ความแข็ง Rockwell Brinell Vickers ต่างกันอย่างไร และทำไมแปลงค่าให้แม่นยำไม่ได้

ความแข็ง Rockwell Brinell Vickers ไม่ใช่การแข่งกันของสามวิธีที่วัดสิ่งเดียวกัน ทั้งสามวิธีกดหัวกดคนละแบบลงบนเนื้อโลหะด้วยแรงคนละขนาด แล้วอ่านคนละลักษณะของรอยกด และมาตรฐานที่ออกตารางแปลงค่าระหว่างกัน — ASTM E140 — เขียนไว้ในชื่อของทุกตารางว่าค่าที่ให้เป็นค่าโดยประมาณ พอแปลงตัวเลขแล้วพิมพ์ลงสเปกชีต ก็เท่ากับเปลี่ยนผลวัดให้กลายเป็นค่าประมาณการไปเงียบ ๆ

ข้อพิพาทเรื่องความแข็งในออร์เดอร์ส่งออกส่วนใหญ่เริ่มตรงนี้ ไม่ได้เริ่มจากแล็บฝ่ายใดฝ่ายหนึ่งวัดผิด แต่เริ่มจากแล็บสองฝ่ายถูกทั้งคู่ในคนละเรื่อง ขณะที่สเปกชีตมีที่ว่างให้ใส่ตัวเลขได้แค่ตัวเดียว

ความแข็ง Rockwell Brinell Vickers: แต่ละวิธีวัดอะไรกันแน่

นิยามสามข้อที่จบในตัวเอง เพราะความต่างอยู่ที่ท้ายประโยคของแต่ละข้อ

ความแข็ง Rockwell คือความลึกของรอยกดถาวรที่หัวกดตามข้อกำหนดทิ้งไว้ภายใต้แรงกดตามข้อกำหนด อ่านค่าได้จากเครื่องโดยตรงเป็นตัวเลขไม่มีหน่วย บนสเกลที่กำกับด้วยตัวอักษร (HRC, HRB และสเกลอื่น ๆ)

ความแข็ง Brinell คือแรงกดทดสอบหารด้วยพื้นที่ผิวโค้งของรอยกดที่ลูกบอลโลหะแข็งทิ้งไว้ คำนวณจากเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยกดที่วัดใต้กล้องจุลทรรศน์

ความแข็ง Vickers คือแรงกดทดสอบหารด้วยพื้นที่ผิวของรอยกดที่หัวกดเพชรทรงพีระมิดฐานสี่เหลี่ยมจัตุรัสมุม 136-degree ทิ้งไว้ คำนวณจากค่าเฉลี่ยของเส้นทแยงมุมสองเส้นของรอยกด

	Rockwell C (HRC)	Brinell (HBW)	Vickers (HV)
มาตรฐานที่กำกับ	ASTM E18 / ISO 6508	ASTM E10 / ISO 6506	ASTM E92 และ E384 / ISO 6507
หัวกด	หัวกดเพชรทรงกรวยมุม 120-degree	ลูกบอลโลหะแข็ง D = 10, 5, 2.5 หรือ 1 mm	หัวกดเพชรทรงพีระมิดฐานสี่เหลี่ยมจัตุรัสมุม 136-degree
แรงกดเริ่มต้น	10 kgf	ไม่มี	ไม่มี
แรงกดรวมที่ใช้ทั่วไป	150 kgf	29.42 kN เมื่อใช้ลูกบอล 10 mm กับเหล็ก (load factor 30)	ค่ามาโครที่นิยมใช้ 49, 98, 196, 294, 490, 980 N
สิ่งที่วัด	ความลึกของรอยกด	เส้นผ่านศูนย์กลางรอยกด วัดด้วยระบบแสง	ค่าเฉลี่ยเส้นทแยงมุมสองเส้น วัดด้วยระบบแสง
ได้ผลเมื่อไร	ทันที บนหน้าจอเครื่อง	หลังวัดรอยกดเสร็จ	หลังวัดรอยกดเสร็จ
เพดานการใช้งานจริง	ไม่มีในงานเหล็กทั่วไป	ราว 653 HBW สำหรับเหล็กและเหล็กหล่อ	ไม่มีในทางปฏิบัติ
ความหนาชิ้นทดสอบขั้นต่ำ	ตาม ASTM E18 อิงความลึกรอยกด	อย่างน้อย 8x ของความลึกรอยกด	อย่างน้อย 1.5x ของเส้นทแยงมุมรอยกด
การเตรียมผิว	เตรียมน้อย	เจียรผิว	เจียรและขัดเงา
เหมาะที่สุดกับ	เหล็กชุบแข็ง งาน QC สายผลิตที่ต้องเร็ว	งานหล่อ งานทุบขึ้นรูป โครงสร้างเกรนหยาบหรือไม่สม่ำเสมอ	หน้าตัดบาง ชั้นเคลือบ ความลึกชั้นผิวแข็ง ชิ้นงานเล็ก

สำหรับวัสดุที่นิ่มกว่า ตระกูล Rockwell จะเปลี่ยนหัวกดแทนที่จะเปลี่ยนวิธี สเกล HRBW ใช้ลูกบอลขนาด 1/16 นิ้ว ที่ 100 kgf และเป็นสเกลที่ใช้อ่านเหล็กที่ไม่ผ่านการชุบแข็งกับโลหะผสมทองแดง

ทำไมจึงไม่มีการแปลงค่าที่แม่นยำระหว่างสามวิธี

ASTM E140 มีอยู่เพราะทุกคนจำเป็นต้องแปลงค่า และมาตรฐานเดียวกันนี้ก็บอกด้วยว่าอย่าเชื่อผลลัพธ์มากเกินไป การทดสอบทั้งสามไม่ได้วัดคุณสมบัติวัสดุชุดเดียวกัน การแปลงค่าระหว่างกันจึงเป็นการประมาณ และตารางแต่ละตารางในมาตรฐานใช้ได้เฉพาะกับตระกูลวัสดุที่ระบุชื่อไว้เท่านั้น — เหล็กกลุ่มที่ไม่ใช่ออสเทนนิติก แผ่นสเตนเลสออสเทนนิติก โลหะผสมนิกเกิล ทองเหลืองปลอกกระสุน และอื่น ๆ ถ้าเอาตารางที่ทำมาสำหรับเหล็กคาร์บอนไปใช้กับงานหล่อสเตนเลสออสเทนนิติก ค่าที่คลาดเคลื่อนไม่ใช่แค่ระดับการปัดเศษ

จุดอ้างอิงสองจุดจากตารางที่เผยแพร่โดยอิงกับ E140 เพื่อให้เห็นรูปร่างของความสัมพันธ์ชัด ๆ: 300 HBW เท่ากับราว 30.5 HRC และ 500 HBW เท่ากับราว 49.1 HRC

แปลว่าอะไรบนใบสั่งซื้อ แบบงานของคุณระบุ 45 HRC ใบรับรองวัสดุของคุณรายงาน 421 HBW เพราะโรงหล่อมีเครื่องแบบนั้น เท่ากับคุณยังไม่ได้ทำตามสเปก คุณเพียงเสนอค่าที่แปลงมาจากสเปกเท่านั้น พอฝ่ายตรวจรับของผู้ซื้อทดสอบ Rockwell C แล้วอ่านได้ 43 ก็ไม่มีทางชนะข้อโต้แย้งนี้ เพราะความไม่ตรงกันเกิดจากการแปลงค่า ไม่ได้เกิดจากตัวเนื้อโลหะ

ค่าความแข็งเป็นผลวัดเฉพาะในสเกลที่วัดมาเท่านั้น พออยู่ในสเกลอื่นมันคือค่าประมาณ ให้ระบุสเปกและรายงานผลในสเกลเดียวกับที่ชิ้นงานจะถูกตรวจจริง แล้วข้อพิพาททั้งกลุ่มนี้จะหายไป

ชิ้นงานของคุณทดสอบวิธีไหนได้บ้าง

ในทางปฏิบัติ ความแข็ง Rockwell Brinell Vickers เลือกจากตัวชิ้นงาน ไม่ใช่จากความชอบ

ความหนา Brinell ต้องการชิ้นทดสอบที่หนาอย่างน้อยแปดเท่าของความลึกรอยกด ส่วน Vickers ต้องการอย่างน้อย 1.5 เท่าของเส้นทแยงมุมรอยกด ฉากปั๊มหนา 1.5 mm รับลูกบอล Brinell 10 mm ที่ 3,000 kgf ไม่ไหว รอยกดจะทะลุไปดันผิวอีกด้านจนเป็นรอย และค่าที่อ่านได้ใช้ไม่ได้เลย

เพดานความแข็ง Brinell เริ่มใช้ไม่ได้ที่ราว 653 HBW สำหรับเหล็กและเหล็กหล่อ เกินจากนั้นลูกบอลเองจะเสียรูป และเนื้อวัสดุจะปูดขึ้นที่ขอบรอยกด เส้นผ่านศูนย์กลางที่วัดได้จึงไม่ใช่เส้นผ่านศูนย์กลางที่สูตรคำนวณสมมติไว้

โครงสร้างเนื้อวัสดุ ลูกบอล Brinell 10 mm ทิ้งรอยกดกว้างระดับมิลลิเมตร ซึ่งเฉลี่ยค่าครอบคลุมเกรนจำนวนมาก นี่คือเหตุผลที่งานหล่อและงานทุบขึ้นรูปถูกระบุสเปกเป็น HBW ถ้าเอาไมโครวิกเกอร์สไปกดชิ้นงานหล่อชิ้นเดียวกัน รอยกดอาจตกอยู่ในเกรนเดียวหรือบนแผ่นแกรไฟต์ แล้วให้ตัวเลขที่จริง ทำซ้ำได้ แต่ใช้เป็นค่าเฉลี่ยของล็อตไม่ได้

ชิ้นงานชุบแข็งผิว ผิวแข็งแต่แกนกลางไม่แข็ง ลูกบอล Brinell จะทะลุชั้นผิวแข็งลงไปแล้วอ่านค่าผสมกัน ความลึกชั้นผิวแข็งเป็นงานของ Vickers: ตัดชิ้นงาน ขัดผิวหน้าตัด แล้วไล่วัดความแข็งจากผิวเข้าไปหาแกน

อัตราการผลิต รอบทดสอบ Brinell ใช้เวลา 30 ถึง 60 วินาทีก่อนที่ใครจะได้วัดอะไรเลย แล้วยังต้องอ่านรอยกดด้วยระบบแสงอีก ส่วน Rockwell ขึ้นตัวเลขบนหน้าจอทันที ในสายผลิตที่ต้องสุ่มตรวจทุกชิ้นที่ยี่สิบ ความต่างตรงนี้คือตัวตัดสินว่าจะใช้วิธีไหน

ตัวเลขพลาดตรงไหนบ้างในออร์เดอร์ส่งออก

หกรูปแบบความผิดพลาด เรียงคร่าว ๆ ตามความถี่ที่กลายเป็นเคลม

สเกลไม่ตรงกันบนเอกสาร แบบงานเป็น HRC ใบรับรองเป็น HBW และไม่มีใครแปลงค่าด้วยตารางที่ถูกต้อง หรือไม่ได้แปลงเลย
ใช้วิธีผิดกับชิ้นงานชุบแข็งผิว ชิ้นงานถูกต้อง แต่การทดสอบอ่านทะลุชั้นผิวแข็งลงไปแล้วรายงานว่าไม่ผ่าน
ตัวเลขที่ไม่มีตัวอักษรกำกับสเกล “ความแข็ง 55” ไม่ใช่สเปก เป็นความผิดพลาดแบบเดียวกับการเขียน “Shore 70” บนชิ้นงานยาง ซึ่งอธิบายไว้ใน ความแข็ง Shore A กับ Shore D
ค่าเดี่ยวที่ไม่มีพิกัดความเผื่อ ความแข็งคือการกระจายตัว ทั้งในระดับล็อตและบนหน้าชิ้นงานเดียวกัน สเปกที่ไม่มีช่วงค่าเท่ากับเปิดทางให้ตีกลับตั้งแต่ค่าที่หลุดออกนอกกลุ่มค่าแรก
ไม่ระบุตำแหน่งทดสอบ ผิวนอก กึ่งกลางรัศมี และแกนกลาง ต่างกันได้หลายสิบจุดบนชิ้นงานเดียวกัน ถ้าแบบงานไม่บอกว่าวัดตรงไหน แล็บสองฝ่ายก็จะไม่ได้วัดที่เดียวกัน
เขียน “HB” โดยไม่บอกวัสดุลูกบอล การทดสอบ Brinell สมัยใหม่ใช้ลูกบอลทังสเตนคาร์ไบด์และเขียนว่า HBW ส่วนสัญกรณ์ลูกบอลเหล็กแบบเดิมถูกยกเลิกไปแล้ว “HB 300” ทำให้คนอ่านต้องเดาว่าตัวเลขมาจากยุคไหน

วิธีเขียนสเปกความแข็งให้ผ่านการตรวจรับ

เขียนแบบนี้	ปัญหาที่ตามมา	ให้เขียนแบบนี้แทน
ความแข็ง 55	ไม่มีสเกล จึงไม่มีความหมาย	55 +/- 2 HRC
58-62 HRC บนแผ่นหนา 1 mm	ผิดกฎความหนาขั้นต่ำของวิธีทดสอบ	650-750 HV1 วัดที่ผิว
HB 300	สัญกรณ์ล้าสมัย ไม่ระบุวัสดุลูกบอล	300 HBW 10/3000
ชุบแข็งและอบคืนตัว	เป็นกระบวนการ ไม่ใช่ผลวัด	วิธีทดสอบ สเกล ค่า พิกัดความเผื่อ และตำแหน่งทดสอบ
45 HRC (แปลงมาจาก Brinell)	เอาค่าประมาณมาเสนอเป็นผลวัด	รายงานสเกลที่วัดจริง แล้วใส่ค่าที่แปลงไว้เป็นหมายเหตุเท่านั้น
ความแข็งตามแบบ	ผลักความกำกวมไปให้ปลายทาง	เขียนสเปกเต็มซ้ำลงในใบรับรอง

สเปกที่ครบถ้วนมีห้าส่วน: วิธีทดสอบกับสเกล ค่าที่กำหนด พิกัดความเผื่อ ตำแหน่งทดสอบ และมาตรฐานที่ใช้ทดสอบ “550 +/- 25 HV10 บนหน้าที่เจียร ตาม ISO 6507-1” อ่านผิดไม่ได้ ส่วน “ความแข็ง 550” อ่านผิดได้หกแบบ

วินัยเดียวกันนี้ใช้กับตัวเลขข้างเคียงบนสเปกชีตงานโลหะด้วย ความหยาบผิวเป็นกรณีฝาแฝด ที่ตัวเลขเดียวกันหมายถึงผิวคนละแบบขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ที่ใช้ ดูได้ใน Ra กับ Rz ในการวัดความหยาบผิว ส่วนเช็กลิสต์สำหรับข้อมูลที่เหลือบนสเปกชีตอยู่ใน วิธีระบุสเปกสินค้าโลหะ

ขั้นตอนถัดไป

สามอย่าง เรียงตามลำดับที่ลดความเสี่ยงได้มากที่สุดต่อเวลาที่ลงไป

ถามผู้ซื้อก่อนส่งล็อตแรกว่าฝ่ายตรวจรับของเขาใช้สเกลอะไร อีเมลฉบับเดียวตัดสาเหตุอันดับหนึ่งของเคลมเรื่องความแข็งออกไปได้ จากนั้นปรับแบบงานกับใบรับรองให้ตรงกับสเกลนั้น แทนที่จะไปแปลงค่ากันตอนของถึงด่าน
ไล่ตรวจแบบงานเดิมทั้งหมดว่ามีสเปกความแข็งที่เขียนไม่ครบตรงไหนบ้าง ทุก “ความแข็ง 55” และทุก “HB 300” คือข้อพิพาทที่รออยู่ รอวันที่ออร์เดอร์เงียบ แก้สัญกรณ์ครั้งเดียวไม่มีต้นทุน และไม่ต้องกลับมาแก้อีก
เอาตัวเลขไปวางตรงที่ผู้ซื้ออ่าน ไม่ใช่แค่ตรงที่ไฟล์ถูกเก็บ บนหน้าแคตตาล็อก หน้าสินค้าในมาร์เก็ตเพลส หรืออีเมลตอบใบขอราคา ผู้ซื้อไม่เปิด PDF แบบงาน เขาดูรูป สเปกชีต ที่ทำเป็นภาพพร้อมคำอธิบายกำกับ จะพาสเปกความแข็งไปอยู่ข้างขนาดที่วัดจริงจากรูปทรงจริงของชิ้นงาน ยึดกับขอบจริงของวัตถุในภาพ ไม่ใช่พิมพ์ตัวเลขจากความจำ แล้วส่งออกที่ขนาดพิกเซลตามที่แต่ละช่องทางต้องการ เพื่อให้ตัวหนังสือเล็ก ๆ ยังอ่านออก นี่คือความต่างระหว่างสเปกที่ผู้ซื้อเอาไปตัดสินใจได้ กับสเปกที่เขาต้องเขียนมาถามคุณก่อน และเป็นเหตุผลที่ภาพซึ่งถูกเจนขึ้นมาเป็นเครื่องมือที่ผิดสำหรับงานนี้ มันจะเขียนตัวเลขที่ดูสมเหตุสมผลลงบนชิ้นงานที่มันไม่เคยวัด

คำถามที่พบบ่อย

Rockwell กับ Brinell อันไหนดีกว่ากัน

ไม่มีอันไหนดีกว่าในเชิงหลักการ ความแข็ง Rockwell Brinell Vickers เป็นคำถามเรื่องความเหมาะสม ไม่ใช่การจัดอันดับ Rockwell เร็วกว่าและเตรียมผิวน้อยกว่า จึงเป็นตัวเลือกของสายผลิตสำหรับเหล็กชุบแข็ง ส่วนรอยกดขนาดใหญ่ของ Brinell ช่วยเฉลี่ยค่าบนโครงสร้างเกรนหยาบหรือไม่สม่ำเสมอ ซึ่งเป็นเหตุผลที่งานหล่อและงานทุบขึ้นรูประบุสเปกเป็น HBW เลือกวิธีที่ตรงกับโครงสร้างและความหนาของชิ้นงาน แล้วระบุสเปกในสเกลนั้น

แปลงค่า HRC เป็น HB ได้แม่นยำไหม

ไม่ได้ ในความหมายของคำว่า “แม่นยำ” ที่คนทั่วไปเข้าใจ ASTM E140 เป็นผู้เผยแพร่ตารางแปลงค่า และระบุไว้เองว่าค่าที่ให้เป็นค่าโดยประมาณ เพราะการทดสอบแต่ละวิธีวัดคุณสมบัติวัสดุคนละชุดกัน ตารางยังผูกกับชนิดวัสดุด้วย ตารางของเหล็กกลุ่มที่ไม่ใช่ออสเทนนิติกใช้กับสเตนเลสออสเทนนิติกหรือโลหะผสมนิกเกิลไม่ได้

ชิ้นงานบางควรใช้การทดสอบความแข็งแบบไหน

ส่วนใหญ่คือ Vickers ชิ้นทดสอบต้องการความหนาเพียงราว 1.5 เท่าของเส้นทแยงมุมรอยกด และลดแรงกดลงมาถึงระดับกรัมได้สำหรับแผ่นบาง ชั้นเคลือบ และการไล่วัดความลึกชั้นผิวแข็ง ส่วน Brinell ต้องการความหนาแปดเท่าของความลึกรอยกด จึงใช้กับหน้าตัดบางไม่ได้

ทำไมใบรับรองวัสดุของโรงงานถึงให้ค่าความแข็งไม่ตรงกับแล็บของผู้ซื้อ

ปกติมาจากสามสาเหตุ แล็บสองฝ่ายใช้คนละสเกลแล้วมีใครสักคนแปลงค่า, ชิ้นงานเป็นงานชุบแข็งผิวและการทดสอบฝั่งหนึ่งอ่านทะลุชั้นผิวแข็งลงไป, หรือทดสอบกันคนละตำแหน่งบนชิ้นงาน การระบุตำแหน่งทดสอบและสเกลลงในแบบงานตัดปัญหาทั้งสามข้อ

เขียนค่าความแข็งลงในสเปกชีตอย่างไร

วิธีทดสอบกับสเกล ค่าที่กำหนด พิกัดความเผื่อ ตำแหน่งทดสอบ และมาตรฐาน เช่น “550 +/- 25 HV10 บนหน้าที่เจียร ตาม ISO 6507-1” หรือ “300 HBW 10/3000” อย่าใส่ตัวเลขเปล่า ๆ และอย่าเอาค่าที่แปลงมาเสนอเป็นค่าที่วัดได้จริง