางๆ) ได้ดีกว่าการทดสอบแบบร็อคเวลล์ ซึ่งทำได้เฉพาะการวัดความแข็งผิวแบบร็อคเวลล์เท่านั้น แต่แม้ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว ก็สามารถเปรียบเทียบได้เฉพาะภายในมาตราส่วนร็อคเวลล์เท่านั้น และไม่สามารถหาค่ามาตรฐานเดียวกันกับระดับความแข็งอื่นๆ ได้ นอกจากนี้ เนื่องจากการทดสอบแบบร็อคเวลล์ใช้ความลึกของการกดเป็นดัชนีในการวัด และความลึกของการกดมักจะน้อยกว่าความกว้างของการกด ดังนั้นค่าความคลาดเคลื่อนสัมพัทธ์จึงมีขนาดใหญ่กว่า ด้วยเหตุนี้ ข้อมูลความแข็งแบบร็อคเวลล์จึงไม่เสถียรเท่ากับการทดสอบแบบบริเนลล์และวิคเกอร์ และแน่นอนว่าไม่เสถียรเท่ากับความแม่นยำของการทดสอบแบบวิคเกอร์

มีความสัมพันธ์ในการแปลงค่าบางอย่างระหว่าง Brinell, Rockwell และ Vickers และมีตารางความสัมพันธ์ในการแปลงค่าที่สามารถเรียกดูได้