คู่มือหลักการทำงานของเครื่องทดสอบความแข็ง Brinell

การทดสอบความแข็งเป็นกระบวนการพื้นฐานในการประเมินวัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ-โลหะหนักที่ใช้ในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่มีความต้องการสูง ในบรรดาวิธีทดสอบความแข็งต่างๆ ที่มี การทดสอบความแข็งแบบ Brinell ถือเป็นการทดสอบที่เหนือกาลเวลานับตั้งแต่คิดค้นโดยวิศวกรชาวสวีเดน Johan August Brinell ในปี 1900เครื่องทดสอบความแข็งบริเนลยังคงเป็นหนึ่งในระบบการวัดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและมีความเกี่ยวข้องในทางปฏิบัติมากที่สุดสำหรับวัสดุที่เป็นโลหะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับวัสดุที่มีโครงสร้างจุลภาคหยาบหรือต่างกัน ความสามารถในการให้การอ่านค่าความแข็งที่แม่นยำและเป็นตัวแทนในพื้นที่รอยกดขนาดใหญ่ ทำให้เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับการหล่อ การตีขึ้นรูป และส่วนประกอบโลหะขนาดใหญ่ ซึ่งพื้นผิวที่ไม่สอดคล้องกันอาจทำให้ผลการทดสอบลดลง

วิธีการเยื้อง

การทดสอบความแข็งของ Brinell ทำงานบนหลักการที่ไม่ซับซ้อนแต่มีประสิทธิภาพสูง: การกดหัวกดทรงกลมเข้าไปในพื้นผิวของวัสดุภายใต้ภาระที่ควบคุม และวัดผลการเยื้องที่เกิดขึ้น ต่างจากวิธีการเชิงลึก-เช่นการทดสอบร็อคเวลล์ วิธีบริเนลอาศัยการวัดด้วยแสงของเส้นผ่านศูนย์กลางการเยื้องเพื่อกำหนดความแข็ง

หัวกดที่ใช้คือลูกบอลทังสเตนคาร์ไบด์ ซึ่งมีจำหน่ายในเส้นผ่านศูนย์กลางมาตรฐาน 1 มม. 2.5 มม. 5 มม. และ 10 มม. โดยลูกบอลขนาด 10 มม. เป็นตัวเลือกที่ใช้บ่อยที่สุดสำหรับงานอุตสาหกรรมทั่วไป ทังสเตนคาร์ไบด์ได้รับคำสั่งจากมาตรฐานสากลในด้านความทนทานและความแข็งที่ยอดเยี่ยมเมื่อเทียบกับวัสดุที่กำลังทดสอบ ทำให้มั่นใจได้ว่าหัวกดจะรักษารูปทรงที่แม่นยำตลอดการทดสอบหลายรอบ

ใช้แรงทดสอบในแนวตั้ง โดยกดลูกบอลลงบนพื้นผิวชิ้นงานทดสอบตามระยะเวลาคงตัวที่ระบุ หลังจากที่แรงออกแล้ว จะมีการวัดการเยื้องถาวรที่หลงเหลืออยู่ เนื่องจากการเยื้องครอบคลุมพื้นที่ผิวที่ค่อนข้างใหญ่-ใหญ่กว่าที่ผลิตโดยวิธี Rockwell หรือ Vickers มาก- การทดสอบ Brinell จึงให้ค่าความแข็งโดยเฉลี่ยซึ่งมีความไวน้อยกว่าต่อความแปรผันของโครงสร้างระดับจุลภาคในท้องถิ่น ความผิดปกติของพื้นผิว หรือการปนเปื้อนเล็กน้อย

แนวคิดการวัด

ต่างจากวิธีการที่วัดความลึกของการเยื้อง วิธีบริเนลจะวัดปริมาณความแข็งตามเส้นผ่านศูนย์กลางของการเยื้องทรงกลม วิธีการนี้ให้ข้อได้เปรียบที่สำคัญ: การเยื้องขนาดใหญ่จะเฉลี่ยการตอบสนองของวัสดุบนพื้นที่ผิวที่กว้างขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ โดยลดอิทธิพลของขอบเขตของเกรน ความพรุน หรือความแตกต่างอื่นๆ ที่อาจทำให้เกิดการอ่านค่าที่ไม่แน่นอนในวิธีการทดสอบอื่นๆ

หลังจากเอาแรงทดสอบออกแล้ว ผู้ปฏิบัติงานจะวัดเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยกดอย่างน้อยสองทิศทางที่ตั้งฉากกัน ค่าเฉลี่ยเลขคณิตของการวัดเหล่านี้ใช้สำหรับการคำนวณความแข็ง สำหรับการวัดที่ถูกต้อง เส้นผ่านศูนย์กลางการเยื้องจะต้องอยู่ระหว่าง 24.5% ถึง 60% ของเส้นผ่านศูนย์กลางของลูกบอล ตามที่ระบุไว้ใน ASTM E10 เพื่อให้แน่ใจว่ามีความคล้ายคลึงกันทางเรขาคณิตและผลลัพธ์ที่เปรียบเทียบกันได้ในสภาวะการทดสอบที่แตกต่างกัน

ขั้นตอนที่ 1 - การเตรียมพื้นผิว

พื้นผิวทดสอบต้องเรียบ เรียบ และปราศจากตะกรัน ออกไซด์ หรือสิ่งปนเปื้อนอื่นๆ อย่างไรก็ตาม ข้อดีหลักประการหนึ่งของการทดสอบ Brinell ก็คือความทนทานต่อสภาพพื้นผิว โดยปกติแล้วการทำงานเพียงไม่กี่วินาทีด้วยเครื่องเจียรมือก็เพียงพอแล้วที่จะทำให้พื้นผิวเรียบเพียงพอ ความหยาบของพื้นผิว (Ra) ควรน้อยกว่าหรือเท่ากับ 2.5µm สำหรับลูกบอลขนาด 10 มม. การเตรียมการจะต้องดำเนินการในลักษณะที่จะลดการเปลี่ยนแปลงใดๆ ของความแข็งของพื้นผิว เช่น การทำงานที่ร้อนเกินไปหรือเย็น-

ขั้นตอนที่ 2 - โหลดแอปพลิเคชัน

วางชิ้นงานทดสอบบนทั่งแข็ง และให้หัวกดสัมผัสกับพื้นผิวทดสอบในทิศทางตั้งฉากกับพื้นผิว แรงทดสอบจะถูกใช้อย่างต่อเนื่องภายใน 1 ถึง 8 วินาที โดยคงไว้ตามระยะเวลาคงตัวที่ระบุ (โดยทั่วไปคือ 10 ถึง 15 วินาทีสำหรับวัสดุที่เป็นโลหะ) จากนั้นจึงดึงออก เวลาพักอาจขยายเป็น 30 วินาทีขึ้นไปสำหรับวัสดุบางชนิด เช่น โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก-

ขั้นตอนที่ 3 – การวัด

หลังจากการขนถ่าย เส้นผ่านศูนย์กลางของการเยื้องจะถูกวัดโดยใช้ระบบออปติคอล การวัดแบบแมนนวลแบบดั้งเดิมจะใช้กล้องจุลทรรศน์แบบพกพาที่ปรับเทียบแล้วพร้อมเรติเคิลไมโครมิเตอร์ ระบบสร้างภาพดิจิตอลอัตโนมัติสมัยใหม่เข้ามาแทนที่การวัดด้วยตนเองแบบอัตนัยด้วยการตรวจจับขอบแบบอัลกอริธึม ซึ่งปรับปรุงความสามารถในการทำซ้ำจาก ±2-3 HBW เป็น ±0.5-1 HBW ต้องวัดเส้นผ่านศูนย์กลางในทิศทางตั้งฉากอย่างน้อยสองทิศทาง และใช้ค่าเฉลี่ยเลขคณิตในการคำนวณความแข็ง

ขั้นตอนที่ 4 – การกำหนดผลลัพธ์

ค่าความแข็งคำนวณโดยใช้สูตรที่อธิบายไว้ข้างต้นหรืออ่านได้โดยตรงจากแผนภูมิการแปลง ผลลัพธ์จะถูกบันทึกพร้อมกับเงื่อนไขการทดสอบ (เส้นผ่านศูนย์กลางลูกบอลและแรงทดสอบ) เพื่อวัตถุประสงค์ในการควบคุมคุณภาพ ควรทำการเยื้องหลายครั้งในตำแหน่งต่างๆ บนชิ้นงานทดสอบเพื่อประเมินความสม่ำเสมอ

เหตุใดการทดสอบ Brinell จึงเหมาะสำหรับวัสดุหยาบ

เครื่องทดสอบความแข็ง Brinell ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางถึงความสามารถในการวัดวัสดุหยาบและวัสดุต่างกันด้วยความน่าเชื่อถือสูง ปัจจัยหลายประการที่ส่งผลต่อความพึงพอใจทางอุตสาหกรรมนี้:

• พื้นที่การเยื้องขนาดใหญ่: หัวกดที่ค่อนข้างใหญ่และการรับน้ำหนักสูงทำให้สามารถทดสอบกับวัสดุที่มีเนื้อหยาบ- เช่น การหล่อและการตีขึ้นรูป มิติของรายละเอียดใดๆ จะถูกแคบลงโดยพื้นที่ของการเยื้อง ซึ่งจะช่วยขจัดอิทธิพลของรายละเอียดดังกล่าวที่มีต่อความถูกต้องของผลลัพธ์
• ความคลาดเคลื่อนสูงสำหรับสภาพพื้นผิว: ความผิดปกติของพื้นผิวเล็กน้อยจะไม่กระทบต่อการอ่านค่าขั้นสุดท้าย ซึ่งช่วยลดเวลาในการเตรียมการเมื่อเทียบกับวิธีที่ต้องใช้พื้นผิวขัดเงาสูง
• การแสดงคุณสมบัติเทกองที่แท้จริง: แตกต่างจากการทดสอบเฉพาะพื้นผิว-เพียงอย่างเดียว Brinell ให้การแสดงคุณสมบัติเทกองของโลหะอย่างแท้จริง ทำให้เหมาะสำหรับการหล่อหนัก การตีขึ้นรูป และวัสดุที่มีเนื้อหยาบ- ซึ่งความไม่สอดคล้องกันของพื้นผิวอาจบดบังประสิทธิภาพที่แท้จริงได้
• ความสัมพันธ์กับความต้านทานแรงดึง: ผลลัพธ์ของ Brinell มีความสัมพันธ์อย่างมากกับความต้านทานแรงดึงสูงสุดในเหล็กและโลหะผสมหลายชนิด การใช้แผนภูมิการแปลงมาตรฐาน ตัวเลขความแข็งบริเนลสามารถให้ค่าประมาณความต้านทานแรงดึงที่รวดเร็วและเชื่อถือได้- ซึ่งเป็นทางเลือกในทางปฏิบัติเมื่อการทดสอบแรงดึงแบบทำลายไม่สามารถทำได้หรือประหยัด

การใช้งานในอุตสาหกรรมที่สำคัญ

โรงถลุงเหล็กและโรงหล่อ

ผู้ผลิตเหล็กอาศัยการทดสอบ Brinell เป็นการทดสอบควบคุมคุณภาพการผลิตเบื้องต้นสำหรับ-แผ่นรีดร้อน ส่วนโครงสร้าง และเหล็กชุบแข็ง-และ-เหล็กอบคืนตัว โรงหล่อใช้การทดสอบ Brinell เพื่อตรวจสอบความแข็งของการหล่อขนาดใหญ่ เพื่อให้มั่นใจว่าชิ้นส่วนที่สำคัญเป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพที่เข้มงวด

ปฏิบัติการตีขึ้นรูป

การดำเนินการตีขึ้นรูปใช้การทดสอบบริเนลเพื่อยืนยัน-ความสม่ำเสมอของการบำบัดความร้อน และให้แน่ใจว่าส่วนประกอบที่ตีขึ้นรูปนั้นมีคุณสมบัติทางกลที่จำเป็น การทดสอบ Brinell ให้การวัดในพื้นที่ขนาดใหญ่พอสมควรซึ่งได้รับผลกระทบจากโครงสร้างเกรนหยาบของวัสดุเหล่านี้น้อยกว่าการทดสอบ Rockwell หรือ Vickers

อุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ

ท่อและส่วนประกอบที่ใช้ในการเจาะและสกัดต้องเผชิญกับแรงกดดันและสภาพแวดล้อมที่รุนแรง การทดสอบบริเนลมีความสำคัญอย่างยิ่งในการตรวจสอบความแข็งและความสมบูรณ์ของวัสดุเหล่านี้ ไม่ว่าจะในห้องปฏิบัติการหรือในภาคสนามโดยตรง ผู้ทดสอบ Brinell แบบพกพามีคุณค่าอย่างยิ่งจากความสามารถในการประเมินท่อ ดอกสว่าน และโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญบน-ไซต์งาน ซึ่งสนับสนุนทั้งความปลอดภัยและการปฏิบัติตามกฎระเบียบ

เครื่องจักรกลหนักและการก่อสร้าง

ผู้ผลิตเครื่องจักรกลหนักและบริษัทก่อสร้างใช้เครื่องทดสอบ Brinell เพื่อยืนยันความแข็งและความทนทานของคาน คาน และองค์ประกอบโครงสร้างอื่นๆ สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าวัสดุก่อสร้างสามารถทนต่อภาระและสภาวะแวดล้อมที่ต้องการได้ โดยปกป้องความสมบูรณ์ของโครงสร้าง

ยานยนต์และอวกาศ

แม้ว่าวิธีการของ Rockwell และ Vickers มักถูกเลือกใช้สำหรับชิ้นส่วนที่มีขนาดเล็กและมีความแม่นยำสูง- แต่การทดสอบบริเนลยังคงเป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับส่วนประกอบโครงสร้างขนาดใหญ่ในการใช้งานด้านยานยนต์และอวกาศ มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบความสม่ำเสมอและความน่าเชื่อถือของชิ้นส่วนโลหะที่อยู่ภายใต้ความเค้นสูง

คำถามที่ 1: วัสดุใดที่เหมาะสำหรับการทดสอบ Brinell

เหล็กหล่อ เหล็กกล้า โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก- (อะลูมิเนียม ทองแดง ทองเหลือง) และวัสดุโลหะอื่นๆ ที่มีโครงสร้างเกรนหยาบหรือต่างกันเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุด การทดสอบนี้เหมาะอย่างยิ่ง-สำหรับการหล่อ การตีขึ้นรูป และผลิตภัณฑ์รีดร้อน-

คำถามที่ 2: เครื่องทดสอบความแข็ง Brinell เหมาะสำหรับวัสดุบางหรือไม่

ไม่ การทดสอบบริเนลดีที่สุดสำหรับตัวอย่างที่มีความหนา สำหรับวัสดุบางหรือการเคลือบ วิธีการอื่น เช่น การทดสอบความแข็งผิวเผิน Rockwell หรือ Vickers มีความเหมาะสมมากกว่า ความหนาของชิ้นงานทดสอบขั้นต่ำควรมีอย่างน้อยแปดเท่าของความลึกของการเยื้องที่คาดไว้เพื่อหลีกเลี่ยงอิทธิพลของวัสดุพิมพ์

คำถามที่ 3: เหตุใดจึงเลือกใช้วิธีบริเนลสำหรับวัสดุเนื้อหยาบ-

เนื่องจากพื้นที่การเยื้องขนาดใหญ่จะเฉลี่ยการตอบสนองของวัสดุบนพื้นผิวที่กว้างขึ้น ซึ่งช่วยลดอิทธิพลของขอบเขตของเกรน ความพรุน และความแตกต่างอื่นๆ ที่อาจทำให้เกิดการอ่านค่าที่ไม่แน่นอนในวิธีการทดสอบอื่นๆ

คำถามที่ 4: เครื่องทดสอบความแข็ง Brinell เปรียบเทียบกับเครื่องทดสอบความแข็ง Rockwell อย่างไร

การทดสอบ Brinell ช้ากว่าแต่ให้ผลลัพธ์ที่เป็นตัวแทนมากกว่าสำหรับวัสดุที่ต่างกัน การทดสอบ Rockwell นั้นเร็วกว่าและไม่จำเป็นต้องมีการวัดด้วยแสง ทำให้เหมาะสำหรับ-การผลิตวัสดุที่เป็นเนื้อเดียวกันในปริมาณมาก ทางเลือกขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะของวัสดุและการใช้งาน

การทำความเข้าใจหลักการทำงานของเครื่องทดสอบความแข็ง Brinell ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการวัดความแข็งที่เป็นตัวแทนที่แม่นยำในการใช้งานทางอุตสาหกรรม พื้นที่การเยื้องขนาดใหญ่ของการทดสอบ ความทนทานต่อความผิดปกติของพื้นผิว และความสามารถในการตอบสนองของวัสดุโดยเฉลี่ยในโครงสร้างจุลภาคที่ต่างกัน ทำให้การทดสอบนี้เป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับการหล่อ การตีขึ้นรูป และส่วนประกอบโลหะหนัก การเลือกเส้นผ่านศูนย์กลางของลูกบอลและแรงทดสอบที่เหมาะสม การเตรียมชิ้นงานอย่างถูกต้อง และการปฏิบัติตามขั้นตอนที่ได้มาตรฐาน ผู้ใช้สามารถใช้ประโยชน์จากวิธีที่ทดสอบในครั้งนี้{2}}ได้เต็มศักยภาพ