ความแข็ง
ในวัสดุศาสตร์ ความแข็ง หรือ ความกระด้าง (อังกฤษ: hardness; คำตรงข้าม: ความอ่อน หรือ ความนุ่ม, อังกฤษ: softness) คือการวัดความต้านทานต่อ การเปลี่ยนรูปแบบถาวรแบบเฉพาะที่ เช่น การกดเป็นรอย (บนพื้นที่) หรือการขีดข่วน (เป็นเส้น) ซึ่งเกิดขึ้นทางกลไกโดยการอัดหรือการขัดถู โดยทั่วไป วัสดุต่างชนิดกันจะมี ความแข็งที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น โลหะแข็งอย่างไทเทเนียมและเบริลเลียม จะแข็งกว่าโลหะอ่อนอย่างโซเดียมและดีบุก หรือไม้และพลาสติกทั่วไป ความแข็งในระดับมหภาคโดยทั่วไปจะมีลักษณะเด่นคือ พันธะระหว่างโมเลกุลที่แข็งแกร่ง แต่พฤติกรรมของวัสดุแข็งภายใต้แรงนั้นมีความซับซ้อน ดังนั้น จึงสามารถวัดความแข็งได้หลายวิธี เช่น ความแข็งแบบขีดข่วน, ความแข็งแบบกด และความแข็งแบบกระดอน ความแข็งขึ้นอยู่กับดึงยืดได้, ความแข็งตึงแบบยืดหยุ่น, สภาพพลาสติก, การผิดรูป, ความแข็งแรง, ความเหนียว, สภาพหยุ่นหนืด และความหนืด ตัวอย่างทั่วไปของสสารแข็ง ได้แก่ เซรามิก, คอนกรีต, โลหะบางชนิด และวัสดุแข็งยวดยิ่ง ซึ่งตรงกันข้ามกับ สสารอ่อน
การวัด
[แก้]
การวัดความแข็งมี 3 ประเภทหลัก ได้แก่ แบบขีดข่วน แบบกด และแบบกระดอน ภายในรูปแบบการวัดแต่ละประเภทเหล่านี้ จะมีมาตรวัดเฉพาะตัว เพื่อความสะดวกในทางปฏิบัติ จึงมีการใช้ ตารางเทียบความแข็ง เพื่อแปลงค่าจากมาตรหนึ่งไปสู่อีกมาตรหนึ่ง
ความแข็งแบบขีดข่วน
[แก้]ความแข็งแบบขีดข่วน คือการวัดว่าตัวอย่างมีความต้านทานต่อการแตกหัก หรือการเปลี่ยนรูปแบบถาวร จากแรงเสียดทานของวัตถุที่มีความแหลมคมมากน้อยเพียงใด[1] หลักการคือวัตถุที่ทำจากวัสดุที่แข็งกว่าจะขีดข่วนวัตถุที่ทำจากวัสดุที่อ่อนกว่าได้ เมื่อทดสอบสารเคลือบ ความแข็งแบบขีดข่วนจะหมายถึงแรงที่จำเป็นในการตัดผ่านฟิล์มลงไปถึงชั้นวัสดุรองรับ การทดสอบที่พบบ่อยที่สุดคือมาตราโมสซึ่งใช้ในวิทยาแร่ เครื่องมือชิ้นหนึ่งที่ใช้ในการวัดนี้คือ เครื่องวัดความแข็งแบบขีดข่วน
เครื่องมืออีกชนิดหนึ่งที่ใช้ในการทดสอบเหล่านี้คือ เครื่องทดสอบความแข็งแบบพกพา (pocket hardness tester) เครื่องมือนี้ประกอบด้วยก้านมาตรที่มีขีดบอกระดับซึ่งติดอยู่กับโครงรถเข็นสี่ล้อ เครื่องมือขีดข่วนที่มีขอบคมจะถูกติดตั้งไว้ที่มุมกำหนดบนพื้นผิวทดสอบ ในการใช้งาน จะมีการเพิ่มตุ้มน้ำหนักที่มีมวลแน่นอนลงบนก้านมาตรที่ขีดบอกระดับตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง จากนั้นจึงลากเครื่องมือไปบนพื้นผิวที่ต้องการทดสอบ การใช้ตุ้มน้ำหนักและขีดบอกระดับช่วยให้สามารถกำหนดแรงกดได้โดยไม่ต้องใช้เครื่องจักรที่ซับซ้อน[2]
ความแข็งแบบกด
[แก้]ความแข็งแบบกด วัดความต้านทานของตัวอย่างต่อการเสียรูปของวัสดุเนื่องจากภาระแรงอัดคงที่จากวัตถุที่มีความแหลมคม การทดสอบความแข็งแบบกดส่วนใหญ่ใช้ในวิศวกรรมและโลหกรรม การทดสอบเหล่านี้ทำงานบนพื้นฐานเบื้องต้นในการวัดขนาดวิกฤตของรอยกดที่ทิ้งไว้โดยหัวกดที่มีขนาดและการรับน้ำหนักที่กำหนดไว้ มาตรความแข็งแบบกดทั่วไป ได้แก่ ร็อกเวลล์, วิกเกอรส์, ชอร์, และ บริเนลล์ เป็นต้น
ความแข็งแบบกระดอน
[แก้]ความแข็งแบบกระดอน หรือที่เรียกว่า ความแข็งพลวัต (dynamic hardness) เป็นการวัดความสูงของ "การกระดอน" ของค้อนปลายเพชรที่ถูกปล่อยตกลงมาจากความสูงคงที่กระทบกับวัสดุ ความแข็งประเภทนี้เกี่ยวข้องกับ ความยืดหยุ่น อุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดนี้เรียกว่า สกลีโรสโคป[3] มาตรสองประเภทที่ใช้วัดความแข็งแบบกระดอนคือ การทดวัดความแข็งลีบ และการทดวัดความแข็งเบนเนตต์ (Bennett) ส่วนวิธีความต้านทานการสัมผัสด้วยอัลตราซาวด์ (Ultrasonic Contact Impedance - UCI) จะกำหนดค่าความแข็งโดยการวัดความถี่ของก้านที่กำลังสั่นสะเทือน ซึ่งก้านดังกล่าวประกอบด้วยเพลาโลหะที่มีองค์ประกอบการสั่นและหัวเพชรทรงพีระมิดติดอยู่ที่ปลายด้านหนึ่ง[4]
อ้างอิง
[แก้]- ↑ Wredenberg, Fredrik; PL Larsson (2009). "Scratch testing of metals and polymers: Experiments and numerics". Wear. 266 (1–2): 76. doi:10.1016/j.wear.2008.05.014.
- ↑ Hoffman Scratch Hardness Tester เก็บถาวร 2014-03-23 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน. byk.com
- ↑ Allen, Robert (2006-12-10). "A guide to rebound hardness and scleroscope test". ข้อมูลเก่าจากต้นฉบับ เมื่อ 2026-03-02. สืบค้นเมื่อ 2008-09-08.
- ↑ "Novotest". 23 ตุลาคม 2015.
{{cite web}}: CS1 maint: date auto-translated (ลิงก์)
