test1

แผนกวชิ าชา่ งยนต์ คณุ สมบตั ิและการทดสอบวัสดุ การทดสอบเหลก็ อานาจ อ่ิมสขุ 2561 วิ ท ย า ลั ย เ ท ค นิ ค ป ร า จี น บุ รี

บทที่ 2 คณุ สมบัตแิ ละการทดสอบวัสดุคุณสมบัติของวัสดใุ นงานอตุ สาหกรรม ไดแ้ ก่1. คณุ สมบัติทางเคมี (Chemical Properties) เป็นคุณสมบตั ทิ ี่เกีย่ วกบั ปฏิกริ ิยาทางเคมีของวสั ดุ การเลือกวสั ดเุ พอื่ นาไปใชใ้ นงานช่าง จะตอ้ งคานงึ ถึงคุณสมบัติทางเคมีของวสั ดุ ได้แก่ความทนทานต่อการกดั กรอ่ น ความทนทานตอ่ อณุ หภูมิ ซง่ึ ต้องคานงึ ถงึ สว่ นผสมทางเคมีตามความต้องการในการใชง้ าน 2. คณุ สมบตั ทิ างฟสิ กิ ส์ (Physical Properties) เป็นคุณสมบตั ทิ ่ีไม่เกย่ี วกับแรงทมี่ ากระทาแตเ่ กี่ยวกับคุณภาพ หรือคุณลกั ษณะของเนือ้ วสั ดุ ไดแ้ ก่ การนาไฟฟ้า ความหนาแน่นสัมประสทิ ธก์ิ ารขยายตัว และความต้านทานไฟฟ้า เปน็ ตน้ 3. คณุ สมบัตทิ างกล (Mechanical Properties) เป็นคณุ สมบตั ทิ เี่ กยี่ วกบั ปฏกิ ิรยิ าทเ่ี กดิ ข้ึนของวสั ดุ เมือ่ มแี รงจากภายนอกมากระทา ได้แก่ ความแขง็ แรง ความสามรถในการยดื ตวั ความเหนียว เปน็ ตน้ คณุ สมบตั ทิ างกลของวสั ดุเป็นคุณสมบัติทม่ี ีความสาคญั มาก ดงั น้นั ในการเลือกใช้วัสดุ จะตอ้ งแนใ่ จว่าวัสดุนั้นสามารถรับแรงทม่ี ากระทาได้เพียงพอ คุณสมบตั ทิ างกลทส่ี าคัญ ไดแ้ ก่ ความแขง็ แรง (Strength) คือ ความสามารถในการรบั แรง โดยวัสดไุ มเ่ สียรปู ทรง แตกรา้ ว หรือพังทลาย ท้ังน้ีข้นึ อยูก่ บั ความแขง็ แรงของวัสดุ โดยวดั เป็นแรงตอ่ พ้ืนท่ีหน้าตัดของวสั ดทุ รี่ บั แรง มีหน่วยเป็นปอนด์ (PSI) หรือนวิ ตนั ตอ่ ตารางเมตร (N/m2) โดยแบง่ เป็น 1. ความแข็งแรงทางแรงดงึ (Tensile Strength) คือ แรงท่ีมากระทาอยใู่ นลกั ษณะการดงึ (Tensile) และแนวแรงตง้ั ฉากกับพ้นื ทห่ี น้าตดั ของวสั ดุทาใหว้ ัสดอุ อกแรงต้านเเพ่อื ไมใ่ ห้เกิดการขาดออกจากกัน 2. ความแข็งแรงทางแรงกด (Compressive Strength) คือ แรงท่มี ากระทาอยูใ่ น

ลกั ษณะการกดอดั (Compressive) และแนวแรงต้ังฉากกบั พืน้ ท่ีหนา้ ตัดของวัสดุ ทาใหว้ ัสดอุ อกแรงต้านทานเพ่อื ไม่ให้เกดิ การแตกหัก 3. ความแขง็ แรงทางแนวเฉอื น (Shear Strength) คอื แรงทมี่ ากระทาอยูใ่ นลกั ษณะการเฉอื น (Shear) แนวแรงจะขนานกับพืน้ ทห่ี น้าตดั ของวัสดุ ทาให้วสั ดุออกแรงต้านเพอ่ื ไม่ให้ถกูเฉือนขาดออกจากกัน 4. ความแข็งแรงในการรับแรงบิด (Torsion Strength) คอื ความสามารถของวสั ดุในการตา้ นทานต่อการถูกบดิ ใหห้ มุนไปตามทิศทางของแรงท่ีมากระทาความเค้น (Stress) เม่ือช้นิ ส่วนของเครื่องจกั รหรือโครงสร้างต่าง ๆ ได้รบั แรงจากภายนอกมากระทาจะเกดิแรงตา้ นภายในจากวัสดทุ ี่ใช้ทาชิ้นสว่ นเหล่าน้นั ขึ้น แรงต้านท่ีเกิดข้นึ น้เี รยี กว่า ความเค้นการวัดค่าความเคน้ จะวดั เป็นแรงต่อพนื้ ทีห่ น้าตดั ของชนิ้ สว่ นท่ีรบั แรง ความเคน้ มี 3 ชนิดความเคน้ แรงดงึ , ความเค้นแรงกดและความเคน้ เฉอื น ถา้ ความเคน้ ที่เกดิ ขน้ึ มีค่าต่ากว่าคา่ ความแขง็ แรงของวัสดุ แสดงว่า ชิ้นสว่ นนนั้ สามารถใชง้ านต่อไปได้ แต่ถา้ ความเค้นท่ีเกิดขึ้นมคี า่ สงู กว่าคา่ ความแขง็ แรงของวสั ดุ แสดงวา่ ช้ินสว่ นนั้นไม่สามารถนาไปใชง้ านได้ ถ้าหากนาไปใชง้ านจะเกดิ ความเสียหายขึน้ การคานวณหาค่าความเคน้ ทีเ่ กิดขนึ้ สามารถคานวณไดโ้ ดยอาศัยสตู ร ดังนี้ s =F A เมอื่ s = ความเคน้ F = แรงท่มี ากระทาต่อวัสดุ A = พนื้ ท่หี น้าตดั ของวัสดุ

ตวั อย่า ความเครยี ด (Strain) การเปลี่ยนแปลงขนาดของวสั ดุ เม่อื มีแรงมากระทาการวัดค่าความเครียดจะวัดเป็นขนาดที่เปลีย่ นไปตอ่ ขนาดเดิม ความเครยี ดมี 3 ชนิด คอื ความเครียดแรงดงึ ,ความเครียดแรงกด และความเครยี ดเฉอื น การหาค่าความเครียด สามารถคานวณได้จากสตู ร ดงั นี้ e=d 1 เมอื่ e = ความเครียด d = ค่าความเปล่ยี นของวัสดขุ นาดวัสดุ 1 = ขนาดเดมิ ของวัสดุ 1. ความแขง็ แรงของผวิ (Hardness) คือ ความสามารถตา้ นทานต่อการถูกขดูขีด หรือกดให้เปน็ รอย โดยมาตรการวดั จะเทียบกบั เพชร ซึ่งเป็นวสั ดุทแ่ี ข็งทส่ี ดุ 2. ความสามารถในการยดื ตวั (Ductility) คือ ความสามารถในการยืด แผข่ ยายออกตวั เป็นแผ่นบาง ๆ โดยไมเ่ กดิ การแตกร้าวได้ง่าย 3. ความเหนียว (Toughness) คอื ความต้านทานต่อการแตกหักของวสั ดุความเหนยี วจึงเป็นความสามารถของวสั ดใุ นการที่จะดูดซมึ พลังงานทเ่ี กดิ ขึน้ จากแรงภายนอกท่มี ากระทา การวัดคา่ ความเหนียวของวสั ดุ อาศัยการทดสอบทางแรงกระแทก (Impact) 4. ความสามารถในการเปลย่ี นรปู (Malleability) คือ การทวี่ ัสดุเปลยี่ นรูปอยา่ งถาวร เมอ่ื ไดร้ บั แรงกดโดยไม่เกดิ ความเสียหายดงั นัน้ วสั ดทุ ่มี คี วามสามารถในการเปลยี่ นรปู ท่ดี ีสามารถนามาทาการรีดขึ้นรปู หรือการตขี ้ึนรปู ดว้ ยคอ้ นตี โดยไมเ่ กดิ การแตกหักไดด้ ี

รูปที่ 1 การรดี ขึน้ รปู วสั ดุ การทดสอบวัสดุ จากที่กลา่ วมาแลว้ วา่ ในการเลอื กวัสดมุ าใช้งาน นน้ั จาเปน็ ตอ้ งทราบถึงคุณสมบัตขิ องวสั ดุเสียกอ่ น การท่เี ราจะทราบคุณสมบัติของวสั ดุไดจ้ ะต้องอาศยั วิธีการทดสอบวัสดุซง่ึ เปน็ การศกึ ษาถงึ พฤติกรรมของวัสดุ ภาวะใต้สภาวะที่กาหนด การทดสอบวสั ดุแบง่ ออกได้ 2 ลักษณะ คอื 1. การทดสอบแบบทาลาย ( Destructive Testing) การทดสอบลกั ษณะน้ี ชิ้นวสั ดุทดสอบ(Specimen) ทมี่ าทาการการทดสอบ จะเกิดการชารดุ เสียหาย ไมส่ ามารถนากลบั มาใชใ้ หม่ได้ การทดสอบทาลายสว่ นมากใช้สาหรับทดสอบเพอ่ื หาคุณสมบตั ทิ างกลของวสั ดุ 2. การทดสอบแบบไม่ทาลาย (Nondestructive Testing) การทดสอบลกั ษณะนี้ชนิ้ วสั ดุทดสอบจะไมเ่ กิดการชารุดเสยี หาย ปกติจะใชส้ าหรบั ตรวจสอบหาขอ้ บกพรอ่ งในวสั ดุ และผลติ ภณั ฑ์

การทดสอบวัสดุแบบทาลาย การทดสอบแบบทาลาย มีอยู่หลายชนดิ ในท่นี ้จี ะกลา่ วเฉพาะการทดสอบทม่ี ีความสาคัญบางชนดิ ไดแ้ ก่ 1. การทดสอบทางแรงดึง (Tensile Test) เปน็ การทดสอบเพือ่ ที่จะหาค่าความแขง็ แรงของวสั ดุ ไดแ้ ก่ ความยดื หยุ่น , ความแขง็ แรงทางแรงดงึ สงู สดุ , ความแข็งแรงที่จุดคราก (YieldStrength) รูปท่ี 2 ชิ้นวัสดทุ ดสอบแรงดึง ในการทดสอบจะทาการดเพ่ิมแรงแรงดึงขน้ึ ทีละนอ้ ยและทาการบันทึกค่าความเปลี่ยนแปลงที่เกดิ ข้นึ ระหว่าความเคน้ ข้นึ ทีละน้อย และทาการบนั ทกึ คา่ ความเปลี่ยนแปลงท่ีเกิดขน้ึ ระหวา่ งความเค้น (Stress) และความเครียด (Strain) จนกระทง่ั ชนิ้ ทดสอบขาดออกจากกนั จากนน้ันามาเขยี นกราฟแสดงความสมั พันธ์ระหวา่ งความเคน้ และความเครยี ด

รูปท่ี 3 กราฟความสมั พันธ์ระหว่างความเค้นและความเครียดจากกราฟสามารถนามาอธบิ ายพฤตกิ รรมของวัสดภุ ายใตส้ ภาวะต่างๆ ทางแรงดงึ ไดด้ ังนี้ ช่วง 0 - A ลักษณะของเส้นกราฟเปน็ เสน้ ตรง ความสัมพนั ธร์ ะหว่างความเค้นและความเครียดจะเป็นสัดส่วนกัน ถา้ ปล่อยแรงดงึ ออกวสั ดจุ ะกลับสู่สภาพเดิม จุด A เรยี กวา่ จดุจากดั ความเปน็ ส่วน (Proportional Limit) ช่วง A – B ลักษณะของเสน้ กราฟจะเป็นเส้นโคง้ สัน้ ๆ ความสัมพันธ์ระหวา่ งความเค้นกบัความเครยี ดที่เกดิ ขน้ึ ไมเ้ ป็นสัดส่วนกัน ถา้ ปลอ่ ยแรงดึงออกวสั ดุจะกลบั สงู สภาพเดิมจุด เรียกว่าจดุ คราก (Yield strength) ชว่ ง C – E ลกั ษณะของเสน้ กราฟจะเป็นเส้นโคง้ ยาว วสั ดุที่อยภู่ ายใต้แรงดงึ ในชว่ งนจ้ี ะเกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดอย่างถาวร ถ้าปล่อยแรงดงึ ออกวัสดุจะไมก่ ลับคืนสสู่ ภาพเดิม จุด D เปน็จุดทม่ี ีความแข็งแรงทางแรงดงึ สงู สดุ (Ultimate Strength) จุด E เป็นจดุ ท่ีวสั ดุเกิดการขาดออกจากกนั (Breaking Point)

รปู ที่ 4 แสดงการขาดของวสั ดลุ กั ษณะตา่ ง ๆ 2. การทดสอบทางแรงกด (Compression Test) เปน็ การทดสอบเพ่ือหาค่าความแข็งแรงของวัสดุ รปู ท่ี 5 การทดสอบทางแรงกด 3. การทดสอบทางแรงกระแทก (Impact Test) เปน็ การทดสอบเพอ่ื ศึกษาถงึพฤตกิ รรมของวสั ดภุ ายใต้แรงทีม่ ากระทา โดยแรงที่มากระทานัน้ อยูใ่ นลักษณะแรงเคลือ่ นท่ี(Dynamic Load) จดุ มงุ่ หมายหลกั ของการทดสอบแรงกระแทก เพ่ือทจ่ี ะหาความสามารถของวัสดุในการดดู ซมึ พลังงานที่เกิดจากแรงมากระทา ซงึ่ เปน็ ตวั กาหนดคณุ สมบตั ิทางด้านความ

เหนยี ว (Toughness) ของวสั ดุ รปู ที่ 6 เคร่ืองทดสอบแรงกระแทก การทดสอบแรงกระแทก มอี ยู่ 2 แบบ ซงึ่ ตา่ งกนั ตรงวธิ ีการจบั ยึดช้นิ วสั ดทุ ดสอบ 3.1. แบบชาร์ปี้ (Charpy) 3.2. แบบไอซอด (Izod) 4. การทดสอบความแขง็ (Hardness Test) การทดสอบความแขง็ ทใ่ี ชใ้ นอตุ สาหกรรม มอี ยู่หลายวิธดี งั น้ี 4.1. การทดสอบความแขง็ แบบบรเิ นล (Brinell Hardness)

การทดสอบวธิ นี ที้ าโดยการกดลูกบอลเหลก็ กลา้ ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 10 มลิ ลิเมตรลงบนผวิ วสั ดุท่ีทาการทดสอบ โดยใชแ้ รงกด 3,000 สาหรบั วัสดุแข็ง และ 500 กโิ ลกรมั สาหรับวสั ดุอ่อน ทาการกดประมาณ 30 วินาที หลังจากนนั้ ทาการวดั ขนาดเสน้ ผา่ ศูนยก์ ลางของรอยกดเพื่อนามาคานวณหาค่าความแขง็BHP = 2P pD(D - Ö D2 - d2)เม่อื BHP = คา่ ความแข็งบรเิ นล P = แรงท่ใี ช้กดลูกบอลเหล็กกล้า D = ขนาดเสน้ ผา่ ศูนย์กลางลกู บอลเหล็กล้า d = ขนาดเสน้ ผา่ ศนู ยก์ ลางของ

รูปท่ี7 รอยกดจากการทดสอบความแข็ง รปู ที่ 8 เครือ่ งทกสอบความแข็งบริเนล 4.2. การทดสอบความแขง็ แบบบรอ๊ คเวล (Rockwell Hardness Test) การทดสอบความแข็งวิธนี ้ี อาศยั หัวกด 2 ชนดิ คือหวั กดเพชรทมี่ ีลกั ษณะทรงกรวยและหัวกดลูกบอลเหลก็ กลา้ ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 1/16 และ 1/8 นวิ้ แรงที่ใช้กด 60 , 100และ 150กิโลกรมั ขน้ึ อยู่กบั สเกลมาตรฐาน และหัวกดทใ่ี ช้

รูปท่ี 9 เครือ่ งทดสอบความแขง็ แบบบร๊อคเวล 4.3. การทดสอบความแข็งแบบวคิ เกอร์ (Vickers Hardness Test ) การทดสอบความแขง็ วธิ นี ้อี าศยั หัวกดเพชรรปู ปิรานดิ ซ่งึ มมี มุ 136 ทาการลงบนวัสดุจากนน้ั วดั พน้ื ที่ของรอยกดที่เกิดข้นึ 4.4. การทดสอบความแขง็ แบบชอร์ (Shore Schleroscope Test) การทดสอบวิธีน้ที าโดยการปล่อยก้อนนา้ หนกั จากระดับความสูงทีก่ าหนดไวใ้ ห้ลงมากระทบวัสดุทที่ าการทดสอบ ก้อนนา้ หนกั จะกระดอนกลับข้นึ ไป ซง่ึ จะทาการวดั ความสูงน้ีไว้ โดยมสี เกลวดั ค่าความสงู ตัง้ แต่ 1 ถึง 100 ลกั ษณะ 4.5. การทดสอบความล้า (Fatigue Testing) ความเสยี หายของชน้ิ ส่วนเคร่อื งจักรและโครงสรา้ งตา่ ง ๆ บางครงั้ มผี ลเนอ่ื งมาจากการรบั แรงท่ีมากระทาซ้า ๆ กนั ตลอดเวลา ทาให้ค่าความเคน้ สะสมเพิ่มขึ้นเรอ่ื ย ๆ และคอ่ ย ๆ

ขยายเพิ่มขน้ึ ทีละน้อยจนถึงจดุ ทท่ี าใหเ้ กดิ ความเสยี หายขนึ้ การทดสอบแบบไมท่ าลาย การทดสอบแบบไมท่ าลาย จะมลี กั ษณะเปน็ การตรวจสอบหาจดุ บกพร่องของวัสดุและผลิตภณั ฑเ์ ป็นสว่ นใหญ่ การทดสอบแบบไมท่ าลายมอี ยู่หลายชนิด ได้แก่ 1. การทดสอบด้วยตาเปลา่ (Visual Examination Test) การทดสอบวิธนี ี้เปน็ วธิ ีทเ่ี ก่าทส่ี ดุ และใชม้ ากในการตรวจสอบหาจดุ บกพรอ่ งที่เกดิ ข้ึนบนผวิวัสดุ เชน่ ตรวจสอบรอยรา้ ว เปน็ ตน้ 2. การทดสอบโดยการฉายรงั สี (Radiographic Tests) การทดสอบวิธีนี้ ทาโดยการฉายรงั สีผา่ นวสั ดุที่ทาการทดสอบ จุดบกพรอ่ งของวัสดจุ ะปรากฏภาพออกมาให้เหน็ 3. การทดสอบด้วยคลนื่ เสยี ง (Ultrasonic Tests) อาศัยคล่ืนเสียงส่งผ่านไปยงั ชิน้ ทดสอบ ถ้าภายในชิ้นทดสอบมจี ุดบกพรอ่ งเกิดขึ้น คล่นื เสยี งจะไปกระทบและจะสง่ คล่นื กลับมายังเครื่องวัด รปู ท่ี 10 การทดสอบด้วยคลื่นเสยี ง

4. การทดสอบด้วยแม่เหลก็ (Magnetic Tests) เป็นการวเิ คราะหถ์ งึ คณุ ลกั ษณะทางแม่เหล็กของวัสดุ ซง่ึ มีความสัมพันธก์ บั สว่ นผสมของวสั ดุ ดงั นนั้ ถ้าคุณลกั ษณะทางแมเ่ หล็กของวสั ดนุ นั้ ในการทดสอบจะใชผ้ งเหลก็ ในการสังเกตการเปลย่ี นแปลงของสนานแม่เหลก็ ทีเ่ กดิ ขึ้น รปู ท่ี 11 การตรวจสอบรอยร้าวโดยการทดสอบแมเ่ หล็กสรุปเน้ือหาคุณสมบัติของวสั ดุ 1. คณุ สมบตั ทิ างเคมี เป็นคุณสมบัติทีเ่ ก่ียวกบั ปฏิกิริยาทางเคมีของวสั ดุ 2. คุณสมบตั ิทางฟสิ ิกส์ เป็นคุณสมบัติท่ีไมเ่ ก่ียวกบั แรงทม่ี ากระทา แต่เกี่ยวกับคณุ ภาพหรือคุณลกั ษณะของเน้อื วัสดุ 3. คุณสมบตั ทิ างกล เปน็ คณุ สมบัตทิ ี่เกย่ี วกบั ปฏิกริ ิยาทเ่ี กิดขน้ึ ของวัสดุ เมอื่ มีแรงจากภายนอกมากระทา การทดสอบแบบทาลาย (Destructive Testing)

การทดสอบลกั ษณะนี้ ชิ้นวสั ดทุ ดสอบ (Specimen) ที่มาทาการการทดสอบ จะเกิดการชารุดเสียหาย ไม่สามารถนากลบั มาใชใ้ หมไ่ ด้ การทดสอบทาลายสว่ นมากใชส้ าหรบั ทดสอบเพ่อืหาคณุ สมบัตทิ างกลของวสั ดุ การทดสอบแบบไมท่ าลาย (Nondestructive Testing) การทดสอบลักษณะนีช้ ิ้นวัสดทุ ดสอบจะไมเ่ กิดการชารุดเสยี หาย ปกติจะใชส้ าหรับตรวจสอบหาขอ้ บกพรอ่ งในวัสดุ และผลติ ภัณฑ์