- ▸เครื่องทดสอบความแข็ง Shore HS วัดคาร์บอนกราไฟต์โดยมีค่าความคลาดเคลื่อนซ้ำ ±2 HS เหมาะสำหรับการทดสอบภาคสนามอย่างรวดเร็ว แต่ได้รับผลกระทบอย่างมากจากเทคนิคของผู้ปฏิบัติงาน
- ▸เครื่องทดสอบความแข็ง Rockwell HRA มีค่าความคลาดเคลื่อนซ้ำ ±0.5 HRA เหมาะสำหรับการวัดในห้องปฏิบัติการที่แม่นยำ เป็นวิธีที่นิยมใช้สำหรับการควบคุมคุณภาพคาร์บอนกราไฟต์
- ▸การทดสอบความแข็ง Brinell HB มีรอยกดขนาดใหญ่ (เส้นผ่านศูนย์กลาง 1-2 มม.) ไม่เหมาะสำหรับแหวนซีลกราไฟต์ผนังบาง ใช้ได้เฉพาะกับการตรวจสอบวัตถุดิบก้อนเท่านั้น
- ▸Shore D ใช้กับคาร์บอนกราไฟต์ที่อัดซึมด้วยเรซินที่มีความแข็งต่ำกว่า (HS 30-50) โดยช่วงการวัดเสริมกับ Shore HS
ความแข็งของวัสดุคาร์บอนกราไฟต์เป็นตัวชี้วัดสำคัญของความต้านทานการสึกหรอ ความแข็งแรงภายใต้แรงอัด และความสามารถในการกลึง ซึ่งส่งผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานและความน่าเชื่อถือของซีล ในระบบการควบคุมคุณภาพของ Huahao Sealing Co., Ltd. (霍邱县华豪密封件有限公司) การทดสอบความแข็งเป็นรายการตรวจสอบบังคับสำหรับแหวนซีลคาร์บอนกราไฟต์ทุกล็อตก่อนส่งมอบ อย่างไรก็ตาม วิธีการทดสอบความแข็งแต่ละแบบมีความแตกต่างอย่างมากในด้านความแม่นยำ ขอบเขตการใช้งาน และข้อกำหนดในการปฏิบัติงาน บทความนี้เปรียบเทียบอย่างเป็นระบบของสี่วิธีทดสอบความแข็งที่ใช้บ่อยกับวัสดุคาร์บอนกราไฟต์ เพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับวิศวกรในการเลือกวิธีทดสอบที่เหมาะสม
1. การทดสอบความแข็ง Shore HS
1.1 หลักการทดสอบและอุปกรณ์
ความแข็ง Shore (Shore Scleroscope) เป็นวิธีทดสอบความแข็งแบบเด้งกลับ โดยใช้ค้อนที่ปลายหัวเพชรปล่อยตกอย่างอิสระจากความสูงที่กำหนด และวัดความสูงของการเด้งกลับเป็นค่าความแข็ง เครื่องทดสอบความแข็ง Shore มีสองประเภท คือ แบบ C (อ่านค่าด้วยตา) และแบบ D (แสดงผลดิจิทัล) Huahao Sealing Co., Ltd. ใช้เครื่องทดสอบความแข็ง Shore HS-19D แบบดิจิทัล
1.2 การประยุกต์ใช้ในการทดสอบคาร์บอนกราไฟต์
ความแข็ง Shore ของคาร์บอนกราไฟต์โดยทั่วไปอยู่ในช่วง HS 40-80 คาร์บอนกราไฟต์บริสุทธิ์ประมาณ HS 40-55 คาร์บอนกราไฟต์ที่อัดซึมด้วยเรซินประมาณ HS 50-65 คาร์บอนกราไฟต์ที่อัดซึมด้วยแอนติโมนีประมาณ HS 65-80 และคาร์บอนกราไฟต์ที่อัดซึมด้วยบาบบิทประมาณ HS 60-75 ข้อดีของการทดสอบ Shore คือความรวดเร็วในการทดสอบ การทดสอบแบบไม่ทำลาย และอุปกรณ์พกพา เหมาะสำหรับการทดสอบภาคสนามอย่างรวดเร็วและการตรวจสอบผลิตภัณฑ์จำนวนมาก
1.3 ความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำ
ค่าความคลาดเคลื่อนซ้ำของความแข็ง Shore อยู่ที่ประมาณ ±2 HS ซึ่งได้รับผลกระทบหลักจากปัจจัยดังนี้: ความหยาบผิวของชิ้นงาน (แนะนำ Ra <1.6 μm), ความหนาของชิ้นงาน (แนะนำมากกว่า 5 มม.), เทคนิคของผู้ปฏิบัติงาน (ความตั้งฉากของค้อน) และความเรียบของพื้นผิวรองรับชิ้นงาน ผู้ปฏิบัติงานแต่ละคนอาจทำให้เกิดความแตกต่าง 3-5 HS ดังนั้นจึงไม่แนะนำให้ใช้เป็นเกณฑ์การยอมรับเพียงอย่างเดียว
2. การทดสอบความแข็ง Rockwell HRA
2.1 หลักการทดสอบและอุปกรณ์
ความแข็ง Rockwell ใช้หัวกดรูปกรวยเพชรกดลงบนผิวชิ้นงานภายใต้แรงทดสอบเริ่มต้น 10 กก.ฟ. และแรงทดสอบรวม 60 กก.ฟ. (สเกล HRA) โดยคำนวณความแข็งจากความลึกของรอยกด Huahao Sealing Co., Ltd. ใช้เครื่องทดสอบความแข็ง Rockwell ดิจิทัลรุ่น HR-150A
2.2 การประยุกต์ใช้ในการทดสอบคาร์บอนกราไฟต์
ความแข็ง Rockwell ของคาร์บอนกราไฟต์โดยทั่วไปอยู่ในช่วง HRA 40-90 การทดสอบ Rockwell มีรอยกดขนาดเล็ก (ความลึกประมาณ 0.02-0.2 มม.) ทำให้เกิดความเสียหายต่อชิ้นงานน้อย เหมาะสำหรับการตรวจสอบแหวนซีลที่ผ่านการผลิตแล้ว ช่วงการวัดของสเกล HRA ครอบคลุมความแข็งทั้งหมดของคาร์บอนกราไฟต์ จึงเป็นวิธีที่แนะนำสำหรับการควบคุมคุณภาพคาร์บอนกราไฟต์
2.3 ความแม่นยำและความสามารถทำซ้ำ
ค่าความคลาดเคลื่อนในการทำซ้ำของความแข็ง Rockwell HRA อยู่ที่ประมาณ ±0.5 HRA ซึ่งดีกว่าการทดสอบ Shore อย่างมีนัยสำคัญ ปัจจัยที่มีผลต่อผลการทดสอบ ได้แก่ ความหยาบผิวชิ้นงาน (แนะนำ Ra <0.8 μm) ความหนาของชิ้นงาน (แนะนำมากกว่า 1.5 มม.) สภาพหัวกด และอุณหภูมิแวดล้อม ความสม่ำเสมอของผลทดสอบโดยผู้ปฏิบัติงานคนเดียวภายใต้เงื่อนไขเดียวกันสามารถสูงกว่า 95%
3. การทดสอบความแข็ง Brinell HB
3.1 หลักการทดสอบและอุปกรณ์
ความแข็ง Brinell ใช้หัวกดเป็นลูกเหล็กหรือลูกคาร์ไบด์กดลงบนผิวชิ้นงานภายใต้แรงทดสอบที่กำหนด ค้างไว้เป็นเวลาหนึ่ง จากนั้นปลดแรงกด วัดเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยกดเพื่อนำมาคำนวณความแข็ง เงื่อนไขการทดสอบทั่วไปคือ แรงกด 15.625 กก.ฟ. ลูกกดขนาด 2.5 มม. และเวลาค้าง 30 วินาที
3.2 การประยุกต์ใช้ในการทดสอบคาร์บอนกราไฟต์
ความแข็ง Brinell ของคาร์บอนกราไฟต์อยู่ในช่วงประมาณ HB 15-60 (เทียบเท่า HS 40-80) การทดสอบ Brinell มีรอยกดขนาดใหญ่ (เส้นผ่านศูนย์กลาง 1-2 มม.) ซึ่งสะท้อนลักษณะความแข็งระดับมาโครของวัสดุ ผลการทดสอบได้รับผลกระทบน้อยจากความไม่สม่ำเสมอของวัสดุในระดับท้องถิ่น
3.3 ข้อจำกัด
ข้อจำกัดหลักของการทดสอบ Brinell คือรอยกดขนาดใหญ่ ไม่เหมาะสำหรับแหวนซีลที่มีผนังบาง (ความหนาน้อยกว่า 5 มม.) และการตรวจสอบชิ้นงานขนาดเล็ก นอกจากนี้ การทดสอบ Brinell ใช้เวลานาน (ประมาณ 2 นาทีต่อจุดทดสอบ) จึงไม่เหมาะสำหรับการทดสอบออนไลน์ในล็อตขนาดใหญ่ ความแข็ง Brinell ใช้เป็นหลักสำหรับการตรวจรับวัตถุดิบและการประเมินสมรรถนะของวัสดุกราไฟต์จำนวนมาก
4. การทดสอบความแข็ง Shore D
4.1 หลักการทดสอบและอุปกรณ์
ความแข็ง Shore (Shore D) ใช้หัวกดรูปกรวยที่มีสปริงกด วัดความลึกของหัวกดที่แทรกเข้าไปในชิ้นงาน สเกล Shore D เหมาะสำหรับพลาสติก ความแข็งต่ำ ยาง และวัสดุโลหะอ่อน
4.2 การประยุกต์ใช้ในการทดสอบคาร์บอนกราไฟต์
Shore D ใช้สำหรับคาร์บอนกราไฟต์ที่อัดซึมด้วยเรซินซึ่งมีความแข็งต่ำ (HS 30-50 เทียบเท่า Shore D 60-80) สำหรับคาร์บอนกราไฟต์ที่อัดซึมด้วยโลหะซึ่งมีความแข็งสูง ความแม่นยำของการทดสอบ Shore D ลดลงและไม่แนะนำ ข้อดีของ Shore D คืออุปกรณ์พกพาได้และใช้งานง่าย เหมาะสำหรับการทดสอบภาคสนามอย่างรวดเร็ว
4.3 ความแม่นยำและความสามารถทำซ้ำ
ค่าความคลาดเคลื่อนในการทำซ้ำของ Shore D อยู่ที่ประมาณ ±2 Shore D ซึ่งเทียบเท่ากับ Shore HS ปัจจัยที่มีผลต่อผลการทดสอบ ได้แก่ สภาพผิวชิ้นงาน ความหนา (แนะนำมากกว่า 4 มม.) และความเร็วในการกดของผู้ปฏิบัติงาน แนะนำให้ทดสอบ 5 จุดต่อชิ้นงานและนำผลเฉลี่ยมาใช้
5. การเปรียบเทียบวิธีการและคำแนะนำในการเลือกใช้
5.1 การเปรียบเทียบโดยรวม
- การจัดอันดับความแม่นยำ: Rockwell HRA (±0.5) > Brinell HB (±1) > Shore HS (±2) ≈ Shore D (±2)
- การจัดอันดับความเร็วในการทดสอบ: Shore HS > Shore D > Rockwell HRA > Brinell HB
- การจัดอันดับความเสียหายของตัวอย่าง: Brinell HB (มากที่สุด) > Rockwell HRA > Shore D ≈ Shore HS (น้อยที่สุด)
5.2 คำแนะนำในการเลือกใช้
- การวัดความแม่นยำในห้องปฏิบัติการและการควบคุมคุณภาพ: Rockwell HRA (แนะนำ)
- การทดสอบภาคสนามอย่างรวดเร็วและการตรวจสอบล็อตใหญ่: Shore HS
- การตรวจรับวัตถุดิบ: Brinell HB
- คาร์บอนกราไฟต์ที่อัดซึมด้วยเรซินที่มีความแข็งต่ำ: Shore D
6. ข้อควรระวังในการทดสอบ
6.1 การเตรียมตัวอย่าง
พื้นผิวทดสอบควรถูกกลึง CNC ให้มีค่า Ra ต่ำกว่า 0.8 μm (Rockwell) หรือ Ra ต่ำกว่า 1.6 μm (Shore) โดยต้องกำจัดชั้นออกไซด์และคราบน้ำมันออกให้หมด ความหนาของตัวอย่างควรมากกว่าความลึกของรอยบุ๋มอย่างน้อย 10 เท่า เพื่อป้องกันการเสียรูปของตัวอย่างที่อาจส่งผลต่อผลการทดสอบ
6.2 การควบคุมสภาพแวดล้อม
อุณหภูมิของสภาพแวดล้อมในการทดสอบควรถูกควบคุมให้อยู่ที่ 20±5℃ โดยมีความชื้นสัมพัทธ์ต่ำกว่า 70% วัสดุคาร์บอนกราไฟต์มีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ โดยความแข็งจะเปลี่ยนแปลงประมาณ 0.5-1 HS ต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ 10℃
6.3 การสอบเทียบอุปกรณ์
เครื่องทดสอบความแข็งควรได้รับการสอบเทียบทุก 3 เดือนโดยใช้บล็อกมาตรฐานความแข็ง Huahao Sealing Co., Ltd. ใช้บล็อกมาตรฐานความแข็งคาร์บอนกราไฟต์ที่ได้รับการรับรองจากสถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติ (HS 55±1 และ HS 70±1)
บทสรุป
การทดสอบความแข็งเป็นส่วนสำคัญของการควบคุมคุณภาพวัสดุคาร์บอนกราไฟต์ วิธีการทดสอบแต่ละแบบมีข้อดีและข้อจำกัดต่างกัน วิศวกรควรเลือกวิธีที่เหมาะสมตามวัตถุประสงค์การทดสอบ สภาพตัวอย่าง และความต้องการความแม่นยำ ห้องปฏิบัติการควบคุมคุณภาพของ Huahao Sealing Co., Ltd. มีอุปกรณ์ทดสอบความแข็งครบครันและพร้อมให้บริการทดสอบความแข็งและให้คำปรึกษาทางเทคนิค สำหรับการทดสอบความแข็งหรือการวิเคราะห์สมรรถนะวัสดุ กรุณาติดต่อฝ่ายควบคุมคุณภาพของเรา