2103390 Mechanical Engineering Experimentation and Laboratory I

1. 2103390 Mechanical Engineering Experimentation and LaboratoryI LAB # 1 HARDNESS Section 6 Third Year, Semester 1, year 2009, ME Chula

2. 2103390 Mechanical Engineering Experimentation and LaboratoryI INTRODUCTION ก่อนที่จะเลือกวัสดุชนิดหนึ่งมาใช้ในกระบวนการผลิต ผู้ผลิตควรรู้คุณสมบัติของวัสดุนั้นอย่างละเอียด ซึ่งหนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญก็คือ ค่าความแข็ง (Hardness) : ความต้านทานต่อการกดเจาะ หรือความทนทานต่อการขูดขีด โดยวิธีวัดความแข็งสามารถทำได้หลายวิธี แต่ที่เป็นที่นิยม คือ Rockwell Hardness Test นอกจากนี้ เราสามารถเพิ่มค่าความแข็งให้กับโลหะหลายชนิดด้วยกระบวนการทางความร้อน LABORATORY No. 1 : HARDNESS : Section 6

3. 2103390 Mechanical Engineering Experimentation and LaboratoryI OBJECTIVES 1. เพื่อศึกษา ทำการวัดและเปรียบเทียบค่าความแข็งของวัสดุทดสอบ 3 ชนิด โดยการทดสอบค่าความแข็งมาตรฐานแบบ Rockwell 2. เพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงค่าความแข็งของวัสดุทดสอบ 3 ชนิด หลังจากผ่านการอบ และชุบแข็ง LABORATORY No. 1 : HARDNESS : Section 6

4. 2103390 Mechanical Engineering Experimentation and LaboratoryI PRINCIPLE of HARDNESS TEST Definition of Hardness Test เป็นการวัดความต้านทานของวัสดุต่อการกดให้เป็นรอยบุ๋ม (indentation) โดยการนำเอาวัสดุชนิดหนึ่งมากดลงบนผิวของวัสดุอีกชนิดหนึ่ง ซึ่งถ้าสามารถกดให้เป็นรอยบุ๋มได้ลึก แสดงว่าวัสดุนั้นมีความแข็งต่ำ LABORATORY No. 1 : HARDNESS : Section 6

5. 2103390 Mechanical Engineering Experimentation and LaboratoryI PRINCIPLE of HARDNESS TEST ROCKWELL HARDNESS TEST เป็นการวัดค่าความลึกจากรอยกดที่ผิวชิ้นงาน ค่าที่อ่านได้จากสเกล คือ ความลึกของรอยกด โดย 1 สเกล มีค่าเท่ากับ 0.02 ไมครอนมีการกดสองขั้น ขั้นแรกกดด้วย minor load = 10 kg ขั้นที่สองคือ major load ซึ่งขึ้นกับสเกลที่เลือกใช้ ♠ Rockwell Scale B ใช้ทดสอบโลหะอ่อนเหนียวปานกลาง หัวเจาะรูปบอล 1.6 mm ภาระ 100 กิโลกรัม ค่าที่ยอมรับได้อยู่ในช่วง 35-100 HRB ♠ Rockwell Scale C ใช้ทดสอบโลหะแข็ง หัวเจาะเพชรรูปกรวย ภาระ 150 กิโลกรัม ค่าที่ยอมรับได้อยู่ในช่วง 20-80 HRC LABORATORY No. 1 : HARDNESS : Section 6

6. 2103390 Mechanical Engineering Experimentation and LaboratoryI ROCKWELL HARDNESS TESTER • MODEL : AVERY type 6402 • Hardness Tester Rockwell Standard • Scale B,C available LABORATORY No. 1 : HARDNESS : Section 6

7. 2103390 Mechanical Engineering Experimentation and LaboratoryI DIAGRAM of EXPERIMENT SETUP • หาความหนาแน่นของวัสดุทั้ง 3 ชนิด เพื่อนำมาวิเคราะห์ว่าเป็นวัสดุชนิดใด • จัดเตรียมวัสดุเพื่อทดสอบความแข็ง โดยการขัดผิวทดสอบให้เรียบเป็นมันเงาด้วย hand grinding • ทำการกำหนดตำแหน่งที่จะใช้ทดสอบบนผิว โดยควรมีระยะห่างระหว่างรอยกดและจากขอบชิ้นงานอย่างน้อย 3 mm • ทำการ calibration เครื่องทดสอบความแข็ง • วัดค่าความแข็งของชิ้นทดสอบทั้ง 3 ชนิดด้วยมาตรฐาน Rockwell จำนวน 5 ครั้ง แล้วบันทึกค่าที่ได้ • นำชิ้นทดสอบทั้ง 3 ชิ้นไปชุบแข็ง แล้วนำไปทดสอบความแข็งตามข้อ 4-5 อีกครั้ง • หาค่า uncertainty ของข้อมูล • เปรียบเทียบค่าความแข็งของวัสดุแต่ละชนิด ก่อนและหลังการอบชุบด้วยความร้อน ** หากข้อมูลวัดจากสเกลที่ต่างกัน ต้องมีการแปลงให้อยู่ในสเกลเดียวกัน เพื่อใช้ในการเปรียบเทียบค่า (ตารางแปลงสเกลอยู่ในภาคผนวก) LABORATORY No. 1 : HARDNESS : Section 6

8. 2103390 Mechanical Engineering Experimentation and LaboratoryI MATERIAL ANALYSIS via density เปรียบเทียบค่าความหนาแน่นที่ได้กับคุณสมบัติของโลหะจากอินเตอร์เน็ต ทำให้เราสามารถตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับชนิดของเหล็กได้ดังตาราง สำหรับเหล็ก อาจารย์ชินเทพได้แนะนำให้ใช้อุณหภูมิอบที่ 800OC ซึ่งจากตารางเหล็กของผู้ผลิต บริษัท กรุงเทพเหล็กกล้า จำกัด เราสมมติให้เป็นเหล็กแบบ AISI C1049 LABORATORY No. 1 : HARDNESS : Section 6

9. EXPERIMENT RESULT 2103390 Mechanical Engineering Experimentation and LaboratoryI NOTE 1.Hardness values are interpreted @ 95% confidence 2.All units are Rockwell Scale B (HRB) 3. After hardening, from graph we got Hardness of Al decrease 56.7% Hardness of Brass increase 1.4% Hardness of Steel increase 16.6% LABORATORY No. 1 : HARDNESS : Section 6

10. 2103390 Mechanical Engineering Experimentation and LaboratoryI DISCUSSION ในกรณีของเหล็ก เมื่อให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 800 องศาเซลเซียส จากนั้นลดอุณหภูมิลงอย่างรวดเร็ว เหล็กจะมีโครงสร้างแบบ Pearliteซึ่งเป็นโครงสร้างที่มีขนาดของเนื้อเกรนเล็กและหนาแน่นมาก เนื่องจากขอบเกรนมีความแข็งแรงมากกว่าเนื้อเกรน ดังนั้น เราจึงสรุปได้ว่า เหล็กที่ผ่านกระบวนการนี้มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้น ซึ่งสอดคล้องกับการทดลองที่ได้ค่าความแข็งมากขึ้น 16.6% LABORATORY No. 1 : HARDNESS : Section 6

11. 2103390 Mechanical Engineering Experimentation and LaboratoryI DISCUSSION ในกรณีของทองเหลืองการใช้งานทั่วไปจะมี Zn<30% จาก phase diagram ในช่วงอุณหภูมิ 200 - 1000 oC เป็น phase เดียวกัน จากการที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างระดับจุลภาค ทำให้ค่าความแข็งไม่เปลี่ยนแปลงหรือเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย สอดคล้องกับผลการทดลองที่ได้ คือค่าความแข็งเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเพียง 1.4% LABORATORY No. 1 : HARDNESS : Section 6

12. 2103390 Mechanical Engineering Experimentation and LaboratoryI DISCUSSION ในกรณีของอลูมิเนียมหลังทำการชุบแข็ง พบว่าค่าความแข็งของอลูมิเนียมลดลงถึง 56.65 % ซึ่งสาเหตุนั้นเป็นไปได้ 2 กรณี คือ 1.ตามหลักการชุบแข็งอลูมิเนียมผสมนั้นต้องทำเป็นสองขั้นตอน คือ ขั้นตอนแรกอบอลูมิเนียมผสมให้ได้โครงสร้างสภาพเดียว (Phase สภาพเดียว) แล้วชุบให้ คงสภาพเดียวนั้นไว้ ขั้นที่สองต้องนำอลูมิเนียมที่ชุบแล้วมาอบให้ร้อนอีกครั้งหนึ่ง ให้ร้อนเหนืออุณหภูมิห้องจึงจะทำให้อลูมิเนียมแข็งขึ้น แต่เราทำการชุบแข็งอลูมิเนียมเพียงขั้นตอนเดียว จึงสามารถสรุปได้ว่าการทดลองครั้งนี้ ไม่ถูกต้องตามหลักการชุบแข็งของอลูมิเนียม 2.อลูมิเนียมที่ใช้ในการทดลองอาจเป็นประเภทที่ไม่สามารถชุบแข็งได้ ค่าความแข็งจากการทดลองนี้ จึงไม่เพิ่มขึ้น LABORATORY No. 1 : HARDNESS : Section 6

13. 2103390 Mechanical Engineering Experimentation and LaboratoryI CONCLUSION LABORATORY No. 1 : HARDNESS : Section 6

14. 2103390 Mechanical Engineering Experimentation and LaboratoryI Q&A LABORATORY No. 1 : HARDNESS : Section 6