19
บทที5 คุณสมบัติเชิงกลของโลหะ (MECHANICAL PRHPERTIES OF METALS) ในบทนี้จะกลาวถึงเรื่อง คุณสมบัติของวัสดุตาง ในแงวิศวกรรมศาสตรอาจแยกกลุไปไดหลายอยาง เชน คุณสมบัติทางเคมี คุณสมบัติทางแมเหล็กไฟฟา เปนตน สําหรับ คุณสมบัติเชิงกลนั้น หมายถึง คุณสมบัติที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนรูปของวัสดุ เมื่อถูกแรงภายนอก กระทําในลักษณะตาง กัน เชน ถูกแรงดึง แรงกด แรงเฉือน หรือถูกแรงกระทําเปนจังหวะ เปนตน 5.1 คุณสมบัติการเปลี่ยนรูป (Deformation Property) ลักษณะการเปลี่ยนรูปที่เปนพื้นฐานอาจจําแนกไดเปน 2 กลุมใหญ ดวยกันคือ 5.1.1 คุณสมบัติการเปลี่ยนรูปอีลาสติก (Elastic deformation property) หมายถึง การเปลี่ยนรูปที่สามารถคืนตัวไดอยางสมบูรณ (Reversible) เมื่อแรงกระทํานั้นถูกปลด ออกไป เชนเมื่อถูกดึงวัสดุจะยืดตัวออกจนถึงระยะหนึ่งแลวก็หยุด เมื่อปลดแรงวัสดุก็จะหกตัว สูความยาวเดิม สวนใหญการเปลี่ยนรูปแบบอีลาสติกเกิดจากแรงกระทําที่ไมสูงนัก และการ เปลี่ยนรูปดังกลาวมักจะเปนสัดสวนโดยตรงกับขนาดของแรง โดยปกติเรามักจะถือวาการ เปลี่ยนรูปในชวงอีลาสติกนี้จะเกิดขึ้นโดยทันทีเมื่อมีแรงกระทําแตที่จริงแลวการเปลี่ยนแปลง ไมวาจะเปนเมื่อถูกแรงกระทําหรือการคืนรูป เมื่อหยุดแรงกระทําลวนตองใชระยะเวลาอันหนึ่ง เสมอ ในโลหะสวนมากระยะเวลานี้จะสั้นมากจนวัดไมได แตในวัสดุบางชนิด เชน ยาง สวนทีเปลี่ยนชา คือขึ้นกับเวลา (Time Dependent) นี้อาจมีมากพอจนวัดได คุณสมบัติการ เปลี่ยนรูปโดยขึ้นกับเวลานีเรียกวา Anelasticity แตก็ยังเปนสวนหนึ่งของการเปลี่ยนรูปแบบอี ลาสติก เพราะจะคืนตัวโดยสมบูรณไดในที่สุด 5.1.2 คุณสมบัติการเปลี่ยนแบบพลาสติก (Plastic deformation property) หมายถึงการเปลี่ยนรูปของวัสดุในลักษณะที่คืนกลับที่เดิมไมได (Irreversible) เมื่อปลดแรง กระทําที่วัสดุ จะกลับคืนขนาดมาไดเพียงบางสวนเทานั้น โดยมีสวนหนึ่งที่เปลี่ยนไปอยาง ถาวร (Permanent set) ตัวอยางเชน การดึงโลหะดวยแรงที่มีขนาดสูง โลหะจะยืดตัวออกถึง

บทที่ 5 คุณสมบ ัติเชิงกลของโลหะ ......62 ภาพท 5.3 อ ตราส วนตามกฎของฮ ค 5.2.3 อ ตราส

  • Upload
    others

  • View
    5

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: บทที่ 5 คุณสมบ ัติเชิงกลของโลหะ ......62 ภาพท 5.3 อ ตราส วนตามกฎของฮ ค 5.2.3 อ ตราส

บทท 5 คณสมบตเชงกลของโลหะ

(MECHANICAL PRHPERTIES OF METALS)

ในบทนจะกลาวถงเรอง คณสมบตของวสดตาง ๆ ในแงวศวกรรมศาสตรอาจแยกกลม

ไปไดหลายอยาง เชน คณสมบตทางเคม คณสมบตทางแมเหลกไฟฟา เปนตน สาหรบ

คณสมบตเชงกลนน หมายถง คณสมบตทเกยวกบการเปลยนรปของวสด เมอถกแรงภายนอก

กระทาในลกษณะตาง ๆ กน เชน ถกแรงดง แรงกด แรงเฉอน หรอถกแรงกระทาเปนจงหวะ

เปนตน

5.1 คณสมบตการเปลยนรป (Deformation Property)

ลกษณะการเปลยนรปทเปนพนฐานอาจจาแนกไดเปน 2 กลมใหญ ๆ ดวยกนคอ

5.1.1 คณสมบตการเปลยนรปอลาสตก (Elastic deformation property) หมายถง

การเปลยนรปทสามารถคนตวไดอยางสมบรณ (Reversible) เมอแรงกระทานนถกปลด

ออกไป เชนเมอถกดงวสดจะยดตวออกจนถงระยะหนงแลวกหยด เมอปลดแรงวสดกจะหกตว

สความยาวเดม สวนใหญการเปลยนรปแบบอลาสตกเกดจากแรงกระทาทไมสงนก และการ

เปลยนรปดงกลาวมกจะเปนสดสวนโดยตรงกบขนาดของแรง โดยปกตเรามกจะถอวาการ

เปลยนรปในชวงอลาสตกนจะเกดขนโดยทนทเมอมแรงกระทาแตทจรงแลวการเปลยนแปลง

ไมวาจะเปนเมอถกแรงกระทาหรอการคนรป เมอหยดแรงกระทาลวนตองใชระยะเวลาอนหนง

เสมอ ในโลหะสวนมากระยะเวลานจะสนมากจนวดไมได แตในวสดบางชนด เชน ยาง สวนท

เปลยนชา ๆ คอขนกบเวลา (Time Dependent) นอาจมมากพอจนวดได คณสมบตการ

เปลยนรปโดยขนกบเวลาน เรยกวา Anelasticity แตกยงเปนสวนหนงของการเปลยนรปแบบอ

ลาสตก เพราะจะคนตวโดยสมบรณไดในทสด

5.1.2 คณสมบตการเปลยนแบบพลาสตก (Plastic deformation property)

หมายถงการเปลยนรปของวสดในลกษณะทคนกลบทเดมไมได (Irreversible) เมอปลดแรง

กระทาทวสด จะกลบคนขนาดมาไดเพยงบางสวนเทานน โดยมสวนหนงทเปลยนไปอยาง

ถาวร (Permanent set) ตวอยางเชน การดงโลหะดวยแรงทมขนาดสง โลหะจะยดตวออกถง

Page 2: บทที่ 5 คุณสมบ ัติเชิงกลของโลหะ ......62 ภาพท 5.3 อ ตราส วนตามกฎของฮ ค 5.2.3 อ ตราส

59

จดหนงแลวกหยดครนเมอปลดแรงโลหะกจะหดตวกลบไปไดบาง แตกจะยงยาวกวาของเดม

เลกนอย ลกษณะเชนนเกดจากแรงกระทาทมขนาดสงกวาในชวงอลาสตก

ภาพท 5.1 การทดสอบวสดและกราฟทเกดจากแรงดง

5.2 ความเคนและความเครยดทางวศวกรรม (Engineering Stress and Enginering Strain in Metals)

5.2.1 ความเคน (Engineering Stress,σ) หมายถง อตราสวนระหวางแรงทมากระทา(F) ตอพนทตดของชนงานกอนดง(A0)

0A

F=σ

หนวยของความเคน

US มหนวยเปน lb /in2 หรอ psi

SI มหนวยเปน N/m2 หรอ Pa

ซง

1 psi = 6.89 ×103 Pa

106 Pa = 1 Mpa

Page 3: บทที่ 5 คุณสมบ ัติเชิงกลของโลหะ ......62 ภาพท 5.3 อ ตราส วนตามกฎของฮ ค 5.2.3 อ ตราส

60

ภาพท 5.2 แทงโลหะทมพนทหนาตดกลมถกแรงดงและแรงดน

ตวอยางท 1 แทงอลมเนยมกลมมเสนฝาศนยกลางเทากบ 0.500 นว มแรงมากระทาทปลาย

ทงสองดาน 2500 ปอนด ใหคานวณความเคนทเกดขนในแทงอลมเนยมน

σ = 0A

F

= ( )2500.0

4

2500

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛π

flb

= 12,700 finlb 2/

5.2.2 ความเครยด (Engineering Strain, ε)

หมายถงอตราสวนระหวางความยาวทเปลยนแปลง (Δl) ตอความ

ยาวเดม (l0) แสดงดงภาพ ดงนนสตรของความเครยดจงเปน

ε = 0

0

lll − =

0llΔ

หนวยของความเครยด

US มหนวยเปน นว ตอ นว (in / in)

SI มหนวยเปน เมตร ตอ เมตร (m / m)

Page 4: บทที่ 5 คุณสมบ ัติเชิงกลของโลหะ ......62 ภาพท 5.3 อ ตราส วนตามกฎของฮ ค 5.2.3 อ ตราส

61

แตโดยทวไปแลวในการบอกคาของความเครยดนนจะนยมบอกเปน

เปอรเซนตของความเครยด (percent strain หรอ percent elongation) ซงหาไดจาก

% engineering strain = engineering strain ×100%

= elongation

ตวอยางท 2 แทงอลมเนยมมความกวาง 0.500 นว และหนา 0.040 นว มความยาว 8 นว

ซงบนแทงอลมเนยมนไดตด gage ยาว 2 นว ตรงกลางแทงอลมเนยม เมอถกแรงกระทาแลว

ปรากฏวา gage ม ความยาวเพมขนเปน 2.65 นว จงหาคาความเครยดทเกดขน และ

เปอรเซนตของความเครยด

Engineering strain ε = 0

0

lll −

= 325.000.265.0

00.200.265.2

==−

% elongation = 0.325 ×100% = 32.5%

กฏของฮค (Hooke’ Law) ความสมพนธระหวางความเคนและความเครยดในชวงของการเปลยนรปแบบอลา

สตกของโลหะและโลหะผสมตาง ๆ จะเปนแนวเสนตรง ซงจะเปนไปตามกฎของฮค

(Hooke’Law)

σ = Eε

E = εσ

ซงคา E คอสมประสทธของความยดหยน หรอ Modulus of elasticity หรอ Modulus

of elasticity หรอ Young’ modulus ซงแสดงถงความแขงแกรงของวสด เชน แสดงถงความ

ตานทานตอการเปลยนรปชวคราวขณะไดรบแรงดง

Page 5: บทที่ 5 คุณสมบ ัติเชิงกลของโลหะ ......62 ภาพท 5.3 อ ตราส วนตามกฎของฮ ค 5.2.3 อ ตราส

62

ภาพท 5.3 อตราสวนตามกฎของฮค

5.2.3 อตราสวนปวซอง (Poisson’ Ratio, ν) การเสยรปอยางอลาสตก อกลกษณะหนงคอ ในขณะทมการดงหรอกด

ในแนวแกน จะทาใหเกดการเปลยนแปลงขนาดในแนวดานขวาง จากการทดลองพบวาถาแทง

วตถถกดงใหยดในแนวแกนขนาดของมนทางดานขวางจะลดลง ซงอตราสวนระหวางหนวย

การเสยรป (Unit deformation) หรอความเครยดในสองแนว ในทนจะใชสญลกษณ v ซง

กาหนดวา

x

z

x

yvεε

εε

−==

ภาพท 5.4 การรบแรงดง

Page 6: บทที่ 5 คุณสมบ ัติเชิงกลของโลหะ ......62 ภาพท 5.3 อ ตราส วนตามกฎของฮ ค 5.2.3 อ ตราส

63

เมอ εx เปนความเครยดทเกดจากความเคนและแรงในแนวแกน x เทานน และ εy, εz

เปนความเครยดทเกดขนตามมาในแนวทตงฉากกบแกนของทแรงกระทา เครองหมายลบใสไว

เพอใหเหนวาเราตองการคา ν เปนบวก เพราะวาเมอมแรงดงในแนว x คา εx เปนบวก สวน

ในแนวทตงฉากกบการดงจะมการหดตว ซง εy และ εz จะมคาเปนลบ

สาหรบคาอตราสวนปวซองนนสาหรบวสดในอดมคตจะมคาเทากบ 0.5 แตสาหรบ

วสดจรง ๆ นนจะมคาอยระหวาง 0.25 ถง 0.40 ซงมคาประมาณ 0.3 สาหรบตารางแสดงคา

อตราสวนปวซองของโลหะ และโลหะผสมบางชนด

ตารางท 5.1 แสดงคา E, G และ ν

Material Modulus of elasticity

10-6 psi (Gpa) Shear modulus

10-6 psi (Gpa)

Poisson’s

ratio

Aluminum alloys

Copper

Steel(plain carbon

and low-alloy)

Stainless steel(18-8)

Titanium

Tungsten

10.5(72.4)

16.0(110)

29.0(200)

28.0(193)

17.0(117)

58.0(400)

4.0(27.5)

6.0(41.4)

11.0(75.8)

9.5(65.6)

6.5(44.8)

22.8(157)

0.31

0.33

0.33

0.28

0.31

0.27

5.2.4 ความเคนเฉอน (Shear Stress, τ) เกดจากการทวสดถกแรงกระทาลกษณะทเปนแรงเฉอน (Shear force) แสดงดงภาพ

จะเหนวาแรงเฉอน (Shear force, F) กระทาบนพนท A0 ดงนนคาความเคนเฉอน τ จะมคา

เทากบ

τ = 0A

F

หนวยของความเคนเฉอน

US มหนวยเปน Ibf /in2 หรอ psi

SI มหนวยเปน N/m หรอ Pa

Page 7: บทที่ 5 คุณสมบ ัติเชิงกลของโลหะ ......62 ภาพท 5.3 อ ตราส วนตามกฎของฮ ค 5.2.3 อ ตราส

64

ภาพท 5.5 แสดงความเคนเฉอนและความเครยดเฉอน

5.2.5 ความเครยดเฉอน (Shear Strain, γ) แรงเฉอนจะทาใหเกดการเสยรปในแนวเฉอนไดเหมอนกบแรงดงในแนวแกน

เชนกน แตรายละเอยดในการเกดการเสยรปจะแตกตางกนมาก ชนวสดทโดนกระทาโดยแรง

ดงจะมความยาวเปลยนแปลงไป แตเมอโดนแรงเฉอนความยาวจะไมเปลยนแปลงแตจะทาให

รปรางบดเบยวไป เชน ถาแตเดมมลกษณะเปนสเหลยมจตรส กกลายเปนสเหลยมขนมเปยก

ปน ดงแสดงในภาพอาการบดเบยวทเกดขนอาจ จะมองในลกษณะทวาเมอโดนแรงเฉอน ผว

บนเคลอนตวออกไปเปนระยะ a ในแนวของแรงเฉอน โดยกาหนดวาหนาตดนอยสงขนมา

เทากบระยะ h ดงนนความเครยดเฉอนเฉลยไดจาการเอาคา a หารดวยคา h ซงจะไดวา

γ = θtan=ha

สาหรบวสดในชวงอลาสตกความสมพนธระหวางความเคนเฉอน τ กบความเครยด

เฉอน γ เรยกวา modulus of elasticity in shear หรอ modulus of rigidity ซงเปนดง

ความสมพนธ

τ = Gγ

ซงคา G เปนคา Modulus of elasticity in shear

Page 8: บทที่ 5 คุณสมบ ัติเชิงกลของโลหะ ......62 ภาพท 5.3 อ ตราส วนตามกฎของฮ ค 5.2.3 อ ตราส

65

5.3 การทดสอบดวยแรงดง และแผนภาพความสมพนธความเคน – ความเครยด (The Tensile Test and The Engineering Stress-Strain Diagram) การทดสอบดวยแรงดง จดเปนการทดสอบแบบสถตย (Static load test) อยางหนงท

ใชกนแพรหลายมาก เพราะจดทาไดงาย ใหขอมลพนฐานไดมาก สามารถดดแปลงใหเหมาะ

กบวสดรปตางๆ กนไดและผลการทดสอบมมาตรฐานทเทยบกนไดทวไป

วธการทดสอบกคอ นาชนตวอยาง (Specimen) มาทดลองดงในเครองทดสอบ โดย

เรมดงขนทละนอย ๆ จากศนยเรอยไปจนกวาชนตวอยางจะขาด พรอมกนนนกวดสวนทยด

ออกเทยบกบแรงกระทา แลวนาไปเขยนกราฟระหวางความเคน และความเครยดทาง

วศวกรรม เพอหาคณสมบตดานตาง ๆ

ภาพท 5.6 แสดงลกษณะของ specimen เมอถกแรงดง

โดยปกตแลวจะมเครองบนทกตดอยกบเครองทดสอบเสมอ เพอบนทกความสมพนธ

ระหวางแรงและขนาดการเปลยนแปลงของชนงาน (โดยอตโนมต) ผลทไดจากการทดสอบดวย

แรงดง มกจะเกยวของกบความเคน (Engineering Stress) และความเครยด (Engineering

Strain) เสมอ กราฟทไดจากการทดสอบจะแสดงถงความสมพนธระหวางความเคน-

Page 9: บทที่ 5 คุณสมบ ัติเชิงกลของโลหะ ......62 ภาพท 5.3 อ ตราส วนตามกฎของฮ ค 5.2.3 อ ตราส

66

ความเครยด เรยกวา แผนภาพความสมพนธความเคน-ความเครยด (Engineering Stress-

Strain Diagram)

ภาพท 5.7 แสดงขนาดชนงานมาตรฐานสาหรบทดสอบแรงดง

ภาพท 5.8 แสดงความสมพนธระหวางความเคน-ความเครยด

จากภาพแสดงแผนภาพความสมพนธระหวางความเคน-ความเครยดทางวศวกรรม

ของเหลกกลาชนดเหนยว ซงเราอาจแบงกราฟทไดออกเปน 2 สวน สวนแรกคอ ในชวง O-A-B

เปนชวงอลาสตก (Elastic range) ระยะ OA กราฟจะเปนเสนตรง แตจาก A ถง B กราฟจะ

Page 10: บทที่ 5 คุณสมบ ัติเชิงกลของโลหะ ......62 ภาพท 5.3 อ ตราส วนตามกฎของฮ ค 5.2.3 อ ตราส

67

โคงเลกนอย สวนทสองคอ ตงแตจะจด B ออกไปจนถงจดชนตวอยางขาดจากกน เรยกวาชวง

พลาสตก (Plastic range) ในระยะนกราฟจะเปนเสนโคง

- ขดจากดสดสวน (Proportional limit) หมายถงคา ความเคนสงสดในชวงอลาสตกท

วสดยงคงมความเคน เปนสดสวนโดยตรงกบความเครยด (กราฟเปนเสนตรงในรปท 5.6

ขดจากดสดสวนคอ ความเคนทจด A)

- พกดความยดหยน (Elastic limit) หมายถงคา ความเคนสงสดทวสดรบไดโดยยงคง

คณสมบตอลาสตกอย ในรปท 5.ค พกดความยดหยนกคอ ความเคนทจด B ซงอยสงกวาจด

A เลกนอยในชวงพลาสตก (Plastic range)

หมายถง ชวงระยะทวสดมการเปลยนแปลงรปทถาวร เมอปลดแรงกระทามนจะ

กลบคนสความยาวเดมไมได การคนตวจะเปนแตเพยงสวนทเปนอลาสตกเทานน จากรปท

5.6 หากวสดไดรบแรงกระทาจนยดออกมาจนถงจด X เมอปลอยแรงมนจะคนตวกลบมาใน

แนว XY ซงขนานกบแนว OA โดยประมาณ วสดทมการยดตวออกอยางถาวรเทากบ OY ซงม

คาประมาณ 0.2% ของความเครยดและเรยกความเครยด OY วา ระยะคราก (Offset) และ

สามารถหาความแขงแรงทจดครากไดซงแสดงดงรปท 5.9

ภาพท 5.9 แสดง 0.002% Offset line

Page 11: บทที่ 5 คุณสมบ ัติเชิงกลของโลหะ ......62 ภาพท 5.3 อ ตราส วนตามกฎของฮ ค 5.2.3 อ ตราส

68

- จดครากตว (Yield Point) การเปลยนรปในชวงพลาสตกอาจเกดขนอยางรวดเรวใน

โลหะบางชนด เชน เหลกกลาคารบอนธรรมดา ดงแสดงดงรปท 5.8 ทจด C เรยกวา จดคราก

บน (Upper yield point) ทจดนวสดจะยดตวอยางรวดเรวโดยไมตองเพมแรง และดเหมอนวา

จะใชแรงนอยลงจนกระทงกราฟจะมลกษณะโคงลงไปสจด D ซงเรยกวาจกครากลาง (Lower

yield point) เหตทเปนดงนเพราะในชวงนอะตอมของเหลกไมเพยงแตขยายระยะหางจากกน

และกนเทานน แตแถวหรอชนของอะตอมในผลก หรอเกรนกอาจเลอนผานกนได การยดตว

ออกจงเปนไปอยางรวดเรว (ระยะ C-D) แตในไมชาการเลอนเหลานกเรมชาลง เพราะเกดการ

ขดกนทงในบรเวณภายในเกรนเอง ซงอาจเปนเพราะอะตอมของธาตอนขวางอย หรอตาม

บรเวณขอบเกรน ซงแนวการเลอนในแตละเกรนอาจจะขดกนเพราะตางเกรนกมการวางตวไป

ในทศทางทตาง ๆกน ดงนนวสดจงมความแขงแรงเพมขน และตองเพมแรงกระทาเพอใหวสด

ยดตวตอไปอก ในโลหะบางประเภททไมใชเหลก เชน ทองแดง อลมเนยม นเกล เปนตน การ

ยดตวออกในชวงพลาสตก จะมลกษณะคอยเปนคอยไป ซงแสดงดงรปท 5.10 จะไมมจด C

และ D ใหเหนขดเจน และแมแตจดพกดความยดหยนเอกงกกาหนดไดยาก ดงนนในกรณ

เชนนจงมกจะถอเอาคาขดจากดสดสวนเปนจดครากตวดวย

รปท 5.10 แสดง Engineering stress-strain curves ของโลหะและโลหะผสม

Page 12: บทที่ 5 คุณสมบ ัติเชิงกลของโลหะ ......62 ภาพท 5.3 อ ตราส วนตามกฎของฮ ค 5.2.3 อ ตราส

69

- ความแขงแรงสงสด (Ultimate tensile strength) จากรปท 5.8 จะเหนไดวาทจด E

เปนจดสงสดของกราฟ ความเคนทจดนเปนคาสงสดทวสดจะรบไดโดยไมเกดการแตกหก

หลงจากจด E กราฟจะโคงลงมาจนถงจด F ซงเปนจดทวสดขาดออกจากกน คาความเคนท

จด F เรยกวา ความแขงแรงแตกหก (Breaking strength)

ความเคนและความเครยดทแทจรง (True stress and True strain)

ความเคนทแทจรง (True stress) เปนอตราสวนระหวางแรงทกระทาบนชนงาน

ทดสอบตอพนทหนาตดขณะรบแรงกระทาอยนน ดงจะเขยนเปนสตรทวไปไดดงน

True stress σt = iA

F

ความเครยดทแทจรง (True strain) เปนผลรวมอตราสวนระหวางการเปลยนแปลง

สวนยอย (ความยาว) ตอความยาวเดม โดยรวมตงแตความเครยดของงานกอนรบแรงจนถง

ความเครยดขณะทดสอบ โดยจะเขยนเปนสตรทวไปไดดงน

True strain, εt = 0

lnll

ldl i=

ซงคา l0 เปนความยาวของ gage ตอนทเรมตน และ lI เปนความยาวของ gage ขณะท กาลง

ทดสอบ และถาเราสมมตวาปรมาตรของ gage มคาคงทแลวกจะไดความสมพนธทวา l0A0=

lIAI หรอ

i

i

AA

ll 0

0= =

i

it A

All 0

0lnln ==ε

จากภาพท 5.11 แสดงการเปรยบเทยบของกราฟทไดระหวาง engineering stress-strain

และ true stress-strain ของเหลกกลาคารบอนตา

รปท 5.11 แสดง engineering stress-strain และ true stress-strain curves ของเหลกกลาคารบอนตา

Page 13: บทที่ 5 คุณสมบ ัติเชิงกลของโลหะ ......62 ภาพท 5.3 อ ตราส วนตามกฎของฮ ค 5.2.3 อ ตราส

70

ตวอยางท 3 ใหหาคาของ engineering stress, engineering strain, true stress และ

true strain จากขอมลตอไปน

แรงกระทาทใช = 17,000 lb เสนผาศนยกลางของชนทดสอบ = 0.500 นว

เสนผาศนยกลางของชนทดสอบขณะแรงกระทา 17,000ibf = 0.472 นว

พนทหนาตดตอนเรมตน = A0= ( ) 222 196.0500.044

ind ==ππ

พนทหนาตดภายใตแรงกระทา = Ai= ( ) 222 175.0472.04

ind =π

สมมตวาปรมาตรของ gage มคาคงทดงนน li/l0 = A0/Ai

Engineering stress = 0A

F = 196.0000,17 =86,750 psi

Engineering strain =llΔ =

0

0

lll i − = 10 −

iAA

12.01175.0196.0

=−

True stress = 175.0000,17

=iA

F = 97,000 psi

True strain = ln0i

l i =lniA

A0 = ln175.0196.0

= ln 1.12 = 0.113 5.4 การทดสอบความแขง (Hardness Testing) ความแขงของวสดเปนสมบตทางกลทสาคญอกอยางหนงของวสด ทจะบงบอกถง

กาลงวสด ความยากงายเมอถกแปรรป และความตานทานตอการกดใหเกดรอยบมบนผวของ

วสด สาหรบวสดทเปนโลหะแขง เปนคณสมบตทชใหเหนถงอาการตอบสอนงของโลหะตอ

กรรมวธทางกล (Mechanical treatment) หรอ กรรมวธทางความรอนทกระทาตอโลหะเพอ

ปรบปรงคณภาพของโลหะนน ๆ

การทดสอบความแขงมหลายวธ แตทนยมใชในงานอตสาหกรรมมดงน

1. การวดความแขงแบบปรเนล (Brinell hardness test) เปนการทดสอบโดยกดลก

บอลลเหลกกลาดวยแรง P ใหฝงลงไปบนผวงาน ภายในชวงเวลาทกาหนด หลงจากนนเอา

แรงออก รอยทลกบอลลฝงจมลงไปยงปรากฏทผวงาน ดงรปท 5.10

คาความแขงคดจากแรงกด P หารดวยพนทของผวโคงทบมลงไป

BHN = ⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ −− 22

2dDDD

P

π

Page 14: บทที่ 5 คุณสมบ ัติเชิงกลของโลหะ ......62 ภาพท 5.3 อ ตราส วนตามกฎของฮ ค 5.2.3 อ ตราส

71

เมอ P คอแรงกดทผวโลหะ (สวนมากเปน 3,000 กโลกรม)

D คอ เสนผาศนยกลางของหวบอลล (ปกตเปน 10 มลลเมตร)

d คอ เสนผาศนยกลางของรอยบมบนผวโลหะ

หนวยของ BHN จะเปน กก./ตร.ม. แตโดยทวไปไมนยมเขยนหนวยกากบ

ภาพท 5.12 แสดงเครองมอวดความแขงของรอคเวลและการใชหวเพชรวดความแขง

2. การวดความแขงแบบวกเกอร (Vicker hardness test) มตวกดเปนรปประมด ฐาน

สเหลยมจตรส ยอดประมด ทามม ระหวางดานตรงขาม 136 องศา หวประมดทาดวยกาก

เพชร แรงทใชกดมคาเปลยนแปลงไป ขนอยกบความแขงของโลหะทตองการวด คอ ตงแต 1 –

120 กโลกรม หลกการกเชนเดยวกน คอ ออกแรงกดหวประมตลงบนผวโลหะทสะอาด

ราบเรยบ จนเกดรอยบมบนผวโลหะเปนรปประมด( กดนานไมนอยกวา 30 วนาท) จากนนก

Page 15: บทที่ 5 คุณสมบ ัติเชิงกลของโลหะ ......62 ภาพท 5.3 อ ตราส วนตามกฎของฮ ค 5.2.3 อ ตราส

72

วดความยาวของเสนทะแยงมมของรอยบมซงมพนทภาคตดขวางเปนรปสเหลยมจตรส สมมต

วาวดได d1 มลลเมตร และในการหาคาความแขงแบบวกเกอรจะแทนคาในสตร

VHN = 2

1

72.1

d

p

หนวยของ VHN จะเปน กก./ตร.มม.

3. การวดความแขงแบบรอคเวล (Rockwell hardness test) การวดความแขงแบบรอ

คเวล เปนทนยมมากในปจจบน เพราะสามารถอานคาความแขงของโลหะจากเครองวดได

ทนท โดยไมตองคานวณภายหลงการทดสอบเหมอนวธขางตน การวดความแขงแบบนใช

ความลกของรอยบมทเกดจากการกดของหวกดแทนทจะวดพนทของรอยบมดงวธแบบอนดง

ไดกลาวมาแลว

การทดสอบแบบรอคเวลมหลายสเกลดงน

- สเกล A ใชหวกดเพชรรปกรวย แรงกด 50 กก. เหมาะกบวสดแขงและบาง

- สเกล B ใชหวลกบอลลเหลกกลาชบแขง (เสนผาศนยกลาง 1/16 นว) และแรงกด

100 กก. (minor 100 กก. major 90 กก.)

- สเกล C ใชเพชรรปกรวย เปนหวแรงกด 150 กก. (minor 10 กก. major 140 กก.

และนอกจากนยงมอกหลายสเกลแตไมคอยนยมใชกน แสดงดงตารางท 5.2 และม

เครองทดสอบพเศษสาหรบทดสอบความแขงของงานบางหรอ ผวงานทแขงแตบาง

4. การวดความแขงแบบ Knoop microhardness เปนการวดคาความแขงของานบาง

หรองานทมผวแขงบาง งานขนาดเลกหรอเมอตองการวกความแขงแตละเกรน เครองทดสอบ

ใชหวกดแบบเพชรรปประมด และใชแรงกดนอย ๆ (1 –200 กรม) และการจะหาคา KHN หา

ไดจากสตร

KHN = 22.14

lP

เมอ P เปนแรงกด, กรม

l ความยาวของเสนทแยงมม, ไมครอน

Page 16: บทที่ 5 คุณสมบ ัติเชิงกลของโลหะ ......62 ภาพท 5.3 อ ตราส วนตามกฎของฮ ค 5.2.3 อ ตราส

73

ตารางท 5.2 แสดงการวดความแขงแบบตาง ๆ

5.5 ความทนทาน และการทดสอบแบบกระแทก (Toughness and Impact Testing) - ความทนทาน (toughness)

หมายถงความทนทานตอการกระแทกและยดออกโดยไมหกงาย ๆ ของวสด

หรออาจกลาวไดวาเปนพลงงานทวสดสามารถรบไวไดทงหมดตงแตเรมถกแรงกระทาไปจนหก

ขาดซงหมายถงพนทไตกราฟทงหมดของ Stress-strain curve

- การทดสอบการกระแทก (Impact Test)

การทดสอบแบบนเพอวดพลงงานทจาเปนในการหกขาดของรอยบาก

มาตรฐาน (Standard notched) บนแทงวสด โดยภาระทกระทาเปนแบบ Impulse load และ

Page 17: บทที่ 5 คุณสมบ ัติเชิงกลของโลหะ ......62 ภาพท 5.3 อ ตราส วนตามกฎของฮ ค 5.2.3 อ ตราส

74

สงนคอการหาคาของความทนทานของรอยบากของวสด ภาพท 5.13 แสดงอปกรณทดสอบ

ความทนทานและรปทรงทางเรขาคณตของชนตวอยางสาหรบการทดสอบแบบกระแทก

มาตรฐาน ชนตวอยางทดสอบถกวางบนหนารบสองหนาทขนานกนลกตมทหนกถกปลอยจาก

ระดบความสงททราบคามากระแทกชนตวอยางจนหกกอนทจะแกวงขนตอไปจากคามวลของ

ลกตม และความตางของระดบความสงเรมตน และสดทาย พลงงานทใชการทาใหหกขาดหรอ

พลงงานรบไวโดยชนตวอยางกอนหกสามารถคานวณหาได

ภาพท 5.13 แสดงการทดสอบของเครองทดสอบแบบกระแทก

การทดสอบแบบกระแทกนรอยของการแตกหกอาจจะเปนแบบเปราะ หรอแบบ

เหนยวกได ถาเปนแบบเปราะ เมอสงเกตรอยแตกหกจะไมมการเกดการเปลยนรปอยางถาวร

(Plastic deformation) และจะมลกษณะเหมอนผลกตดอยตามผว

สวนรอยแตกหกแบบเหนยว ผวหนาจะมลกษณะเปนเสนใย (fibrous) และมกจะเกด

การเปลยนรปอยางถาวร หรอบางทอาจจะพบรอยแตกหกทมทง 2 ลกษณะปะปนกนอย

ชนดของรอยแตกหกขนอยกบสภาวะ และอณหภมของการทดสอบ สภาวะแรงความ

เคน, ความเรวในการใหแรง ซงสภาวะเหลานอาจทาใหโลหะบางชนดเปลยนสภาพจากโลหะ

เหนยว ไปเปนโลหะเปราะได

๕๕๕๕๕๕๕๕๕๕๕๕๕๕

Page 18: บทที่ 5 คุณสมบ ัติเชิงกลของโลหะ ......62 ภาพท 5.3 อ ตราส วนตามกฎของฮ ค 5.2.3 อ ตราส

หนงสออเลกทรอนกส

ฟสกส 1(ภาคกลศาสตร( ฟสกส 1 (ความรอน)

ฟสกส 2 กลศาสตรเวกเตอร

โลหะวทยาฟสกส เอกสารคาสอนฟสกส 1ฟสกส 2 (บรรยาย( แกปญหาฟสกสดวยภาษา c ฟสกสพศวง สอนฟสกสผานทางอนเตอรเนต

ทดสอบออนไลน วดโอการเรยนการสอน หนาแรกในอดต แผนใสการเรยนการสอน

เอกสารการสอน PDF กจกรรมการทดลองทางวทยาศาสตร

แบบฝกหดออนไลน สดยอดสงประดษฐ

การทดลองเสมอน

บทความพเศษ ตารางธาต)ไทย1) 2 (Eng)

พจนานกรมฟสกส ลบสมองกบปญหาฟสกส

ธรรมชาตมหศจรรย สตรพนฐานฟสกส

การทดลองมหศจรรย ดาราศาสตรราชมงคล

แบบฝกหดกลาง

แบบฝกหดโลหะวทยา แบบทดสอบ

ความรรอบตวทวไป อะไรเอย ?

ทดสอบ)เกมเศรษฐ( คดปรศนา

ขอสอบเอนทรานซ เฉลยกลศาสตรเวกเตอร

คาศพทประจาสปดาห ความรรอบตว

การประดษฐแของโลก ผไดรบโนเบลสาขาฟสกส

นกวทยาศาสตรเทศ นกวทยาศาสตรไทย

ดาราศาสตรพศวง การทางานของอปกรณทางฟสกส

การทางานของอปกรณตางๆ

Page 19: บทที่ 5 คุณสมบ ัติเชิงกลของโลหะ ......62 ภาพท 5.3 อ ตราส วนตามกฎของฮ ค 5.2.3 อ ตราส

การเรยนการสอนฟสกส 1 ผานทางอนเตอรเนต

1. การวด 2. เวกเตอร3. การเคลอนทแบบหนงมต 4. การเคลอนทบนระนาบ5. กฎการเคลอนทของนวตน 6. การประยกตกฎการเคลอนทของนวตน7. งานและพลงงาน 8. การดลและโมเมนตม9. การหมน 10. สมดลของวตถแขงเกรง11. การเคลอนทแบบคาบ 12. ความยดหยน13. กลศาสตรของไหล 14. ปรมาณความรอน และ กลไกการถายโอนความรอน15. กฎขอทหนงและสองของเทอรโมไดนามก 16. คณสมบตเชงโมเลกลของสสาร

17. คลน 18.การสน และคลนเสยง การเรยนการสอนฟสกส 2 ผานทางอนเตอรเนต

1. ไฟฟาสถต 2. สนามไฟฟา3. ความกวางของสายฟา 4. ตวเกบประจและการตอตวตานทาน 5. ศกยไฟฟา 6. กระแสไฟฟา 7. สนามแมเหลก 8.การเหนยวนา9. ไฟฟากระแสสลบ 10. ทรานซสเตอร 11. สนามแมเหลกไฟฟาและเสาอากาศ 12. แสงและการมองเหน13. ทฤษฎสมพทธภาพ 14. กลศาสตรควอนตม 15. โครงสรางของอะตอม 16. นวเคลยร

การเรยนการสอนฟสกสทวไป ผานทางอนเตอรเนต

1. จลศาสตร )kinematic) 2. จลพลศาสตร (kinetics) 3. งานและโมเมนตม 4. ซมเปลฮารโมนก คลน และเสยง

5. ของไหลกบความรอน 6.ไฟฟาสถตกบกระแสไฟฟา 7. แมเหลกไฟฟา 8. คลนแมเหลกไฟฟากบแสง9. ทฤษฎสมพทธภาพ อะตอม และนวเคลยร

ฟสกสราชมงคล