บทท 2 สมบตของวสด

ปจจบนความเจรญกาวหนาทางดานวทยาศาสตรและเทคโนโลยสงผลทำาใหวสดมสมบตและประสทธภาพสงมากยงขน ซงสมบตของวสดเกดจากการเปลยนแปลงสวนผสมทางเคม โครงสรางของวสด โครงสรางผลกและขนาดของเมดเกรนตาง ๆ ในวสดเกดการเปลยนแปลง ในการเลอกใชวสดวศวกรตองมความรความเขาใจเกยวกบสมบตของวสดแตละชนดเปนอยางด ทจะเลอกนำามาใชใหเกดประสทธภาพสงสดในการใชงาน การตดสนใจเลอกใชวสดแตละชนดนน จงมความสำาคญเปนอยางยง ดงนนการพจารณาสมบตของวสดในการผลตเครองจกรกลหรอโครงสรางตาง ๆ ลวนทำาการสรางและประกอบดวยวสดทหลากหลายชนดเขาดวยกน ซงโครงสรางชนสวนตาง ๆ จะทำาหนาทแตกตางกนทจะรบแรงทมากระทำาอยางเชน แรงดง แรงอด แรงเฉอน แรงบด เปนตน รวมทงผลกระทบทมตอสมบตของวสดอนไดแก การกดกรอน การสกหรอ ความรอน ความเยน เปนตน ทงนกเพอประโยชนแกผทจะนำาวสดตาง ๆ ไปใชงานใหไดตามสมบตของวสดทตองการ ดงนนจงจำาเปนตองเรยนรถงสมบตของวสดในเรองทเกยวของกบสมบตของวสด สมบตทางกลของวสด การทดสอบวสด และความเสยหายของวสด เปนตน

สมบตของวสด

วสดเปนสารเคมทมองคประกอบของสงตาง ๆ หรอททำาขน เพอชวยใหความเปนอยของมนษยดขน ซงวสดทงหลายทอยรอบ ๆ ตวเราตางกผลตขนมาจากวสดชนดตาง ๆ เชน คอนกรต แกว เซรา

44

มก เหลกกลา ทองแดง กาว และอฐ หรออาจเกดขนเองจากธรรมชาต เชน โครงสรางทางเคมของไมเปนโพลเมอรทตนไมสรางขนเอง สวนพลาสตกทเราใชในชวตประจำาวนเปนโพลเมอรทผานการสงเคราะหขนมาโดยมนษยสามารถสมผสได และมสมบตเฉพาะตว ทางฟสกส ทางเคม ไฟฟา หรอสมบตทางกลแตกตางกน ในการพจารณาเลอกวสด เพอนำามาใชงานในลกษณะตาง ๆ จำาเปนจะตองทราบถงสมบตของวสด เพอใหไดวสดทเหมาะสมกบสภาพงาน นน ๆ สมบตของวสดทควรจะตองนำามาพจารณามดงน (กว หวงนเวศนกล, 2556, หนา 18)

1. สมบตทางกายภาพ (Physical properties) เปนสมบตเฉพาะของวสดทเกยวกบ การเกดปฏกรยาของวสดตอพลงงานทมากระทำาในรปตาง ๆ กน เชน จดหลอมเหลว ความรอน สนามแมเหลกหรอสนามไฟฟา การสะทอนของผว การสะทอนของเสยง ความหนาแนน ลกษณะของส เปนตน

2. สมบตทางเคม (Chemical properties) เปนสมบตทใชบอกถงลกษณะเฉพาะตว ทเกยวกบโครงสรางและองคประกอบของธาตตาง ๆ ของวสดนน ๆ เชน สวนผสม โครงสรางจลภาค โครงสรางผลก เฟส ความสามารถตานทานการกดกรอน นำาหนกโมเลกล เปนตน

3. สมบตทางกล (Mechanical properties) เปนสมบตเฉพาะตวของวสดแตละชนด ทถกกระทำาดวยแรงและตอบสนองตอแรง เชน ความตานทานตอแรงดง ความตานทานตอแรงอด ความตานทานตอแรงเฉอน ความเหนยว ความแขง การลา การคบ เปนตน

45

4. สมบตทางไฟฟา (Electrical properties) เปนสมบตเฉพาะตวของวสด เมอมสนามไฟฟาจากภายนอกมากระทำาตอวสด จะมกระแสไฟฟาในเนอวสด ซงจะเกดจากการเคลอนตวของอนภาคทมประจไฟฟา อนภาคทมประจบวกจะถกเรงไปในทศทางเดยวกบสนามแมเหลก สวนอนภาคทมประจลบจะไปในทศทางตรงกนขาม ในวสดของแขงสวนใหญ กระแสไฟฟาจะเกดจากการเคลอนตวของอเลกตรอน จงเรยกวาเปนการนำาไฟฟาโดยอเลกตรอน สำาหรบวสดไอออนกหรอวสดทประกอบดวยไอออ การเคลอนตวของไอออทมประจจะทำาใหเกดกระแสไฟฟา ซงเราเรยกวาเปนการนำาไฟฟาโดยไอออ (สวนชย พงษสกจวฒนและคณะ, 2548, หนา 565)

5. สมบตทางความรอน (Thermal properties) เปนสมบตเฉพาะตวของวสด ในการตอบสนองของวสดทใชกบความรอน ขณะทของแขงดดซบพลงงานในรปของความรอน อณหภมของวสดจะเพมขนและขนาดจะใหญขน ดงนนพลงงานอาจถกถายเทไปสบรเวณของวสดทเยนกวา เมอมความแตกตางของอณหภมระหวางสองบรเวณและในทสดวสดอาจจะหลอมเหลว ความจความรอน การขยายตวเชงความรอน และความนำาความรอนเปนสมบตสำาคญในการใชงานของแขง

6. สมบตทางแมเหลก (Magnetic properties) เปนสมบตเฉพาะตวของวสด ความเปนแมเหลกเปนปรากฏการณทวสดแสดงแรงดดหรอผลกกบวสดอน ๆ ตามหลกพนฐานและกลไก ซงอปกรณทใชในปจจบนตางกมพนฐานอยบนความเปนแมเหลกและวสดแมเหลก อยางไรกตามคงไมเปนทรกนอยางกวางขวางนกวาวสดทกชนดลวนแสดงปฏกรยาตอสนามแมเหลกไมวาจะมากหรอนอยกตาม

7. สมบตทางแสง (Optical properties) เปนสมบตเฉพาะตวของวสด ซงสมบตของแสงของวสดของแขง เกดจากการ

46

ตอบสนองของวสดนนตอคลนแมเหลกไฟฟาทมความยาวคลนในชวงแสงขาวเกดปรากฏการณเชน การหกเห การสะทอน การดดซบ และการสองผานของแสง เปนตน

สำาหรบการเลอกใชวสดในงานวศวกรรมนน สมบตประการแรกทเราควรจะตอง ทำาการพจารณา ไดแก สมบตทางกลของวสด โดยวสดทจะนำามาใชงานนนจำาเปนทจะตองม ความแขงแรง ความยดหยน ความเหนยวเพยงพอตอการทจะนำาไปใชงานนน ๆ ซงสมบตเหลานลวนเปนสมบตทางกลทงสน ซงสมบตทางกลนไดผานการทดสอบดวยเครองมอมาตรฐานจากการทดสอบ สำาหรบชนสวนของวสดทผานการทดสอบมาตรฐานมาแลวสามารถใหความเชอถอได ซงการทดสอบสมบตทางกลของวสดสามารถแบงตามลกษณะของแรงทมากระทำาจากการทดสอบแบงออกเปน 3 ชนดดงน (ณรงคศกด ธรรมโชต, 2558, หนา 90)

1. แรงสถต (Static load) หมายถง แรงกระทำาตอวสดขณะวสดอยนง เชน การทดสอบแรงดง

2. แรงสลบ (Cyclic load) หมายถง แรงกระทำาตอวสดทมขนาดแตกตางกนและ ทำาซำา ๆ เชน การทดสอบความลา

3. แรงกระแทก (Impact load) หมายถง แรงกระทำากบวสดอยางรวดเรวในทนททนใด เชน การทดสอบแรงกระแทก

จะเหนไดวา สมบตของวสด ซงวสดเปนสารเคมทมองคประกอบของสงตาง ๆ ททำาขน หรออาจเกดขนเองจากธรรมชาต โดยมนษยสามารถสมผสได และมสมบตเฉพาะตว ทางฟสกส ทางเคมไฟฟา หรอสมบตทางกลแตกตางกน โดยเฉพาะอยางยงสมบตประการแรกทเราควรจะตองทำาการพจารณา อนไดแก สมบตทางกลของวสด โดยวสดทจะนำามาใชงานนนจำาเปน ทจะตองมความแขงแรง ความยดหยน ความเหนยวเพยงพอตอการทจะนำาไปใชงานนน ๆ ซงสมบตเหลานลวนเปนสมบตทางกลทง

47

สนและไดผานการทดสอบดวยเครองมอมาตรฐาน จากการทดสอบวสดทมความเชอถอจากองคกรทไดรบการรบรองมาตรฐานสากล สมบตทางกลของวสด

วสดเมอถกแรงภายนอกมากระทำา จะทำาใหเกดการเปลยนแปลงรปขน ซงในการเปลยนแปลงรปรางของวสดทถกกระทำานนสามารถแบงออกเปน 2 แบบคอ การเปลยนรปอยางยดหยน (Elastic deformation) เกดขนกบวสดเมอเราใหแรงกระทำาแลววสดเกดการเปลยนรป หรอขนาด และเมอเราปลอยแรงกระทำาวสดจะกลบสสภาพเดม หรอกลบสขนาดปกตเหมอนเดมกอนทจะรบแรง เชน การดงหนงยางใหยดออกแลวปลอยแรงหนงยางจะกลบสสภาพเดม และการเปลยนรปอยางถาวร (Plastic deformation) เกดขนกบวสดรบแรงแลวเกดการเปลยนรปหรอเปลยนขนาดจากเดมไป และเมอปลอยแรงกระทำาวสดจะไมกลบสสภาพเดมหรอกลบสสภาพเดมไดไมครบ 100 % เชน การดดลวดโลหะใหเปนรปรางตาง ๆ (ณรงคศกด ธรรมโชต, 2558, หนา 91)

1. ความเคน (Stress) หมายถงแรงตานทานภายในเนอวสดทพยายามตานทานแรงภายนอกทมากระทำา เพอไมใหเกดการเปลยนรปไปจากเดม แรงทมากระทำาจะถกกระจายไปอยางสมำาเสมอตลอดพนทหนาตดของวสด ถาแบงตามลกษณะของแรงทมากระทำาตอวสด จะทำาใหเกดความเคนขน 3 ลกษณะดงน ความเคนแรงดง ความเคนแรงอด ความเคนแรงเฉอน ซงความเคนแรงดงกบความเคนแรงอดจะรบทมากระทำาในทศทางตงฉากกบพนทหนาตด สวนความเคนแรงเฉอน แรงทมากระทำาจะขนานกบพนทหนาตด (ณรงคศกด ธรรมโชต, 2556, หนา 58)

48

(ก) (ข) (ค)

ภาพท 2.1 (ก) วสดรบแรงดง (ข) วสดรบแรงอด (ค) วสดรบแรงเฉอน ทมา : ณรงคศกด ธรรมโชต, 2556, หนา 59

1.1 ความเคนแรงดง (Tensile stress) ลกษณะของแรงทกระทำาแรงดงเราสามารถ หาความเคนทเกดขนได โดยคดเปนอตราสวนระหวางแรงกระทำาตอพนทหนาตดดงสมการ (สระเชษฐ รงวฒนพงษ, 2541, หนา 11)

σt = FA ….1

เมอ σt = ความเคนแรงดงทเกดขน F = แรงดงทกระทำากบพนทหนาตด A = พนทหนาตดขวางทถกแรงกระทำา

1.2 ความเคนแรงอด (Compressive stress) ลกษณะของแรงทกระทำาแรงอดเราสามารถหาความเคนทเกดขนได โดยคดเปนอตราสวนระหวางแรงกระทำาตอพนทหนาตดดงสมการ

49

σc = FA ….2

เมอ σc = ความเคนแรงอดทเกดขน F = แรงอดทกระทำากบพนทหนาตด A = พนทหนาตดขวางทถกแรงกระทำา

1.3 ความเคนแรงเฉอน (Shear stress) ลกษณะของแรงทกระทำาตอพนทหนาตด ทขนานกบแนวแรงดงสมการ

τ = FA ….3

เมอ τ = ความเคนแรงเฉอนทเกดขน F = แรงเฉอนทกระทำากบพนทหนาตด A = พนทหนาตดขนานกบแรง

2. ความเครยด (Strain) หมายถง การเปลยนรปรางของวสดเมอมแรงมากระทำา โดยแบงเปนความเครยดยดหยน ความเครยดถาวร ซงความเครยดยดหยน เกดขนกบวสดเมอเราใหแรงกระทำาแลววสดเกดการเปลยนรปหรอขนาด และเมอเราปลอยแรงกระทำา วสดจะกลบสสภาพเดม หรอกลบสขนาดปกตเหมอนเดมกอนทจะรบแรง สวนความเครยดถาวร เกดขนกบวสดรบแรงแลวเกดการเปลยนรปหรอเปลยนขนาดจากเดมไป และเมอปลอยแรงกระทำา วสดจะไมกลบส สภาพเดม การหาความเครยดทางวศวกรรม จากอตราสวนของขนาดทเปลยนแปลงไปตอขนาดเดม โดยแบงตามลกษณะแรงทกระทำาได 2 แบบคอ ความเครยดเชงเสน ความเครยดเฉอน ความเครยดเชงเสนเกดขนเมอวสดรบแรงดงหรอแรงอด สวน

50

ความเครยดเฉอนเกดขนเมอวสดไดรบแรงเฉอน(ณรงคศกด ธรรมโชต, 2556, หนา 59)

2.1 ความเครยดแรงดง (Tensile strain) เมอวตถถกกระทำาดวยแรงดงตามแนวแกนและเพมแรงดงขนอยางชา ๆ วตถจะเกดการยดออกทละนอยตามขนาดของแรงดงทเพมขนของแรงทำาใหวตถยดออกตามแนวดงของวตถดงสมการ (สระเชษฐ รงวฒนพงษ, 2541, หนา 12)

ε t = δL ….4

เมอ ε t = ความเครยดแรงดงทเกดขน δ = สวนทยดออกของวตถ L = ความยาวเดมของวตถ

2.2 ความเครยดแรงอด (Compressive strain)

เมอวตถถกกระทำาดวยแรงกด ตามแนวแกนและเพมแรงกดขนอยางชา ๆ จนทำาใหวตถหดตวลงดงสมการ

ε c = δL ….5

เมอ ε c = ความเครยดแรงกดทเกดขน δ = สวนทหดเขาของวตถ L = ความยาวเดมของวตถ

2.3 ความเครยดแรงเฉอน (Shear strain) เมอแรง

เฉอนกระทำาจะเกดการเปลยนแปลงรปรางหรอเกดความเครยดขน ความเครยดทเกดขนเรยกวา ความเครยดแรงเฉอน ดงสมการ

51

γ = δLtan ∅ = δLγ = tan ∅

….6

เมอ γ = ความเครยดแรงเฉอนทเกดขน δ = สวนทยดออกของวตถ L = ความยาวเดมของวตถ

ตวอยางและการคำานวณตวอยางท 1. ลวดขนาดเสนผานศนยกลาง 2 มลลเมตร นำามาใชแขวนวตถมวล 80 กโลกรม จงหาความเคนดงในเสนลวดวธทำา

จากสตร σt = FAเมอ F = 80 x 9.81 =

784.8 N A = π4 (2)2 =

3.1416 mm2

แทนคา σt = 784.83.1416 =

249.809 Nmm2

ตอบ ความเคนดงในเสนลวดเทากบ 249.809 นวตน/ตารางมลลเมตร

ตวอยางท 2. จงหาความเคนดงในเสนลวดขนาดเสนผานศนยกลาง 2 มลลเมตร อยภายใตแรงดง 150 นวตน

52

วธทำาจากสตร σt = FAเมอ F = 150 N A = π4 (2)2 =

3.1416 mm2

แทนคา σt = 1503.1416 =

47.746 Nmm2

ตอบ ความเคนดงในเสนลวดเทากบ 47.746 นวตน/ตารางมลลเมตร

ตวอยางท 3. สายเบรกของรถยนตซงมขนาดเสนผานศนยกลาง 12 มลลเมตรเมอทำาการเบรกจะตองใชแรงดง 2 กโลนวตน จงหาความเคนดงวธทำา

จากสตร σt = FAเมอ F = 2 x 103 N

A = π4 (12)2 = 113.097 mm2

แทนคา σt = 2x 103

113.097 = 17.684

Nmm2

ตอบ ความเคนดงสายเบรกของรถยนตเทากบ 17.684 นวตน/ตารางมลลเมตร

ตวอยางท 4. เสาคอนกรตมขนาดเสนผานศนยกลาง 200 มลลเมตรมแรงขนาด 150 กโลนวตน กระทำาอย จงหาความเคนอดทเกดขน

53

วธทำาจากสตร σc = FAเมอ F = 150 x 103 N A = π4 (200)2 =

31415.926 mm2

แทนคา σc = 150 x103

31415.926 = 4.775

Nmm2

ตอบ ความเคนอดทเกดขนเทากบ 4.775 นวตน/ตารางมลลเมตร

ตวอยางท 5. เสาไมอนหนงมหนาตดเปนรปสเหลยมผนผาขนาด 120 x 200 มลลเมตร รบแรงกดในแนวแกน 240 กโลนวตน จงหาความเคนอดในเสานวธทำา

จากสตร σc = FAเมอ F = 240 x 103 N A = 120 x 200 =

24000 mm2

แทนค σc = 240x 103

24000 = 10

Nmm2

ตอบ ความเคนอดในเสาเทากบ 10 นวตน/ตารางมลลเมตร

ตวอยางท 6. ชายคนหนงมมวล 60 กโลกรมนงอยบนเกาอ ถาใหขาเกาอสขารบแรงกดเทากน โดยพนทหนาตดของขาแตละขาเทากบ 620 ตารางมลลเมตร จงหาความเคนอดในขาเกาอแตละขาวธทำา

54

จากสตร σc = FAเมอ F = 60x 9.81

4 = 147.15 N A = 620 mm2

แทนคา σc = 147.15620 =

0.2373 Nmm2

ตอบ ความเคนอดในขาเกาอแตละขาเทากบ 0.2373 นวตน/ตารางมลลเมตร

ตวอยางท 7. เสาคอนกรตกลวงมขนาดเสนผานศนยกลางภายนอก 140 มลลเมตร และเสนผานศนยกลางภายใน 60 มลลเมตรอยภายใตแรงอด 245 กโลนวตน จงหาความเคนอดในเสาคอนกรตวธทำา

จากสตร σc = FAเมอ F = 245 x 103 N A = π4 (140¿¿2−602)¿ =

12566.37mm2

แทนคา σc = 245 x103

12566.37 =

19.496 Nmm2

ตอบ ความเคนอดในเสาคอนกรตเทากบ 19.496 นวตน/ตารางมลลเมตร

ตวอยางท 8. หมดยำาขนาดเสนผานศนยกลาง 15 มลลเมตร อยภายใตแรงเฉอนชนดแบบ Single shear 2 กโลนวตน จงหาความเคนเฉอนในหมดยำาวธทำา

55

จากสตร τ = FAเมอ F = 2 x 103 N A = π4 (15)2 =

176.7145mm2

แทนคา τ = 2 x103

176.7145 = 11.3177

Nmm2

ตอบ ความเคนเฉอนในหมดยำาเทากบ 11.3177 นวตน/ตารางมลลเมตร

ตวอยางท 9. จงคำานวณหาแรงเฉอนทใชตดเจาะโลหะหนา 2 มลลเมตร ใหเปนรขนาดเสนผานศนยกลาง 50 มลลเมตร โดยใชแรงในการตดเทากบ 110 กโลนวตนวธทำา

จากสตร τ = FAเมอ F = 110 x 103 N A = πdt = π x 50 x 2

= 314.159 mm2

แทนคา τ = 110 x103

314.159 = 350.141

Nmm2

ตอบ ความเคนเฉอนทใชตดเจาะเทากบ 350.141 นวตน/ตารางมลลเมตร

ตวอยางท 10. เครองตดเจาะแผนโลหะแผนกลมขนาดเสนผานศนยกลาง 20 มลลเมตร ใชตดแผนนกเกลหนา 2.5 มลลเมตร วสดมคาความเคนเฉอนเทากบ 320 นวตน/ตารางมลลเมตร จงหาแรงทใชในการตด วธทำา

56

จากสตร τ = FA หรอ F = τAเมอ τ = 320 N

mm2

A = πdt = π x 20 x 2.5 = 157.0796 mm2

แทนคา 320 = F157.0796

F = 320 x 157.0796

= 50265.472 N หรอ 50.265 kN

ตอบ แรงทใชในการตดเทากบ 50.265 กโลนวตน

ตวอยางท 11. จงหาแรงดงในการดงทอนโลหะกลม ซงมขนาดเสนผานศนยกลาง 50 มลลเมตร โดยความเคนแรงดงหามเกน 100 นวตน/ตารางมลลเมตรวธทำา

จากสตร σ t = FA เมอ σ t = 100 N

mm2

A = π4 (50)2 = 1963.3495 mm2

แทนคา 100 = F1963.495

F = 100 x 1963.495 = 196349.5 N หรอ 196.3495 kN

ตอบ แรงดงในการดงทอนโลหะกลมเทากบ 196.3495 กโลนวตน

ความสมพนธระหวางความเคนกบความเครยด

57

การทดสอบการดงเหลก เพอศกษาถงลกษณะของความเคนและความเครยดทเกดขนโดยนำาคาทงสองมาเขยนกราฟดงภาพขางลางน เรยกวา แผนภาพความเคน – ความเครยด (Stress – strain diagram ) ซงเสนกราฟทเกดขนในแตละชวงนน เราสามารถอธบายใหเขาใจไดดงน (กว หวงนเวศนกล, 2550, หนา 79)

ภาพท 2.2 ความสมพนธระหวางความเคน – ความเครยดของวสด ทมา : กว หวงนเวศนกล, 2550, หนา 79

1. พกดความเปนสดสวน (Proportional limit) หมายถงความเคนกบความเครยด เปนปฏภาคกนโดยตรง และเปนไปตามกฎของฮค (Hoow ‘s law) ทกลาวไววา ในชวงอลาสตก “หนวยแรงเปนปฏภาคโดยตรงกบหนวยการยดตว สงเกตไดวา เสน”กราฟชวงนจะเปนเสนตรง

58

2. พกดความยดหยน (Elastic limit) หมายถงเปนชวงทแสดงใหเหนวากราฟเรมไมเปนเสนตรงเนองจากการยดของเหลกจะเรมไมเปนสดสวนกบแรงทกระทำา ในชวงนถาถอนแรงกระทำาออกกอนทจะเลยขดพกดยดหยนเหลกกจะยงสามารถคนกลบสภาพเดมได

3. จดคลาก (Yield point) หมายถงถาออกแรงดงตอไปจนเลยพกดความยดหยน วสด จะเกดการเปลยนรปอยางถาวรไมสามารถคนกลบสภาพเดมไดอก ชวงนถาออกแรงดงเพยงเลกนอยหรอไมออกแรงกระทำาเลยวสดกยงคงยดตวไปเองดวยอตราการยดทเรวกวาแรงดง ความเคนททำาใหเกดการเปลยนรปอยางงถาวร ณ จดนจงเรยกวา ความเคนคลาก (Yield stress) ในวสดทม ความเหนยว เชน เหลกกลา จะมการเกดจดคลากได 2 ครงเรยกวา จดคลากบน (Upper yield point) และจดคลากลาง (Lower yield point)

4. ความเคนพสจน (Proof stress) หมายถงในวสดบางชนด เชน เหลกหลอ ทองเหลอง สงกะส อะลมเนยม เปนตน จะมการแตกหกทรวดเรวจงไมสามารถแสดงแผนภาพจดคลาก ไดชดเจน ฉะนนจงตองอาศยความเคนพสจนโดยการวด โดยการกำาหนดใหคาท 0.2 % ของ คาความเครยด แลวนำาคานไปลากเสนขนานกบชวงทมพกดสดสวน และถาเสนไปตดกนทใด กจะไดคาจดคลากหรอความเคนคลาก

5. ความแขงแรงสงสด (Ultimate strength) และความแขงแรงแตกหก (Breaking Strength) หมายถงเมอเลยจดคลากมาแลววสดจะไมคนตวและจะยดตวออกไปเรอย ๆ โดยมแรงดงเพยงเลกนอย จนกระทงถงจดสงสด เรยกวาความเคนสงสด (Maximum stress) ซงเปนจดทเรมแสดงใหเหนวาความเคนลดลงอยางรวดเรวพรอม ๆ กบวสดทคอดตวลงอยางรวดเรวเชนกน

59

จนกระทงขาดหรอแตกหกไป ซงเราเรยกวา จกแตกหก (Breaking point) และเรยกความแขงแรง ทจดนวาความแขงแรงแตกหก (Breaking strength)

6. ความแขงแกรง (Stiffness) หมายถงสมบตของวสดทแสดงถงความสามารถใน การตานทานการเปลยนแปลงรปราง คาโมดลสของความยดหยนทมคาสงยอมหมายถงวสดนน มความแขงแกรงสงดวย เชน วสดใดทมความแขงแกรงสงเมอนำาไปอบหรอชบกจะยงคง ความแขงแกรงอย แตความแขงแรงนน จะถกเปลยนแปลงไปจากองคประกอบทางดานเคม (กว หวงนเวศนกล, 2556, หนา 129)

7. ความเหนยว (Ductility) หมายถง เมอวสดนนไดรบแรงกระทำาจนเกนขดยดหยน วสดนนกมความสามารถในการยดตวจนกระทงขาด หรอนำาไปแปรรปไดงาย

8. ความออนเหนยว (Malleability) หมายถง วสดนนมความสามารถในการตแผ ใหเปนแผนบาง ๆ ไดโดยไมฉกขาด เชน ทองคำา

9. ความเปราะ (Brittleness) หมายถง ความเปราะจะตรงขามกบความเหนยวคอ จะนำาไปแปรรปไดยากมาก เพราะถามการเปลยนแปลงรปรางเพยงเลกนอยกจะแตกหกเสยกอน เชน เหลกหลอ แกวเซรามก เปนตน ความเปราะกำาหนดไววา ถาวสดใดมความเครยดเกน 5 % ของความเครยด แลวเกดการแตกหกแสดงวาวสดนนเปราะ

10. ความเหนยวแนน (Toughness) หมายถงความสามารถของวสดทสามารถเกบสะสมพลงงานตอหนวยปรมาตรตงแตเรมแรกจนกระทงแตกหก วสดใดทมความเหนยวแนนสง จะสมพนธกบวสดทมพกดความยดหยนและความเหนยวสงดวย ฉะนนวสดใดทมความเหนยวแนนสงกจะมความแขงแรงตอการ

60

กระแทกสงและวสดใดทมความเหนยวแนนตำากจะมความแขงแรงตอการกระแทกตำาดวย วสดทมความเหนยวแนนสงจะสามารถนำาไปแปรรปไดงาย

11. ความลา (Fatigue) หมายถงการเกดจากวสดตองรบแรงเปลยนแปลงตลอดเวลา เชน สง ๆ ตำา ๆ เปนรอบ ๆ เปนจงหวะ ๆ เชน การหกพบเสนลวดไปมาจนกระทงลวดนนหก ทง ๆ ทลวดนนมความแขงแรงสง สาเหตเปนเพราะลวดนนไดรบแรงกระทำาเปนจงหวะ ๆ ทำาให เกดความเครยดมความแขงสงขน แตความเหนยวลดลงจนกระทงกลายเปนเปราะและหกในทสด

12. การคบ (Creep) หมายถงการทวสดเกดจากการเปลยนรปอยางชา ๆ อยางตอเนอง ขนอยกบระยะเวลาความเคนและอณหภม เชน หมอนำา ซงตองใชอณหภมสงและเวลานาน วสดโลหะกจะยดตวอยตลอดเวลาจนในทสดกจะขาดออกจากกน

จะเหนไดวา สมบตทางกลของวสด เปนสมบตของวสดแตละประเภททมสวนผสมทางเคมทแตกตางกน เมอมแรงภายนอกมากระทำาตอวสดนน ๆ จะทำาใหเกดการเปลยนแปลงรปขน ซงการเปลยนแปลงรปจะเปนการเปลยนรปอยางยดหยน หรอเปนการเปลยนรปอยางถาวรกขนอยกบวสดแตละประเภท เมอรบแรงแลวจะเกดการเปลยนรปหรอเปลยนขนาดไปจากเดมเทาใด จากความสมพนธระหวางความเคนกบความเครยดในการทดสอบวสดเหลกนน จะบงบอกถงสมบตของวสดดานความแขงแรงเกยวกบพกดความเปนสดสวน พกดความยดหยน จดคลาก ความเคนพสจน และความแขงแรงสงสดของวสด นอกจากดานความแขงแรงแลวยงสามารถบงบอกสมบตดานอน ๆ อกอนไดแก ความแขงแกรง ความเหนยว ความออนเหนยว ความเปราะ ความเหนยวแนน ความลา การคบ เปนตน

61

การทดสอบวสด

การทดสอบวสดเปนการทดสอบสมบตของวสดดานคณภาพและความเหมาะสมของวสดนน ๆ สำาหรบนำาไปใชในงานโครงสรางและงานอน ๆ ซงเปนสงจำาเปนของผผลตและผใชวสดทตองการจะทำาการทดสอบ เพอสามารถเลอกใชวสดไดอยางถกตอง โดยเฉพาะอยางยงการทดสอบวสดชนดเดยวกนวาจะมสมบตเหมอนกนหรอไมจากการผลตออกมาในแตละครง เพอใชเปนขอมลดานปรมาณการผลตและการควบคมการผลตตอไป (อดมวทย กาญจนวรงค, 2545, หนา 8)

วตถประสงคของการทดสอบวสด1. การทดสอบเพอการควบคม (Commercial or

control testing) เปนการทดสอบเพอใหทราบวาวสดทผลตออกมานนมสมบตตามทเราตองการหรอไม

1.1 การทดสอบเพอการควบคมคณภาพการผลต (Quality control testing) เปนการทดสอบเพอตรวจสอบวาวสดทผลตมสมบตตามทเราตองการหรอไม ซงในการทดสอบจะกระทำาโดยผผลต เพอใหไดวสดทมสมบตตามมาตรฐานทไดกำาหนดไว

1.2 การทดสอบเพอการยอมรบ (Acceptance testing) เปนการทดสอบ เพอตรวจสอบวาวสดทจะนำามาใชงานนนมสมบตเปนไปตามทเราตองการ โดยการทดสอบจะกระทำาโดยผซอ ซงวสดนนจะมสมบตตรงตามทระบไวในแบบรปรายการ

2. การทดสอบเพอการวจยและการปรบปรงของวสด (Materials research and development work) เปนการทดสอบเพอหาขอมลเพมเตมหรอขอมลจากวสดทมอยในปจจบน

62

3. การทดสอบเพอวดคาทางวทยาศาสตรของวสด (Scientific measurement) เปนการทดสอบเพอหาสมบตพนฐานของวสด เพอใชเปนขอมลในการวเคราะหพฤตกรรมของวสด

สำาหรบการทดสอบวสดนนถอวาเปนกระบวนการทตองการจะทราบสมบตทางฟสกสและสมบตทางกลของวสดแตละประเภท ซงเราสามารถแบงการทดสอบวสดออกเปน 2 วธดวยกน อนไดแก การทดสอบวสดโดยการทำาลายวสด และการทดสอบวสดโดยการไมทำาลายวสด โดยมรายละเอยดดงน (บญธรรม ภทราจารกล, 2553, หนา 113)

การทดสอบวสดโดยการทำาลายวสด หมายถง เปนการทดสอบเมอนำาวสดมาทำาการทดสอบกบเครองทดสอบตาง ๆ แลว วสดนนจะเกดรอยตำาหนหรอวสดนน จะไดรบความเสยหาย ไมสามารถนำากลบมาใชงานใหมไดอก ซงการทดสอบวสดมดวยกนหลากหลายวธดงน

1. การทดสอบแรงดง (Tensile test) ความรทเกยวของกบสมบตของวสดสามารถหาไดจากการทดสอบแรงดง โดยการเตรยมชนงานทจะทำาการทดสอบมาตรฐานใหมขนาดแตกตางกน โดยใหทำาตามคมอการใชงานประจำาเครองทดสอบเครองนน ๆ ซงชนงานทดสอบตามมาตรฐานปกตจะมลกษณะดงน

63

ภาพท 2.3 ชนงานทดสอบแรงดง ทมา : บญธรรม ภทราจารกล, 2553, หนา 114

สำาหรบเครองทดสอบแรงดงนนมหลายแบบและหลายขนาดดวยกน แตโดยทว ๆ ไปแลวจะมรายละเอยดและสวนประกอบของเครองทดสอบแรงดงดงภาพท 2.4 เมอทำาการตดตง ชนทดสอบบนเครองทดสอบแลวจะมการใหคาแรงดง (F) ซงเราเรยกวา ภาระ หรอแรงกระทำาและมเครองมอวดการยดตวของชนทดสอบตดอยบนชนทดสอบ เพอทำาการวดความยาวชนทดสอบทเปลยนแปลงไปในชวงความยาวเกจ จากนนทำาการบนทกคาของแรงทเพมขนอยางสมำาเสมอและความยาวของชนทดสอบทยดออกในชวงของแรงตาง ๆ จนกระทงชนทดสอบขาดออกจากกน (ณรงคศกด ธรรมโชต, 2556, หนา 60)

64

ภาพท 2.4 ลกษณะของเครองทดสอบแรงดง ทมา : ณรงคศกด ธรรมโชต, 2556, หนา 61

จากนนนำาคาความเคนและความเครยดไปสรางกราฟ โดยใหแกนนอนเปนความเครยดและแกนตงเปนความเคน จะไดกราฟขนมาหนงเสนซงเราเรยกวา กราฟความเคนความเครยดทางวศวกรรมดงภาพท 2.5 ซงกราฟความเคนและความเครยดนน จะพบจดตาง ๆ ทสำาคญเกดขนดงน

65

ภาพท 2.5 กราฟความเคนและความเครยดทางวศวกรรม ทมา : ณรงคศกด ธรรมโชต, 2556, หนา 63

จด a คอ ขดจำากดการแปรผนตรง (Proportional limit) เปนจดปลายของสวนทเปนเสนตรงของกราฟระหวางความเคนกบความเครยด ซงถาพนจดนไปแลว ความสมพนธระหวางความเคนกบความเครยดจะไมแปรผนตรงอกตอไป

จด b คอ ขดจำากดความยดหยน (Elastic limit) เปนจดสดทายกอนทโลหะจะเปลยนรปอยางถาวร ณ จด ๆ นหากปลอยแรงออกโลหะจะกลบสสภาพเดม

จด c คอ จดคราก (Yield point) เปนจดทชนงานเกดการเปลยนรปอยางถาวร ในกรณเหลกกลาคารบอนตำาและคารบอนปานกลางทจดครากชนทดสอบจะเกดการยดตวออกหรอ เกด

66

ความเครยดเพมขน โดยทความเคนลดลงทจด c นบางครงเราเรยกวา จกครากบน (Upper yield)

จด d คอ ความตานทานแรงดงสงสด (Ultimate tensile strength) หรอความเคนดงสงสดทโลหะจะสามารถทนทานได นยมเรยกสน ๆ วา ความตานทานแรงดง (Tensile strength)

จด e คอ จดแตกหก (Fracture point) เปนจดทโลหะเกดการฉกขาดหรอแตกหกจากกน

โลหะแตละชนดจะมลกษณะของกราฟความเคนและความเครยดทางวศวกรรมแตกตางกน ทงนขนอยกบองคประกอบหลาย ๆ อยางเชน สวนผสมทางเคมของวสด กระบวนการอบชบ เปนตน จากภาพจะพบวาธาตผสมและกระบวนการอบชบจะมอทธพลตอความแขงแรงและความเหนยวของเหลกกลา SAE 1340 ทผานการชบแขงดวยนำาและอบทอณหภม 370 o C มความแขงแรงสงมาก สวนเหลกโครงสรางเราจะเหนไดวามความแขงแรงตำาแตมความเหนยวมากสามารถยดตวไดมากดงภาพท 2.6

67

ภาพท 2.6 กราฟความเคนและความเครยดทางวศวกรรมของโลหะผสมชนดตาง ๆ ทมา : ณรงคศกด ธรรมโชต, 2556, หนา 64

2. การทดสอบความแขง (Hardness test) เปนการวดความตานทานของวสดตอการกดใหเปนรอยบม (Indentation) การขดหรอขดใหเปนรอย (Scratching) การหาคาความแขงของวสด อาศยหลกการ 3 อยางดงนคอ (ณรงคศกด ธรรมโชต, 2558, หนา 107)

2.1 หาความตานทานตอพลงงานการยดหยน (Elastic hardness) โดยการใหวสดชนดหนงตกลงมากระทบกบวสดอกชนดหนงแลวปลอยใหกระดอนขน สงเกตการกระดอนของวสดนน วสดใดมความแขงมากจะกระดอนไดสง สวนวสดทมความแขงตำาจะกระดอนไดตำา

2.2 หาความตานทานตอการตดหรอขดขวน (Resistance to cutting or abrasion) เปนการนำาเอาวสดตางชนดกนมาขดหรอถกน วสดใดมความแขงสงจะขดหรอถวสดทมความแขงตำาใหเปนรอยได

2.3 หาความตานทานตอการกดใหเปนรอยบม (Resistance to indentation) เปนการนำาเอาวสดชนดหนงมากดลงบนผววสดอกชนดหนง วสดใดทสามารถทำาใหเกดรอยบมไดโต หรอลก แสดงวาวสดนนมความแขงตำา แตถารอยกดเลกหรอตน แสดงวาวสดนนมความแขงสง

สำาหรบวธการทดสอบความแขงแบบตาง ๆ การวดความแขงซงแบงตามลกษณะของหลกการ 3 ประการขางตน ซงวธการทดสอบความแขงโดยการวดแตละวธนนมกเรยกชอตามเครองมออปกรณทใชในการวดดงน

68

1. การวดความแขงแบบชอรสเกลโรสโคป (Shore scaleroscope hardness test) เปนการทดสอบความแขงโดยการใชคอนหวเพชร ซงมนำาหนก 1/12 ออนซ ปลอยจากทสงหางจากชนงานทดสอบ 10 นว ใหตกลงมากระทบกบผวชนงานแลวสงเกตดการกระดอนกลบของคอน หวเพชรวาสงหรอตำาจากสเกลทหนาปทม ถาวสดทแขงคอนหวเพชรจะกระดอนกลบไดสงกวาวสดออนเครองทดสอบแบบชอรสเกลโรสโคป

ภาพท 2.7 เครองมอวดความแขงแบบชอรสเกลโรสโคป ทมา : ณรงคศกด ธรรมโชต, 2558, หนา 108

2. การวดความแขงแบบสเกลของโมส (Mohs’ scale) เปนการทดสอบความแขง อยางงาย ๆ ซงนายเฟรดรคโมส เปนผคดคนขนโดยอาศยการแบงความแขงออกเปน 10 ขนตามชนดของสนแร คอสนแรชนดใดมความแขงตำาสดกำาหนดขนความแขง 1 และแรชนดใดมความแขง ขนสงสด กำาหนดเปนขนความแขง 10 ตามลำาดบ การทดสอบความแขงโดยวธนกระทำาไดโดยการนำาเอาสนแรมาตรฐานทง 10 ไปขดวสดทตองการทราบความแขง สงเกตดวา

69

สนแรตามมาตรฐานความแขงขนใดขดวสดเปนรอย แสดงวาวสดนนมความแขงอยในขนนน เชน นำาเอาสนแร ความแขงชน 7 ไปขดวสดอกชนดหนง ทำาใหวสดนนเปนรอย แสดงวาวสดนนมความแขงเทากบขนท 7 เทยบเทาสนแรควอตซ การทดสอบความแขงแบบสเกลของโมสนยมใชทดสอบสนแรมากกวาในทางโลหะวทยา เพราะชวงของความแขงกวางมากและเปนคาทหยาบ ไมเหมาะทจะนำามาใชในทางวศวกรรม

3. การวดความแขงแบบบรเนลล (Brinell hardness test) เปนการวดโดยใชนำาหนกมาตรฐานกดผานหวกด (Indenter) ทำาดวยลกบอลเหลกกลาทผานการชบแขงหรอลกบอลทงสเตนคารไบด ใหหวกดลงบนชนงานเปนเวลา 10 - 30 วนาท จากนนปลดนำาหนกมาตรฐานออกหวกด จะทำาใหเกดรอยกดทผวชนงานจากนนนำาชนงานทดสอบไปวดขนาดความโตของรอยกดดวย กลองขยายแลวนำาคาทวดไดไปหาคาความแขงเรยกวา BHN (Brinell hardness number) ไดจากสตร

BHN = 2P

πD (D−√D2−d2) ….7

เมอ BHN = คาความแขงโดยการทดสอบแบบ

บรเนลล P = นำาหนกทใชกดหวกด

D = ความโตของหวกด d = ความโตของรอยกด

70

ภาพท 2.8 การทดสอบความแขงแบบบรเนลลของโลหะแขงและโลหะออน ทมา : ณรงคศกด ธรรมโชต, 2558, หนา 109

ความสมพนธระหวางคาความแขงกบความแขงแรง เมอเราทราบคาความแขง เปน BHN จะสามารถหาคาความตานทานแรงดง (Tensile strength) ไดจากสตร

TS (MPa) = 3.45 ¿HB

….8 TS (psi) = 500 ¿ HB

….9 อาจสามารถหาคาไดจากกราฟความสมพนธระหวางความ

แขงและความแขงแรงของเหลกกลา ทองเหลอง และเหลกหลอเหนยวหรอเหลกหลอแกรไฟตกลมไดดงน

71

ภาพท 2.9 ความสมพนธระหวางความแขงและความแขงแรง ทมา : ณรงคศกด ธรรมโชต, 2558, หนา 110

4. การทดสอบความแขงแบบรอคเวลล (Rockwell hardness test) การทดสอบความแขงแบบรอคเวลลนยมใชกนมากในงานอตสาหกรรม เพราะการทดสอบทำาไดงาย รวดเรว และสามารถทราบคาความแขงไดโดยตรงจากเครอง โดยการอานคาทหนาปทมของเครองทดสอบ ความแขงแบบรอคเวลล

72

ภาพท 2.10 เครองทดสอบความแขงแบบรอคเวลล ทมา : ณรงคศกด ธรรมโชต, 2558, หนา 110

หวกด (Indenter) และนำาหนกกด (Load) จะแบงออกเปน 2 กลมดงนคอ กลมทดสอบแบบธรรมดาและแบบพเศษทง 2 กลมจะแบงการวดโลหะออกแตกตางกน โดยหวเพชรจะใชวดโลหะแขงและหวบอลเหลกกลาจะใชวดโลหะออนและการทดสอบแบบพเศษจะใชกบโลหะทมความบาง

5. การทดสอบความแขงแบบวกเกอร (Vicker hardness test) การทดสอบความแขงแบบวกเกอรกระทำาโดยใชแรงกดอยระหวาง 1 - 200 กโลกรม กดผานหกกดททำาดวยเพชร รปพระมด มฐานรปสเหลยมจตรส มมรวมทปลายแหลมเทากบ 136 องศา ไปบนผวหนาชนงานทดสอบเปนเวลา 10 - 30 วนาท จากนนปลดแรงกดออก แลวนำาชนงานไปวดขนาดของรอยกด ดวยกลองจลทรรศน เพอนำาคาทไดไปหาคาความแขงจากสตร

HV = 1.854 P

D2 ….10

73

เมอ P = แรงหรอนำาหนกกด D = คาเฉลยความยาวของเสนทแยง

มมรอยกด

ภาพท 2.11 หวเพชรมม 136 องศา ใชวดความแขงแบบวกเกอร ทมา : ณรงคศกด ธรรมโชต, 2558, หนา 111

6. การทดสอบความแขงแบบไมโครวกเกอร (Micro vicker hasdness test) การทดสอบความแขงแบบไมโครวกเกอรเหมาะสำาหรบการทดสอบความแขงชนงานทมขนาดเลกบาง ชนงาน ทผานการชบผวแขง ชนงานชบเคลอบผว เปนตน ลกษณะของเครองทดสอบความแขงแบบไมโคร วกเกอร

74

ภาพท 2.12 เครองทดสอบความแขงแบบไมโครวกเกอร ทมา : ณรงคศกด ธรรมโชต, 2558, หนา 112

สำาหรบวธการทดสอบคลายคลงกบแบบวกเกอรคอ ใชหวกดทำาดวยเพชรรปพระมด มฐานสเหลยมจตรสมม 136 องศา สวนนำาหนกหรอแรงทใชมขนาดตงแต 15 - 3,600 กรม เวลาท ใชกดอยระหวาง 5 - 45 วนาท

HMV = 2 P¿¿ ….11

เมอ P = นำาหนกหรอแรงทใชทดสอบ d = คาเฉลยเสนทแยงของรอยกด

7. การทดสอบความแขงแบบนพ (Knop hardness test) การทดสอบความแขงแบบนพเหมาะกบการทดสอบความแขงชนงานทมขนาดเลกและเปนแผนบาง ๆ และชนงานชบผวแขงเชนเดยวกบแบบไมโครวกเกอร สำาหรบวธการทดสอบแตกตางกบแบบไมโครวกเกอร คอหวกดเปนเพชรรปขาวหลามตดมมทปลายตามแนว

75

ขวาง 130 องศาและมมตามแนวยาว 170 องศา 30 ลปดาคาความแขงของการทดสอบแบบนพหาไดจากสมการ

KHN = 14.229Pd2

….12

เมอ P = แรงทใชกด d = ความยาวของรอยกดตามแนวยาว

8. การทดสอบความแขงของชนงานขนาดเลก (Micro hardness test) การจะทดสอบชนงานทมขนาดเลกมาก เชน โลหะแผนบาง ๆ วสดทเปราะมาก ๆ เครองทดสอบนจะใช หวกดเพชรฐานสเหลยมพระมด ซงจะใชแรงกด 15 กรมถง 3 กโลกรม กลองจลทรรศนจะถกตดตงไวสำาหรบอานคาความยาวรอยบม เพราะวามนจะมขนาดเลกมากคาความแขง เรยกวา นปนมเบอร (Knop number) และมความสอดคลองกบคาความแขงแบบบรเนลล (บญธรรม ภทราจารกล, 2553, หนา 123)

9. การทดสอบความแขงดวยการขดขด (Scratch hardness test) จากทไดกลาวมาแลววาความแขงคอความสามารถของวสดในการตานทานตอการขดขด คาความแขงแบบนคอคาความแขงของโมห (Moh’s hardness scale) ซงไดจดเรยงอนดบความแขงของแรไว 10 ชนด เรยงจากแรทมความแขงนอยไปหาแรทมความแขงมาก โดยตวเลขนอยจะมความแขงนอยและตวเลขมากจะมความแขงเพมขนดงน

9.1 ลำาดบท 1 แรทลค9.2 ลำาดบท 2 แรยปซม9.3 ลำาดบท 3 แรแคลไซต9.4 ลำาดบท 4 แรฟลออไรต

76

9.5 ลำาดบท 5 แรอะพาไทต9.6 ลำาดบท 6 แรเฟลดสปาร9.7 ลำาดบท 7 แรควอตซ9.8 ลำาดบท 8 แรโตปาซ9.9 ลำาดบท 9 แรพลอย9.10 ลำาดบท 10 แรเพชร

10. การทดสอบดวยประกายไฟ (Spark test) เปนการทดสอบเหลกกลาวาเปนเหลกกลาชนดใด ซงมความเหมาะสม งาย และสะดวกตอการทดสอบในโรงงาน โดยการนำาชนงานทดสอบไปเจยระไนกบหนเจยระไน ใหกดเพยงเบา ๆ และสงเกตประกายไฟทได แลวนำาประกายไฟทสงเกตไดไปเทยบกบตารางมาตรฐาน เรากสามารถทราบถงชนดของเหลกกลา

ภาพท 2.13 การทดสอบประกายไฟเพอหาชนดของเหลกกลา

77

ทมา : บญธรรม ภทราจารกล, 2553, หนา 127

11. การทดสอบทางโลหะวทยา (Metallurgy test) เปนการตรวจสอบโครงสราง ทางจลภาคของโลหะ โดยการตดชนงานทจะทำาการทดสอบใหเปนชนเลก ๆ แลวนำาไปทำาการขดดวยเครองขดพเศษ หรอขดดวยกระดาษทรายใหเรยบ และขดจนผวเปนมนเงาสะทอนเหมอนกบกระจกเงาโดยปราศจากรอยขดขวน แลวจงนำาไปทำาการขดผวดวยนำายาเคม แลวลางดวยนำา ใหสะอาดเชดใหแหง จากนนนำาไปตรวจสอบโครงสรางทางจลภาคดวยกลองจลทรรศนทมกำาลงขยายสง จะทำาใหเหนถงโครงสรางทางจลภาคของโลหะ เราจะสามารถทราบไดวาโลหะนนเปนโลหะประเภทใด ชนดใด และมธาตอะไรผสมอยบาง

ภาพท 2.14 การตรวจสอบโครงสรางทางจลภาค ทมา : บญธรรม ภทราจารกล, 2553, หนา 128

78

12. การทดสอบแรงกระแทกของวสด (Impact test) เปนการทดสอบเพอหาความสามารถในการรบแรงทมากระทำากบวสดดวยความรวดเรวความสามารถในการรบแรงกระแทกของวสด หมายถงการทวสดสามารถดดกลนหรอเกบพลงงานกระแทกไวไดมากนอยเพยงใด ถาวสดสามารถเกบสะสมพลงงานตอหนวยปรมาตรตงแตเรมตนไดรบแรงกระแทกจนกระทงแตกหกไวไดสงกหมายความวาวสดนนมทฟเนสส (Toughness) สง หรอมความทนทานตอการแตกหกสงนนเอง ซงหลงการทดสอบแรงกระแทกจะใชคอนเหวยงกระทบชนทดสอบ ซงทำาเปนขนาดมาตรฐานไว ลกษณะการเหวยงจะคลายลกตมนาฬกา โดยสามารถคำานวณปรมาณพลงงานทใชกระแทกชนทดสอบไดจากผลตางของระดบสงตำาของลกตม เมอเรมแกวง และหลงจากทแกวงไปกระแทกชนทดสอบใหหก อยางไรกตาม เราสามารถอานคาของพลงงานไดจากหนาปดของเครองทดสอบไดโดยตรง โดยไมตองทำาการคำานวณ โดยคาทอานไดจะเปนพลงงาน ทวสดดดกลนไวไดตงแตเรมตนจนเกดการแตกหกมหนวยเปนจล (Joule) (ณรงศกด ธรรมโชต, 2558, หนา 114)

ภาพท 2.15 เครองทดสอบแรงกระแทก

79

ทมา : ณรงคศกด ธรรมโชต, 2558, หนา 114

ภาพท 2.16 หลกการทำางานและสวนประกอบของเครองทดสอบแรงกระแทก ทมา : ณรงคศกด ธรรมโชต, 2558, หนา 115

13. การทดสอบความลา (Fatigue test) เปนการทดสอบโดยการใหแรงกระทำากบวสดในลกษณะซำา ๆ เปนจำานวนมากครง จนกระทงวสดเกดความลาและแตกหกในทสด การทดสอบนจำาเปนตองทำาสำาหรบวสดทจะนำาไปใชเปนชนสวนทตองหมน เกดการดดหรอการสะเทอน เชน เพลาสงกำาลง เปนตน ชนสวนเหลานจะไดรบความเคนทสลบกนไปมา เชน อาจจะรบความเคนอดและความเคนดงกลบไปกลบมาอยตลอดเวลา และมโอกาสจะเกดการแตกหกเนองจากความลาเกดขนได โดยเฉพาะหากบรเวณผวหรอเนอของวสดมรอยแตกราวอยกอน จะเปนจดทเรงใหเกดการแตกหกเรวขน ซงการแตกหกของวสดเนองจากความลานน จะเกดขนไดถงแมวาวสดนนจะรบแรงตำากวาความเคน ณ จดคลากหรอความเคนสงสดของวสดกตาม ลกษณะการแตกหกเนองจากความลาจะแบงออกเปน 3 ชวงดวยกน โดยในชวงแรกจะเปนการเกดรอยราวเรมแรกทผว จากนนชวงตอมาจะเกดการขยายและลกลามไปเรอย ๆ และเรวขน

80

ทำาใหพนทหนาตดในการรบแรงลดลงและทำาใหความเคนเพมขน จากนนจะเขาสขนสดทายคอ วสดจะขาดจากกนทนท ลกษณะการขาดจะคลายการขาดของวสดเปราะ การทดสอบความลาชนงานทดสอบจะถกจบยดดวยหวจบตดกบมอเตอรหมน ดงภาพท 2.17 และปลายอกดานหนงจะประกอบกบแบรงและอปกรณนบรอบ การหมน จากนนจะมการใหแรงกระทำากบชนทดสอบทคงท โดยชนทดสอบจะมลกษณะโกงขน ทำาใหผวดานบน รบแรงดงและผวดานลางรบแรงกด จากนนใหหมนมอเตอรไปจนกวาชนทดสอบจะแตกหก และบนทกจำานวนรอบทวสดแตกหกกบความเคนทให นำาไปสรางกราฟทแสดงความสมพนธระหวางความเคนกบจำานวนรอบดงภาพท 2.18 เรยกวา เสนโคง S-N (S-N curve)

ภาพท 2.17 เครองทดสอบความลา ทมา : ณรงคศกด ธรรมโชต, 2558, หนา 117

81

ภาพท 2.18 เสนโคงทแสดงความสมพนธระหวางความเคน-จำานวนรอบ (S-N curve) ทมา : ณรงคศกด ธรรมโชต, 2558, หนา 117

จากเสนโคง S-N จากภาพท 2.18 ลกษณะของเสนโคงจะลาดเอยงลงชวงหนง แลวจะเปลยนทศทางเปนเสนตรงขนานกบเสน N โดยเสนทลาดเอยงนนแสดงขอบเขตของความเคน ทเกดขนกบชนทดสอบ ทำาใหเกดการแตกหกความเคน เรยกวา ความตานทานความลา การแตกหกเกดขนเมอคาความตานทานตำากวาความแขงแรงสงสดของวสด จงเรยกการแตกหกนวา การแตกหกจากความลา (Fatigue failure) สวนเสนโคงทเปลยนทศทางเปนเสนตรงขนานกบแกน N บอกใหทราบถงวสดทนทานตอความเคนไดระดบหนงโดยไมเกดการแตกหก ไมวาจะหมนไปกรอบกตาม คาความตานทานของวสดดงกลาวเราเรยกวา ขดจำากดความทนทาน (Endurance limit) สำาหรบวสดบางชนด เชน เหลกลา สามารถประมาณคาขด

82

จำากดความทนทานไดโดยจะมคาประมาณครงหนงของความแขงแรงสงสด

การทดสอบวสดโดยการไมทำาลายวสด หมายถง เปนการนำาเอาวสดหรอชนงาน ทตองการทราบสมบตตาง ๆ มาทำาการทดสอบหรอตรวจสอบดวยเครองมอทดสอบชนดตาง ๆ ซงหลงจากการตรวจสอบแลว ชนงานนนจะสามารถนำากลบไปใชงานได โดยทผลทเกดขนจาก การทดสอบจะไมปรากฏใหเหนบนชนงาน หรอทจะทำาใหชนงานนนใชทำางานไมได โดยมรายละเอยดดงน (บญธรรม ภทราจารกล, 2553, หนา 128)

1. การทดสอบความแขงแบบใชคลนความถสง (Ultrasonic hardness test) เปนการทดสอบรอยราวของวสด เชน ทอสงกาซ ทอสงนำามน แกนเพลา ใบกงหน หรอความหนาของคอนกรต ทอโลหะ ทกระทำาไดงายสะดวก ใหผลการทดสอบไดอยางรวดเรว และประหยดเวลา ในการทดสอบไดมาก คลนความถสงเปนคลนสน มความถอยในชวง 0.1 – 15 MHz และอาจขนสงถง 50 MHz ในการทดสอบวงจรกำาเนดคลนความถจะถกสงไปยงอปกรณเปลยนคลนความถไฟฟาเปนคลนความถเสยง โดยผานสวตซทถกควบคมดวยวงจรสรางสญญาณพลส เมอคลนเสยงไปกระทบกบวตถทตองการตรวจจบกจะสะทอนกลบเขามายงอปกรณเปลยนคลนเสยงเปนคลนสญญาณทางไฟฟาแสดงผลทจอมอนเตอร

83

ภาพท 2.19 การตรวจหารอยโพรงอากาศในงานเชอมทอสงนำามน

ทมา : บญธรรม ภทราจารกล, 2553, หนา 129

2. การทดสอบความแขงดวยตมตกกระทบแลวสะทอนกลบ (Scleroscope hardness test) การทดสอบแบบนจะไดคาความแขงของโลหะแบบชอร (Shore scleroscope hardness number) ซงเปนการวดคาความแขงโดยการสะทอนกลบของหวเพชรขนาดเลก ๆ ทเปรยบเสมอนกบหวคอน โดยการปลอยหวเพชรใหตกลงมากระทบกบชนงานททำาการทดสอบจากความสงทยดไว เพอใหไดผลลพธทดเลศใหขดผวของชนงานทดสอบใหมความมนวาวสง การทดสอบแบบนยงเหมาะสมสำาหรบชนงานทดสอบทมผวโคงและมขนาดใหญ ๆ ซงวธการทดสอบความแขงของโลหะมดงน

2.1 ดงตมทหนกประมาณ 2.6 กรมขนไปตามทอแกว ใหมความสงตามทเครองวดนนกำาหนดไว แลวปลอยใหตมตกลงกระทบบนผวของชนงานททดสอบ

84

2.2 เมอตมตกกระทบชนงาน จะสะทอนกลบขนทางแนวดง ใหอานตำาแหนงทสงทสดทตมนสะทอนกลบขนเปนครงแรก ซงตรงกบคาใดบนมาตรวดทตดไวกจะไดคาความแขงของชนงาน

สำาหรบขอควรระวงจากการทดสอบความแขงดวยตมตกกระทบแลวสะทอนกลบ

1. ตองจดวางเครองมอวดใหอยในแนวดงจรง ๆ2. ตองใหตมตกกระทบผวโลหะในลกษณะตงฉาก3. เมอตองการวดความแขงโลหะชนเดยวกนหลาย ๆ ครง

ใหเปลยนตำาแหนงของการวดใหมทกครง

ภาพท 2.20 การตรวจสอบความแขงของคอนกรตดวยตมกระทบแลวสะทอนกลบ ทมา : บญธรรม ภทราจารกล, 2553, หนา 130

3. การทดสอบความแขงแบบดโรมเตอร (Durometer hardness test) เปนการทดสอบวสดทมความออนมาก ๆ หรอวสดทมความยดหยน เชน ยาง เราจะใชดโรมเตอรทำาการวดหาคาความแขง โดยการวดการตานของชนงานทดสอบดวยลกบอลสปรงทไปกดบนชนงานทดสอบ แลวอานคาความแขงทไดบนเกจวด ดโร

85

มเตอรจะมคาความแขงมาตรฐาน ASTM สเกล A และสเกล D สเกล A ใชวดคาความแขงวสดยดหยนออน สวนสเกล D ใชวดคาความแขงวสดทแขงกวา

ภาพท 2.21 ดอกยางรถยนตมคาความแขงดโรมเตอร 50A ถง 70A ขนอยกบการออกแบบ ทมา : บญธรรม ภทราจารกล, 2553, หนา 131

4. การทดสอบดวยนำายาแทรกซม (Penetrant test) การทดสอบแบบนจะใชนำายาพนลงไปบนชนงานทดสอบ ทำาใหสามารถแสดงถงตำาแหนงทเกดความบกพรองบนชนงาน เชน รอยแตกราวและรพรน ในระยะแรกทยงไมมนำายา จะใชผงชอลกผสมกบนำามนแลวทาลงบนชนงานทดสอบ ซงทำาใหทราบถงจดบกพรองของชนงานทดสอบได

86

ชนงานทดสอบ พนนำายาทดสอบปรากฏรอยราว

ภาพท 2.22 การทดสอบดวยนำายาแทรกซม

ทมา : บญธรรม ภทราจารกล, 2553, หนา 132

5. การทดสอบดวยผงแมเหลก (Magnetic particle test) เปนการทดสอบโดยใชหลกการทเมอเกดสนามแมเหลกแลวเราโรยผงเหลกลงไป ผงเหลกจะเรยงตวกนอยางเปนระเบยบ การทดสอบแบบน จงทำาใหชนงานทดสอบมสภาพเปนแมเหลก แลวโรยผงแมเหลกลงไปบนผวของชนงานทดสอบ ถาชนงานทดสอบจดใดเกดขอบกพรอง เชน เกดรอยราวหรอเกดรภายในชนงานทดสอบตรงจดนน ผงแมเหลกจะเรยงตวกนอยางไมเปนระเบยบ ทำาใหเราสามารถทราบถงจดบกพรองของชนงานทดสอบ

87

ภาพท 2.23 การเกดรอยแตกราวผงแมเหลกจะเรยงตวกนอยางไมเปนระเบยบ

ทมา : บญธรรม ภทราจารกล, 2553, หนา 132

6. การทดสอบดวยรงส (Radiographic test) เปนการทดสอบการใชรงสเอกซ (X-ray) หรอรงสแกมมา (Gamma ray) ฉายผานชนงานทดสอบไปทำาปฏกรยากบฟลมทอยดานหลงของชนงานทดสอบ ชนงานทดสอบทมความหนาและมความหนาแนนมากจะสามารถดดกลนรงสไดมาก ซงปรากฏเปนเงาขาวบนฟลม และบรเวณของชนงานทเกดจดบกพรอง เชน รอากาศหรอรอยแตกราว จะปรากฏเปนเงาดำาบนฟลม

ภาพท 2.24 การตรวจสอบรอยแตกราวดวย

รงส ทมา : บญธรรม ภทราจารกล, 2553, หนา

1337. การทดสอบดวยกระแสไหลวน (Eddy current test)

เปนการทดสอบจากหลกการทวาถามกระแสไฟฟาไหลผานขดลวด

88

ตวนำา จะทำาใหเกดสนามแมเหลกรอบ ๆ ขดลวดตวนำานนและเมอนำาขดลวดตวนำาไปสวมเขากบแทงโลหะ กจะทำาใหเกดกระแสไหลวนขนในแทงโลหะนน จงไดนำาหลกการนไปทดสอบหารอยราวของแทงโลหะทตองการทดสอบ การทดสอบชนงาน การทดสอบขนอยกบพนฐานความจรงทวา รอยราวในชนงานทดสอบจะเปนสาเหตให ความตานทานในขดลวดทอยใกลรอยราวเปลยนแปลงไปมากกวาจดทปราศจากรอยราวเครองมอทดสอบดวยกระแสไหลวนจะประกอบดวยตวตรวจจบรอยแตกราวและขดลวดนำา

ภาพท 2.25 การตดตงชดทดสอบดวยกระแสไหลวนเขากบชนงานทดสอบ

ทมา : บญธรรม ภทราจารกล, 2553, หนา 134

8. การทดสอบดวยการดลกษณะส ผว และนำาหนก ซงเราสามารถใชสายตาบอกชนดของวสดไดอยางคราว ๆ เชน เหลกหลอมผวหยาบเปนเมด เหลกกลามผวเรยบ ทองเหลองมสเหลอง หรอใช

89

สายตาในการตรวจสอบหาจดบกพรองของชนงาน เปนตน (ฝายวชาการ, 2545, หนา 186)

9. การทดสอบดวยการดจากลกษณะการใชงาน ซงเราสามารถบอกชนดไดจากลกษณะการใชงาน เชน กรอบมงลวดทำาจากอะลมเนยม ลวดพนมอเตอรทำาจากทองแดง เปนตน

10. การทดสอบดวยนำามน เปนการทดสอบโดยการนำาชนทดสอบไปตมในนำามนแลวปลอยทงไวใหเยนดวยอณหภมปกต แลวทำาการเชดนำามนออกใหแหงโรยดวยแปง หลงจากนนนำาไปองความรอน ถามนำามนซมออกมาจากชนงานแสดงวาชนทดสอบนนมรอยราวหรอรอยแตก

จะเหนไดวา การทดสอบวสดนนเราสามารถแบงการทดสอบวสดออกเปน 2 วธดวยกนอนไดแก การทดสอบวสดโดยการทำาลายวสด และการทดสอบวสดโดยการไมทำาลายวสด ซงการทดสอบวสดโดยการทำาลายวสดนนเปนการทดสอบเมอนำาวสดมาทำาการทดสอบกบเครองทดสอบตาง ๆ แลว วสดจะเกดรอยตำาหนหรอวสดจะไดรบความเสยหาย ไมสามารถนำากลบมาใชงานใหมไดอก ไดแก การทดสอบแรงดง การทดสอบความแขง เปนตน สวนการทดสอบวสดโดยการไมทำาลายวสดเปนการนำาเอาวสดหรอชนงานทตองการทราบสมบตตาง ๆ มาทำาการทดสอบหรอตรวจสอบดวยเครองมอทดสอบชนดตาง ๆ ซงหลงจากการตรวจสอบแลว ชนงานนนจะสามารถนำากลบไปใชงานใหมได โดยทผลทเกดขนจากการทดสอบจะไมปรากฏใหเหนบนชนงาน หรอทจะทำาใหชนงานนนใชทำางานไมได ไดแก การทดสอบความแขงแบบใชคลนความถสง การทดสอบความแขงดวยตมตกกระทบแลวสะทอนกลบ การทดสอบความแขงแบบดโรมเตอร การทดสอบดวยนำายาแทรกซม เปนตน

ความเสยหายของวสด

90

สำาหรบความเสยหายของวสดเปนสงทอาจเกดขนไดกบวสดทกชนดทถกใชงานอยในชวตประจำาวน โครงสรางอาคารบานเรอนหรอโรงงานอตสาหกรรมตลลอดจนรถยนตหรอเครองใชภายในบานทสรางขนจากชนสวนของวสด หากพจารณาในเชงสถตแลวเราจะเหนวา โอกาสทชนสวนใดชนสวนหนงจะเกดความเสยหายนนมไมนอย สาเหตของความเสยหายตาง ๆ ทเกดขนอาจเนองมาจากการออกแบบทไมเหมาะสม การเลอกใชวสดผดประเภทหรอแมแตการใชกระบวนการผลตทไมถกตอง ดงนนหนาทของวศวกรจะตองคำานงถงความเสยหายของวสด ทอาจจะเกดขนเปนอยางมากนนหมายถงความไมปลอดภยทอาจจะเกดขนกบชวตและทรพยสนของเราได ซงลกษณะของการแตกหกทเกดขนกบวสด กลศาสตรการแตกหก และการแตกหกเนองจากความลา โดยมรายละเอยดดงน (ณรงคศกด ธรรมโชต, 2558, หนา 122)

1. การแตกหกแบบเหนยว (Ductile fracture) การแตกหกแบบเหนยวสามารถเกดขนกบโลหะทมความเหนยวและมความทนทานตอความแตกหกสง ๆ ลกษณะของการเปลยนรปกอนการแตกหกของวสดเหนยว โดยปกตแลวจะมลกษณะคอคอดขนกอนการฉกขาดของเนอโลหะ การแตกหกแบบเหนยวนปกตจะเกดขนเมอโลหะรบแรงเกนขดจำากดทจะทนทานได หรอโลหะไดรบความเคนทสงเกนไป จงทำาใหเกดการแตกหกขน จากการทดสอบแรงดงกบโลหะ การแตกหกแบบเหนยวจะเรมตนจากการเกดคอคอด จากนนจะเกดรหรอชองวางขนาดเลกขนบรเวณกงกลางของชนทดสอบ ซงเปนผลมาจากความเคนทกระทำากบชนทดสอบทบรเวณขอบเกรนหรอบรเวณผวสมผสระหวางโลหะและสารมลทนทฝงอยภายใน และเมอความเคนเพมขนชองวางขนาดเลก จะขยายตวโตขนและรวมตวกนเปนชองวางขนาดใหญและลกลามจนฉกขาดในทสด

91

ภาพท 2.26 ขนตอนการเกดการแตกหกแบบเหนยวของโลหะทไดรบแรงดง ทมา : ณรงคศกด ธรรมโชต, 2558, หนา 123

2. การแตกหกแบบเปราะ (Brittle fracture) การแตกหกแบบเปราะสามารถเกดขนกบโลหะหรอโลหะผสมทมความแขงแรงสง ๆ หรอกลมทมความเหนยว สำาหรบโลหะทมความเหนยวบางชนดอาจเกดการแตกแบบเปราะไดทอณหภมตำา ๆ การแตกหกแบบเปราะจะมการเปลยนรป ในสภาวะพลาสตกทนอยมากหรอไมมเลย การแตกหกโดยมากจะมจดเรมตนรอยแตกราวขนาดเลก ซงเปนจดศนยรวมความเคนทมความเขมสง การลกลามหรอการขยายตวของรอยแตกราวบางครง จะมอตราเรวเทากบความเรวของเสยงทวงผานเนอโลหะ โดยปกตแลวลกษณะของการแตกหก จะตงฉากกบทศทางของความเคนดงทกระทำากบโลหะดงภาพท 2.27 (ก) ทำาใหผวของรอยแตกหก มลกษณะแบนเรยบ บางครงการแตกหกอาจเปนการแตกระหวางเกรน (Intergranular) ดงภาพ ท 2.27 (ข) หรอบางครงลกษณะของการแตกหกอาจเปนการแตกแบบผาเกรน (Trans granular or trans crystalline) ดงภาพท 2.27 (ค) ซงในกรณหลงนมกเกดขนเมอโลหะมโครงสรางทมสวนผสม ไมสมำาเสมอหรอมสารมลทนฝงอยในเกรนของโลหะ

92

(ก) (ข) (ค) ภาพท 2.27 (ก) การแตกหกแบบเปราะ (ข) การแตกหกระหวางเกรน (ค) การแตกหกผาเกรน ทมา : ณรงคศกด ธรรมโชต, 2558, หนา 124

3. กลศาสตรการแตกหก (Fracture mechanics) กลศาสตรการแตกหกเปนศาสตรทศกษาพฤตกรรมหรอกลไกการแตกหกของวสด ทมความสมพนธระหวางสมบตทางกล แรงทกระทำา และจดบกพรองหรอรอยตำาหนในเนอหรอทผวของวสดททำาใหเกดการลกลาม หรอขยายตวเปนรอยแตกราวในทสด จดบกพรองหรอรอยตำาหนขนาดเลกนหมายถง รอยแตกราวระดบจลภาค (Micro cracks) ชองวางระดบจลภาค (Micro void) หรอสารมลทนทไมพงประสงค (Inclusion) ในเนอวสดซงไมรวมถงจดบกพรองในระดบอะตอม เชน การเกดชองวางในผลกและดสโลเคชน สงทเราตองการทราบจากการศกษากลศาสตรการแตกหกคอ คาความเคนสงสด ทวสดจะรบไดนนมคาเทาไร หากวสดนนมจดบกพรองทเรารขนาดและรปรางทแนนอน

ซงสมประสทธความทนทานตอการแตกหก (Fracture toughness) เปนการวดความสามารถในการรบแรงของวสดในสภาวะทมรอยตำาหนหรอจดบกพรองอย การทดสอบกระทำาโดยการใหความเคนดงกบชนทดสอบททำาใหเกดรอยตำาหนหรอจดบกพรองททราบขนาดและรปรางทแนนอน ดงภาพท 2.28 ความเคนทกระทำา

93

กบชนทดสอบนนจะมความเขมสงมากทบรเวณรอยตำาหนทเตรยมไว บางครงเราเรยกบรเวณนวา บรเวณเพมความเคน โดยเฉพาะอยางยงความเคนของรอยตำาหนทผวนอกจะมมากกวาความเคนทเกดขนกบรอยตำาหนบรเวณศนยกลางของ ชนทดสอบดงภาพท 2.28 (ข) โดยจะเปรยบเทยบไดจากกราฟดงภาพท 2.28 (ค) ความเคนทเกดขนนจะมากนอยเพยงใดขนอยกบรปทรงทางเรขาคณต และการเรยงตวของรอยตำาหน

(ก) (ข) (ค)

ภาพท 2.28 (ก) รอยตำาหนบรเวณผว (ข) รอยตำาหนบรเวณศนยกลาง (ค) การกระจายตวรอยแตกทมา : ณรงคศกด ธรรมโชต, 2558, หนา 126

สำาหรบความสามารถในการตานทานการขยายตวของรอยแตกราวของวสดขนอยกบองคประกอบหลายอยางซงประกอบไปดวยรายละเอยดดงน

1. รอยแตกราวขนาดใหญจะทำาใหไดรบความเคนไดลดลง ดงนนการลดขนาดของรอยแตกรางใหเลกลงจะชวยเพมสมประสทธความทนทานการแตกหกใหสงขน

94

2. ความสามารถในการเปลยนรปของวสด วสดเหนยวมความสามารถในการเปลยนรปไดด ดงนนเมอไดรบความเคนจะเกดการขยายตวบรเวณปลายของรอยแตก ทำาใหมมแหลมขยายตวขน สงผลใหความเขมของความเคนบรเวณดงกลาวลดลง จงชวยปองกนการขยายตวของรอยแตกได

3. วสดทมความหนาจะมสมประสทธความตานทานการแตกหกสงกวาวสดบาง

4. การเพมอตราเรวของแรงทกระทำาวสดใหสงขน เชน การทดสอบแรงกระแทก จะทำาใหคาสมประสทธความทนทานการแตกหกลดลง

5. อณหภมทเพมขนจะทำาใหสมประสทธความทนทานการแตกหกสงขนเมดเกรนขนาดเลกจะชวยใหสมประสทธความทนทานการแตกหกสงขน

4. การแตกหกจากความลา (Fatigue fracture) การแตกหกจากความลาเกดขนเนองจากวสดไดรบความเคนสลบไปมาเปนวฏจกรจนเกดการลาตว และเกดการแตกหกขนในทสด แมความเคนทไดรบนนตำากวาความเคน ณ จดคลากกตาม กระบวนการแตกหกเนองจากความลาเกดขนได จากจดเรมตนการแตก การขยายตวของรอยแตก และเกดการแตก ซงลกษณะของรอยแตกหกเนองจากความลาบอยครงทจะทำาการสงเกตเหนไดคอนขางงาย โดยลกษณะผวของรอยแตก ใกลบรเวณจดกำาเนดรอยแตกจะมลกษณะคอนขางเรยบ จากนนบรเวณถดมาจะเรมมผวหยาบและขนาดโตขนเรอย ๆ และในบรเวณสดทายผวรอยแตกจะมลกษณะการถกฉกขาด

95

ภาพท 2.29 ลกษณะผวของรอยแตกเนองจากความลา ทมา : ณรงคศกด ธรรมโชต, 2558, หนา 129

ปจจยทมผลตออายความตานทานความลาของโลหะหรอโลหะผสมจะไดรบอทธพลจากปจจยหลาย ๆ ดานนอกเหนอจากสวนผสมทางเคมของโลหะเอง ปจจยดานตาง ๆ ทมความสำาคญประกอบรายละเอยดดงน

1. ความเขมของความเคน (Stress concentration) ความตานทานความลาของวสด จะลดลงหากวสดมรอยแตก ร หรอรอยบกพรองทจะเปนจดศนยรวมของความเคน ทำาใหจดดงกลาวมความเขมขนของความเคนสง และจดดงกลาวจะเปนจดเรมตนของการแตกหกแบบลาตว ดงนนเพอหลกเลยงปญหาดงกลาว เราควรทำาการออกแบบใหชนสวนมจดทจะทำาใหเกดความเขมขนของความเคนใหนอยทสด

2. ความหยาบของผว (Surface roughness) โดยทว ๆ ไปแลวผวของวสดทมความเรยบมาก ๆ จะทำาใหความตานทาน

96

ความลาเพมขนดวย ผววสดทหยาบจะทำาใหเกดบรเวณเพมความเคนขน และจะกลายเปนจดเรมตนของการแตกหกจากความลาได

3. สภาพของผว (Surface condition) โดยทวไปแลวการแตกหกเนองจากความลา จะเรมตนจากผววสดกอน ดงนนการเปลยนแปลงสภาพของผววสดจะมผลตอความตานทาน ความลาโดยตรง ตวอยางเชน การชบแขงทผวของเหลกกลาดวยวธการคารเบอรไรซงหรอไนไตรดง จะชวยยดอายของความลาใหสงขน ในขณะทหากชนงานเหลกกลาเกดการสญเสยคารบอนทผวขณะทำาการอบชบ กจะทำาใหอายของความลาลดลงได เปนตน

4. สภาพแวดลอม (Environment) หากโลหะอยในสภาพแวดลอมทมการกดกรอน กจะชวยเรงอตราการขยายตวของรอยแตกราวเนองจากความลาขนไปอก ซงทำาใหเกดความเสยหายทเรยกวา การกดกรอนรวมกบความลาขนได

จะเหนไดวา ความเสยหายของวสด สาเหตหลกของความเสยหายตาง ๆ ทเกดขนนนอาจเกดจากการออกแบบ การเลอกใชวสด หรอการเลอกใชกระบวนการผลตทไมถกตอง ดงนนผทมหนาทรบผดชอบโดยตรงอยางวศวกร จงมความจำาเปนอยางยงทจะตองคำานงถงความเสยหาย ทจะเกดขนกบวสด เมอมการนำาวสดไปใชงาน จากการพจารณาเลอกใชวสดแตละชนดแตละประเภทนนจะสงผลตอความปลอดภยกบชวตและทรพยสนของเราได ซงลกษณะของความเสยหายทเกดขนกบวสดอยางเชน การแตกหกแบบเหนยว การแตกหกแบบเปราะ กลศาสตรการแตกหก และการแตกหกจากความลา เปนตน

บทสรป

97

สมบตของวสด ซงวสดเปนสารเคมทมองคประกอบของสงตาง ๆ ททำาขน หรออาจเกดขนเองจากธรรมชาต โดยมนษยสามารถสมผสได และมสมบตเฉพาะตวทางฟสกส ทางเคม หรอสมบตทางกลแตกตางกน โดยเฉพาะอยางยงสมบตประการแรกทเราควรจะตองทำาการพจารณา ไดแก สมบตทางกลของวสด โดยวสดทจะนำามาใชงานนนจำาเปนทจะตอง มความแขงแรง ความยดหยน ความเหนยวเพยงพอตอการทจะนำาไปใชงานนน ๆ ซงตองผานการทดสอบดวยเครองมอมาตรฐานจากการทดสอบวสดทมความเชอถอจากองคกรทไดรบการรบรองมาตรฐานสากล โดยเฉพาะอยางยงสมบตดานความแขงแรงของวสดเปนสมบตของวสดแตละประเภททมสวนผสมทางเคมทแตกตางกน เมอมแรงภายนอกมากระทำาตอวสดนน ๆ จะทำาใหเกดการเปลยนแปลงรปขน ซงการเปลยนแปลงรปจะเปนการเปลยนรปอยางยดหยน หรอเปนการเปลยนรปอยางถาวรกขนอยกบวสดแตละประเภท เมอรบแรงแลวจะเกดการเปลยนรปหรอ เปลยนขนาดไปจากเดมเทาใด จากความสมพนธระหวางความเคนกบความเครยดในการทดสอบวสดเหลกนน จะบงบอกถงสมบตของวสดดานความแขงแรงเกยวกบพกดความเปนสดสวน พกดความยดหยน จดคลาก ความเคนพสจน และความแขงแรงสงสดของวสด นอกจากดานความแขงแรงแลว ยงสามารถบงบอกสมบตดานอน ๆ อนไดแก ความลา การคบ ความแขงแรงดด ความแขงแรงบด ความเหนยวแนน เปนตน

ในการทดสอบวสดนนเราสามารถแบงการทดสอบวสดออกเปน 2 วธดวยกน ไดแก การทดสอบวสดโดยการทำาลายวสด และการทดสอบวสดโดยการไมทำาลายวสด ซงการทดสอบวสดโดยการทำาลายวสดนนเปนการทดสอบเมอนำาวสดมาทำาการทดสอบกบเครองทดสอบตาง ๆ แลว วสดจะเกดรอยตำาหนหรอวสดจะไดรบความเสยหาย ไมสามารถนำากลบมาใชงานใหมไดอก สวนการทดสอบ

98

วสดโดยการไมทำาลายวสดเปนการนำาเอาวสดหรอชนงานทตองการทราบสมบตตาง ๆ มาทำาการทดสอบหรอตรวจสอบดวยเครองมอทดสอบชนดตาง ๆ ซงหลงจากการตรวจสอบแลว ชนงานนนจะสามารถนำากลบไปใชงานใหมได ผลจากความเสยหายของวสด สาเหตหลกของความเสยหายตาง ๆ ทเกดขนนนอาจเกดจากการออกแบบ การเลอกใชวสด หรอการเลอกใชกระบวนการผลตทไมถกตอง ดงนนผทมหนาทรบผดชอบโดยตรงอยางวศวกร จงมความจำาเปนอยางยงทจะตองคำานงถงความเสยหายทจะเกดขนกบวสด เมอมการนำาวสดไปใชงาน จากการพจารณาเลอกใชวสดแตละชนดแตละประเภทนนจะสงผลตอความปลอดภยกบชวตและทรพยสนของเราได

คำาถามทบทวน

99

1. สมบตของวสด เพอใหไดวสดทเหมาะสมกบสภาพงานนน ๆ สมบตของวสดทควรจะตองนำามาทำาการพจารณาไดแกอะไรบาง

2. การเลอกใชวสดในงานวศวกรรมนน สมบตประการแรกทเราควรจะตองนำามา ทำาการพจารณาไดแกอะไร

3. จงอธบายความหมายของคำาวาความเคน4. จงอธบายความหมายของคำาวาความเครยด5. จงอธบายความสมพนธระหวางความเคนกบ

ความเครยดจากการทดสอบการดงวสดประเภทเหลก6. จงอธบายความหมายของคำาวาการทดสอบวสดโดยการ

ทำาลายวสด7. จงอธบายความหมายของคำาวาการทดสอบวสดโดยการ

ไมทำาลายวสด8. ในการทดสอบรอยราวของวสด เชน ทอสงกาซ ทอสง

นำามน แกนเพลา ใบกงหน หรอความหนาของคอนกรต ทอโลหะ ซงใหผลการทดสอบไดอยางรวดเรว และประหยดเวลา ควรใชการทดสอบแบบใด

9. ความสามารถในการตานทานการขยายตวของรอยแตกราวของวสดขนอยกบองคประกอบทสำาคญอะไรบาง

10. ปจจยอะไรบางทมผลตออายความตานทานความลาของโลหะหรอโลหะผสม

100

เอกสารอางอง กว หวงนเวศนกล. (2550). วสดวศวกรรมกอสราง. กรงเทพฯ: ซเอดยเคชน. . (2556). วสดวศวกรรม. กรงเทพฯ: รงแสงการพมพ.ณรงคศกด ธรรมโชต. (2556). โลหะวทยา. กรงเทพฯ: โรงพมพจฬาลงกรณมหาวทยาลย. . (2558). วสดวศวกรรม. กรงเทพฯ: ส. เอเชยเพรส (1989).บญธรรม ภทราจารกล. (2553). วสดชางอตสาหกรรม. กรงเทพฯ: ซเอดยเคชน.ฝายวชาการ. (2545). วสดชางอตสาหกรรม. กรงเทพฯ: สยามสปอรต ซนดเคท. สระเชษฐ รงวฒนพงษ. (2541). กลศาสตรของแขง. กรงเทพฯ: ซเอดยเคชน.สวนชย พงษสกจวฒนและคณะ. (2548). วสดศาสตรและวศวกรรมวสดพนฐาน. กรงเทพฯ:

สำานกพมพทอป.อดมวทย กาญจนวรงศ. (2545). การทดสอบวสด. กรงเทพฯ: สกายบกส.