ใบเนื้อหาหน่วยที่ 12

1

1

1. สมบัตขิ องวัสดุ
วัสดุแต่ละชนิดมีสมบัติที่ต่างกันในระดับที่แตกต่าง จึงมีพฤติกรรมในทิศทางที่แตกต่างกัน

ภายใต้สภาวะที่กำหนดสมบัติเหลา่ นี้ประกอบดว้ ย สมบัตทิ างกล สมบัติทางเคมี สมบตั ทิ างไฟฟ้า สมบัติ
ทางความร้อน สมบตั ิทางกายภาพ และสมบัตกิ ารเปน็ แมเ่ หล็ก

วศิ วกรผู้ออกแบบต้องสนใจในพฤติกรรมของวัสดภุ ายใตภ้ าระซงึ่ เป็นธรรมชาตใิ นทางกลสำหรับ
การออกแบบเครื่องจกั รและโครงสร้างวสั ดุใด ๆ ท่อี ยภู่ ายใต้ภาระท่ีบังคับจะมีการเปลี่ยนรูป โค้งงอ และ
แตกหัก โดยข้นึ อยกู่ ับขนาดของภาระที่มากระทำตอ่ วสั ดุ [1]

1.1 ประเภทและการเลือกวัสดุ
วัสดุทางวิทยาศาสตร์และทางวิศวกรรมมีบทบาทที่สำคัญอย่างมากในวงการวิทยาศาสตร์ และ
เทคโนโลยีสมัยใหม่มีมากมายหลายชนิดที่ถูกนำไปใช้ในวงการอุตสาหกรรม เกษตรกรรม การขนส่ง
อาคารบ้านเรือน เป็นต้น เพื่อตอบสนองความต้องการของแต่ละภาคส่วน การพัฒนาอย่างรวดเร็วใน
สาขาทฤษฎีควอนตัมของของแข็งได้เปิดโอกาสเพื่อความเข้าใจและการนำไปใช้ที่ดีกว่าของวัสดุท่ี
หลากหลาย ความสำเร็จในสาขาของอวกาศเป็นผลสบื เนอ่ื งท่ีสำคญั มาจากความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วใน
การสร้างวสั ดทุ ท่ี นตอ่ อุณหภูมสิ ูงและแขง็ แรงสูง [1]
การเลือกวัสดุเฉพาะสำหรับใช้เฉพาะเป็นกระบวนการที่ยุ่งยากมาก อย่างไรก็ตามทางเลือกท่ี
สามารถทำให้เข้าใจได้ง่ายถ้ามีรายละเอยี ดเก่ยี วกับสง่ิ ต่อไปน้ี

1.1.1 ปจั จัยที่กำหนดในการทำงาน
1.1.2 สมบัตขิ องวัสดุ
1.1.3 ข้อกำหนดท่นี ำไปใช้งาน
1.1.4 การพิจารณาเรอื่ งคา่ ใช้จ่าย
1.2 ปัจจัยที่มผี ลกระทบต่อการเลือกวัสดุ
ปัจจยั ทมี่ ผี ลกระทบต่อการเลือกวสั ดุ สามารถสรปุ ไดด้ ังตารางท่ี 12.1 [1]

ตารางท่ี 12.1 ปัจจัยท่มี ีผลกระทบต่อการเลือกวัสดุ การพจิ ารณา ปจั จัยทกี่ ำหนดในการ
สมบตั ขิ องวสั ดุ ข้อกำหนดที่นำไปใชง้ าน ค่าใช้จ่าย ทำงาน
- วตั ถดุ บิ
- สภาพพลาสติก - ความทนทาน - กระบวนการ - แรงดนั
- ความสามารถในการตี - ความแข็ง - การจดั เกบ็ - อุณหภมู ิ
เปน็ แผ่นหรอื รปู รา่ งได้ - สภาพแข็งแกร่ง - กำลงั คน - การไหล
- ความออ่ นเหนียว - ความเหนียว - ชนิดของวัสดุ

2

ตารางที่ 12.1 ปัจจยั ท่ีมีผลกระทบต่อการเลือกวสั ดุ (ต่อ)

คุณสมบตั ิของวสั ดุ ขอ้ กำหนดที่นำไปใชง้ าน การพจิ ารณา ปัจจยั ท่ีกำหนดในการ
ทำงาน
คา่ ใชจ้ ่าย
- ขอ้ กำหนดการกัด
- ความสามารถในการ - การนำความรอ้ น - การปฏิบตั ิการ กร่อน
- สิ่งแวดลอ้ ม
ตกแต่งด้วยเคร่ืองจักร - การลา้ ตัว พเิ ศษ - การป้องกนั จากไฟ
- สภาพอากาศ
- ความสามารถในการ - การปฏบิ ตั ทิ างไฟฟา้ - การตรวจสอบ - ผลกระทบทาง
ชีวภาพ
เช่อื ม - การไหลของโลหะภายใต้ - สมบตั ใิ นการ

- ความร้อน แรงดันหรืออุณหภูมิสูง บรรจุหบี หอ่

- การเป็นเครอ่ื งมอื - ความสวยงาม - สินคา้ คงคลงั

- ภาษีศลุ กากร

1.3 ข้อกำหนดดา้ นวิศวกรรม
ขณะที่การเลือกวัสดสุ ำหรับจุดมุ่งหมายดา้ นวิศวกรรม สมบัตติ ่าง ๆ เช่น ความแข็งแกร่งต่อแรง
กระแทก ความแข็งแกร่งต่อแรงตึง ค่าความแข็งจะบ่งบอกความเหมาะสมในการเลือกวัสดุ แต่วิศวกรที่
ออกแบบต้องแนใ่ จวา่ การบนั ทึกภาพด้วยรังสีและสมบัติอ่นื ๆ ของวัสดเุ ปน็ ไปตามข้อกำหนด ส่ิงหน่ึงคือ
สามารถกำหนดวิธีการผลิตของชิ้นส่วน อายุการบริการต้นทุน เป็นต้น อย่างไรก็ตามเนื่องจากความ
ต้องการที่แปรเปลี่ยนในการทำวัสดุที่เป็นโลหะ สิ่งหนึ่งที่ต้องการก็คือ การปฏิบัติเกี่ยวกับผิวงานพิเศษ
เช่น การชุบแข็งการอบอ่อนคืนตัว เป็นต้น นอกจากนี้มีสมบัติทางเคมีของวัสดุ เช่น โครงสร้าง ความ
ต้านทานต่อสภาพแวดลอ้ ม บรรยากาศก็เป็นผลกระทบใหต้ อ้ งมกี ารเลอื กใชว้ สั ดใุ นทางวศิ วกรรม
วสั ดุพอลเิ มอร์และวสั ดุพลาสติกก็เปน็ ท่นี ยิ มใช้เปน็ วสั ดใุ นวงการวิศวกรรม ถึงแม้ว่าวัสดุจำพวก
นี้จะมีความด้อยกว่าโลหะด้านความแข็งแรงและความต้านทานต่ออุณหภูมิ แต่ไม่นำไปใช้ในสภาวะที่มี
การกัดกร่อน คงนำไปใช้ในงานที่มีการสกึ หรอน้อย เช่น เฟืองเล็ก ๆ ในพัดลม สว่านไฟฟ้า เป็นต้น โดย
แต่เดิมนั้นผลิตจากเหล็กกล้าชุบแข็ง แต่ปัจจุบันสามารถผลิตจากไนลอนและเทฟลอน ดังนั้นก่อนการ
เลือกวัสดุหรือออกแบบชิ้นส่วน สิ่งทีส่ ำคัญคือ ต้องเข้าใจความต้องการ ตลอดจนกระบวนการ ข้อจำกัด
การทำงานด้านเงื่อนไขของอันตรายหรือไม่อันตราย การทำงานอย่างต่อเนื่องหรือไม่ต่อเนื่อง ความ
พร้อมของวัตถุดิบ วัสดุทางเลือก อะไหล่ อายุการใช้งานของเครื่องมือ อุปกรณ์ในการผลิต วัสดุท่ี
แตกต่างกันมีสมบัติที่แตกต่างกันและเพื่อให้พบข้อกำหนดสำหรับจุดมุ่งหมายด้านวิศวกรรม สมบัติ
ตา่ ง ๆ ของวสั ดทุ ตี่ อ้ งเลือกมีดงั ตอ่ ไปน้ี [1]

3

1.3.1 สมบตั ทิ างกล (Mechanical Properties) มีดงั นี้
1) ความแข็งแรง (Strength) คือ ความสามารถในการรับแรง โดยวัสดุไม่

เสียรปู ทรง แตกร้าว หรอื พงั ทลาย ท้งั นี้ ขึ้นอยกู่ บั ความแข็งแรงของวสั ดุ โดยวดั เปน็ แรงต่อพ้ืนท่ีหน้าตัด
ของวัสดุทีร่ บั แรง มหี น่วยเป็นปอนด์ (PSI) หรอื นิวตนั ต่อตารางเมตร (N/m2) โดยแบง่ เป็น [3]

- ความแขง็ แรงทางแรงดึง (Tensile Strength) คอื ความสามารถ
ของวัสดุเพื่อต้านทานการใช้แรงดึง ต้านทานต่อแรงดึงโครงสร้างภายในของวัสดุ แรงที่มากระทำอยู่ใน
ลักษณะการดึง (Tensile) และแนวแรงตั้งฉากกบั พื้นที่หน้าตัดของวัสดุทำให้วัสดุออกแรงต้านเพื่อไม่ให้
เกิดการขาดออกจากกัน เชน่ เชอื ก ลวด หรือคานในงาน โครงสรา้ งกบั จดุ ท่ีแตกหัก คำจำกดั ความทั่วไป
ของความแข็งแกร่งมี 3 ชนดิ คือ

• ความแขง็ แรงจดุ คราก (Yield Strength)
• ความแขง็ แรงสูงสดุ (Ultimate Strength)
• ความแขง็ แรงทจี่ ดุ แตกหัก (Breaking Strength)
- ความแข็งแรงทางแรงกด (Compressive Strength) คือ แรง
ทม่ี ากระทำอยู่ในลกั ษณะการกดอัด (Compressive) และแนวแรงตัง้ ฉากกบั พ้ืนท่ีหน้าตดั ของวัสดุ ทำให้
วสั ดอุ อกแรงต้านทานเพื่อไม่ใหเ้ กดิ การแตกหัก
- ความแข็งแรงทางแนวเฉือน (Shear Strength) คือ แรงที่มา
กระทำอยู่ในลักษณะการเฉือน (Shear) แนวแรงจะขนานกับพื้นที่หน้าตัดของวัสดุ ทำให้วัสดุออกแรง
ต้านเพือ่ ไม่ให้ถูกเฉือนขาดออกจากกนั
- ความแข็งแรงในการรับแรงบิด (Torsion Strength) คือ
ความสามารถของวัสดุในการต้านทานต่อการถูกบดิ ใหห้ มนุ ไปตามทิศทางของแรงที่มากระทำ

2) ความแข็ง (Hardness) คือ ระดับของการต้านทานรอยขีดข่วน การครูด
ถู และการสึกหรอ โดยการใช้โลหะผสมหรอื เทคนิคการชบุ แข็งเพอ่ื ทำให้วัสดุแข็งข้ึน [1]

ความแข็งเป็นการวัดความต้านทานวัสดุที่เป็นของแข็งหลาย ๆ ชนิดต่อการ
เปล่ยี นแปลงรปู ทรงอย่างถาวรเม่ือมีการใช้แรงกระทำต่อวสั ดุ ความแขง็ ของวัสดสุ ามารถมองเห็นด้วยตา
เปล่า โดยทั่วไปมีคุณลักษณะจากการยึดเกาะภายในโมเลกุลที่แข็งแรง แต่พฤติกรรมของวัสดุที่เป็น
ของแขง็ ภายใต้แรงมีความซบั ซ้อน เพราะฉะน้ันมีการวดั ความแข็งที่แตกต่างกัน เช่น การวัดรอยขีดข่วน
การใช้แรงกดใหเ้ กดิ รอยที่ผิว การวดั ความแข็งแบบกระดอน

4

3) ความออ่ นเหนียว (Ductility) คือ สมบตั ิของโลหะซง่ึ สามารถยืดเป็นเส้น
และยดื ยาวออกกอ่ นทจ่ี ะแตกขาด โดยขน้ึ อยกู่ บั ขนาดเกรนของผลึกโลหะในวัสดุวทิ ยาศาสตร์ ความอ่อน
เหนียว คือ ความสามารถของวัสดุของแข็งที่เปลี่ยนรูปทรงภายใต้ความเค้นแรงดึง คุณลักษณะนี้เป็น
ความสามารถของวสั ดุที่ถูกตีแผ่เป็นลวดได้ ส่วน Malleability เป็นความสามารถในการขึ้นรูปได้สูง คือ
ความสามารถของวสั ดุในการเปลยี่ นรูปทรงภายใต้ความเคน้ แรงกดซ่ึงมีคุณลักษณะในการตีเปน็ แผ่นบาง
โดยการตอกหรอื มว้ นได้

4) ความแข็งแรงต่อแรงกระแทก (Impact Strength) คือ พลังงานที่
ตอ้ งการตอ่ หนว่ ยพ้นื ทีภ่ าคตัดขวาง เพอื่ ทำให้ช้นิ ทดสอบแตก เชน่ การวัดการตอบสนองของวัสดุในการ
รับแรงแบบฉบั พลนั

5) ความต้านทานต่อการสึกหรอ (Wear Resistance) คือ ความสามารถ
ของวัสดุในการต่อต้านการสึกหรอภายใต้สภาวะเฉพาะ เช่น การคงไว้ซึ่งขนาดทางกายภาพเมื่อมีการ
เลือ่ นหรอื การกลิง้ สมั ผสั กับวัสดุช้นิ ท่ีสอง

การสกึ หรอ (Wear) คือ การกัดกร่อนจากผวิ หน้าของแข็งโดยการกระทำของ
ของแข็งอื่น ๆ โดยการสกึ หรอมีหลายชนิด คอื

- การสึกหรอแบบขัดสี (Abrasive Wear) เกิดขึ้นเมื่อผิวหน้า
ของแข็งหยาบเลื่อนตามขวางบนผิวหน้าที่อ่อนกว่า โดยสมาคมเพื่อการทดสอบและวัสดุแห่งอเมริกา
เดิมได้กำหนดไว้ว่าเป็นการสูญเสียวัสดุเนื่องมาจากอนุภาคที่แข็ง ซึ่งถูกแรงต้านและเคลื่อนไปตาม
ผิวหนา้ ของของแขง็

- การสึกหรอแบบยึดติด (Adhesive Wear) เป็นการสึกหรอที่เกดิ
จากการสัมผัสกันของผวิ หนา้ ช้ินงาน 2 ชิ้นท่มี ีแรงเสยี ดทาน และโดยทว่ั ๆ ไป หมายถึง การเกาะตดิ หรือ
การกระจัดกระจายของเศษวัสดุที่สึกหรอที่ไม่ต้องการ และส่วนประกอบวัสดุจากผิวหน้าหนึ่งไปยังอีก
ผิวหน้าอ่นื ซ่ึงกลไกทั้งสองจะแยกการทำงานระหว่างผิวหน้า

- การสึกหรอกับการล้าตัวที่ผิวหน้า (Surface Fatigue Wear)
เกิดจากแรงที่กระทำต่ำกว่าจุดครากและกระทำซ้ำไปซ้ำมาหลายครั้ง ทำให้มีอุณหภูมิที่ผิวสัมผัสสูงขึ้น
และต่ำลงอย่างรวดเรว็ ทำใหผ้ วิ หนา้ สมั ผสั เกิดการล้าตวั และเปน็ หลุมเป็นบอ่ เกดิ การแตกร้าว

- การสึกหรอแบบครูดถู (Fretting Wear) เกิดจากการขัดถูซ้ำไป
ซ้ำมาระหว่างผวิ หน้าสองผิวหนา้ ในช่วงเวลา ซึ่งจะขจัดวัสดจุ ากหนึง่ หรือสองผิวหนา้ ที่สัมผสั กัน โดยพบ
เหน็ ทว่ั ไปในแบรงิ

5

- การสึกหรอแบบกัดเซาะ (Erosive Wear) เป็นการเคลื่อนที่สั้น
มากในระยะเวลาสั้น ๆ การสึกหรอนี้เกิดโดยการกระแทกของอนุภาคของของแข็งหรือของเหลวด้าน
ผิวหน้าของวัตถุ การกระแทกของอนุภาคจะขจัดวัสดุทีละน้อยจากผิวหน้าผ่านการเปลี่ยนรูปซ้ำแล้วซำ้
อีก ตัวอย่างที่เห็นทั่วไปของการสึกหรอชนิดนี้ คือ การเคลื่อนที่ของสารละลายที่เข้มข้นผ่านท่อและ
อปุ กรณป์ ัม๊

6) ความต้านทานต่อการกัดกร่อน (Corrosion Resistance) เป็น
ความสามารถของวัสดุเพื่อต้านทานการเสื่อมสภาพจากสาเหตุที่สัมผัสกับสิ่งแวดล้อมหรือโล หะและ
โลหะผสมเหล่านั้น ซึ่งทนต่อการกัดกร่อนของตัวกลาง เช่นกระบวนการกัดกร่อนต่าง ๆ ซึ่งดำเนินอยู่
ภายในวสั ดุท่ีมีอตั ราการกดั กรอ่ นตำ่ ซง่ึ เปน็ รปู แบบของความต้านทานการกัดกร่อน

7) ความหนาแน่น (Density) เป็นปัจจัยสำคัญของวัสดุโดยเป็นการวัดมวล
ต่อปริมาตร วัตถุมีความหนาแน่นมาก มวลต่อหน่วยปริมาตรก็มากด้วย ความหนาแน่นของวัสดุแปร
เปล่ยี นไปตามอณุ หภูมกิ ับแรงดัน การแปรเปลยี่ นนเ้ี ปน็ ธรรมดาสำหรบั ของแข็งและของเหลว แตแ่ ก๊สจะ
แปรเปลี่ยนเป็นอย่างมาก การเพิ่มแรงดันบนวัตถุจะลดปริมาตรของวัตถุ ดังนั้นจึงเป็นการเพิ่มความ
หนาแนน่

8) ความเค้น (Stress) คือ แรงต้านทานภายในเนื้อวัสดุที่มีต่อแรงภายนอก
ทม่ี ากระทำต่อหนึง่ หน่วยพน้ื ที่ แตเ่ นอ่ื งจากความไม่เหมาะสมทางปฏิบัติและความยากในการวัดหาค่านี้
เราจึงมักจะพดู ถงึ ความเค้นในรูปของแรงภายนอกที่มากระทำต่อหน่งึ หน่วยพนื้ ท่ี

ความเค้นแรงดึงเกิดขึ้นเมื่อวัสดุอยู่กายใต้แรงดึงหรือแรงยืดขยาย ความเค้น
ถูกกำหนดให้เป็นแรงที่ใช้บนพื้นที่ภาคตัดโดยมีหน่วยเป็นปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi) หรือนิวตันต่อตาราง
เมตร หรือเปน็ ทร่ี ู้จกั กัน คือ พาสคาล (Pa) ชนดิ ของความเค้นขนึ้ อยู่กับแรงท่ใี ช้ มี 3 ชนดิ คือ

- ความเค้นแรงดึง (Tensile Stress) เป็นสิ่งที่สำคัญในการเลือก
วัสดุสำหรับงานวิศวกรรมและการนำไปประยุกต์ใช้ในการออกแบบ ขนาดของวัตถุภายใต้ความเค้นจะ
เปลี่ยนแปลงเนื่องจากความเครียดหรอื การเปลี่ยนรูปทรงซึ่งเกิดเมื่อแรงถูกใช้ วัตถุเมื่ออยู่ภายใต้แรงดงึ
จะยืดออกและเมื่อวัตถุอยู่ภายใต้ความเค้นต่ำจะกลับสู่ขนาดเดิมหลังจากการนำแรงออก ถ้าวัตถุอยู่
ภายใต้แรงดงึ สูง วตั ถจุ ะไมก่ ลับส่สู ถานะเดิมเมอ่ื มกี ารนำแรงออกและจะเปลี่ยนรปู ทรงอยา่ งถาวร

- ความเค้นแรงอัด (Compressive Stress) ในการศึกษาความ
แขง็ แรงของวัสดุ ความเค้นแรงอัด คือ ความสามารถท่จี ะรับได้ของวสั ดุ หรือโครงสร้างท่ีจะทนต่อภาระ
แรงเพื่อลดขนาดของวัสดุ โดยสามารถทำการวัดได้โดยการพล็อตแรงท่ีใช้ต่อการเปลี่ยนรูปในเครื่อง

6

ทดสอบ วัสดุบางชนิดแตกที่ขีดจำกัดในความเค้นแรงอัด ซึ่งวัสดุบางชนิดเมื่อเปลี่ยนรูปแล้วไม่สามารถ
กลับคนื รปู ทรงเดิมได้ ดงั รปู ท่ี 12.1

รูปที่ 12.1 การทดสอบความเคน้ แรงอัด [4]

- ความเค้นแรงเฉือน (Shear Stress) คือ อัตราส่วนของแรงเฉือน
ต่อพน้ื ทใี่ นแนวขนานกบั แรงเฉือน มีหนว่ ยในระบบ SI คือ พาสคาล หรอื นวิ ตนั ต่อตารางเมตร

9) ความเครียด (Strain) คือ การเปลี่ยนแปลงรูปร่างของวัสดุ
(Deformation) เมื่อมีแรงภายนอกมากระทำ (เกิดความเค้น) การเปลี่ยนรูปของวัสดุนี้เป็นผลมาจาก
การเคลื่อนที่ของอะตอมภายในเนื้อวัสดุ ซึ่งลักษณะ ของการเปลี่ยนรูปสามารถแบ่งเป็น 2 ประเภท
ใหญ่ ๆ คือ [3]

- การเปลย่ี นรูปแบบอลิ าสติกหรือความเครียดแบบคนื รปู (Elastic
Deformation or Elastic Strain) เป็นการเปลี่ยนรูปในลักษณะท่ีเมื่อปลดแรงกระทำออก อะตอมซึ่ง
เคลื่อนไหวเน่ืองจากผลของความเคน้ จะเคลอ่ื นกลับเขา้ ตำแหนง่ เดิม ทำใหว้ สั ดคุ งรูปร่างเดมิ ไว้ได้ หรือมี
ขนาดเท่าเดมิ ตวั อย่าง เชน่ วัสดพุ วก ยางยดื และสปริง เปน็ ตน้

- การเปลย่ี นรปู แบบพลาสตกิ หรือความเครยี ดแบบคงรปู (Plastic
Deformation or Plastic Strain) เป็นการเปลี่ยนรูปที่ถึงแม้ว่าจะปลดแรงที่กระทำกับวัสดุออกแล้ว
แต่วัสดกุ ็ยังคงรปู ร่างตามที่ถูกเปล่ียนไป โดยอะตอมที่เคลื่อนที่ไปแล้วจะไม่สามารถกลับไปตำแหน่งเดมิ
ได้วัสดุทุกชนิดจะมีพฤติกรรมการเปลี่ยนรูปทั้งสอง ชนิดนี้ขึ้นอยู่กับแรงที่มากระทำ หรือความเค้นที่
เกิดขน้ึ ว่ามีมากน้อยเพียงใด หากไมเ่ กินพิกดั การคืนรูป (Elastic Limit) แลว้ วสั ดุน้ันก็จะมีพฤติกรรมคืน

7

รูปแบบอิลาสติก (Elastic Behavior) แต่ถ้าความเค้นเกินกว่าพิกัดการคืนรูป วัสดุก็จะเกิดการเปลี่ยน
รูปแบบถาวรหรอื แบบพลาสตกิ (Plastic Deformation)

1.3.2 สมบตั ทิ างความรอ้ น (Thermal Properties)
1) ความร้อนเฉพาะ (Specific Heat) คือ การวัดปริมาณทางกายภาพซึ่ง

กำหนดจำนวนของความร้อนที่ต้องการเพื่อเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของวัตถุหรือรูปร่างตามจำนวนที่
กำหนดให้ มหี นว่ ยตามมาตรฐานสากลของความรอ้ นเฉพาะคือ

2) การนำความร้อน (Heat Conductivity) คือ สมบัติหรือความสามารถ
ของวัสดุในการนำความร้อน โลหะถ่ายเทความร้อนได้ดีและเป็นตัวนำความร้อนที่ดี แก๊สหลาย ๆ ชนิด
ถ่ายเทความรอ้ นได้ดีและยังเป็นตัวนำความร้อนทด่ี ดี ้วยเชน่ กัน มหี นว่ ยของการนำความร้อน คือ วัตตต์ อ่
เมตร-เคลวิน วัตต์เป็นหน่วยวัดพลังงาน เมตรเป็นหน่วยวัดความยาว และเคลวินเป็นหน่วยวัดอุณหภูมิ
จูลต่อเคลวิน (J/K)

3) การขยายตัวเนื่องจากความร้อน (Thermal Expansion) คือ แนวโนม้
ของสารที่เปลี่ยนแปลงในปริมาตรเพื่อตอบสนองการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ หรือการเปลี่ยนแปลงทาง
กายภาพของขนาดของบางสิ่งบางอย่าง เนื่องจากพลังงานความร้อนที่สูงกว่าวัตถุ ความร้อน (พลังงาน
ความร้อน) เป็นสาเหตุทำให้เพิ่มการเคลื่อนย้ายของอะตอมในวัสดุ และการเปลี่ยนแปลงนี้ในพลังงาน
จลนข์ องอะตอมและโมเลกุลของวัสดุจะเปน็ สาเหตุให้เพ่ิมปรมิ าตร

1.3.3 สมบตั ทิ างไฟฟ้า (Electrical Properties) คอื พฤตกิ รรมของวสั ดุในการยอม
ใหก้ ระแสไฟฟา้ ไหลผา่ นหรือตา้ นทานการไหลผ่านซ่ึงเรียกว่าเปน็ ตัวนำไฟฟา้ และต้านทานไฟฟ้า

1) สภาพนำไฟฟ้า (Electrical Conductivity) เป็นส่วนที่ตรงกันข้ามกับ
การต้านทานไฟฟ้าและสามารถทำการวัดความสามารถของวัสดุในการนำกระแสไฟฟ้า หรือเป็นสารที่
ยอมให้ประจไุ ฟฟา้ ไหลผา่ นได้ หรอื สารที่ถา่ ยโอนประจไุ ฟฟ้าไดด้ ี เชน่ โลหะตา่ ง ๆ เป็นต้น

2) ความตา้ นทานไฟฟา้ (Electrical Resistance) คือ สมบตั ิอย่างหน่ึงของ
ตัวนำทจี่ ะตา้ นกระแสไฟฟา้ ถา้ ตวั นำนั้นยอมใหก้ ระแสไฟฟ้าผ่านไปได้ดีเรียกว่าตัวนำนั้นมีความต้านทาน
ไฟฟ้าน้อยหรือเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี ความต้านทานไฟฟ้าตัวนำมีค่าเท่ากับอัตราส่วนระหว่างความต่าง
ศกั ย์ไฟฟา้ และระหวา่ งปลายของตัวนำกับกระแสไฟฟา้ ที่ไหลผ่าน

1.3.4 สมบตั ิทางแม่เหลก็ (Magnetic Properties) สสารทัง้ หมดแสดงให้เหน็ สมบัติ
ทางแม่เหล็กเมื่อถูกวางในสนามแม่เหล็กภายนอก ถึงแม้ว่าสสาร เช่น ทองแดงและอะลูมิเนียมซึ่งไม่มี

8

สมบัติแม่เหล็กยังคงได้รับผลกระทบเมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็ก สสารโลหะที่เปน็ เหล็กมีความโดดเด่นมาก
ในการมีสมบัตทิ างแมเ่ หลก็

1) ไคอะแมกเนตสิ ซึม (Diamagnetism) เม่ือนำวสั ดุไปวางในสนามแมเ่ หล็ก
ภายนอกจะเกิดการจัดเรียงแมกเนติกโมเมนต์ในทิศทางตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กภายนอก ทำให้
สนามแม่เหล็กลัพธ์มีขนาดน้อยกว่าสนามแม่เหล็กภายนอก วัสดุที่มีสมบัตินี้จะแสดงอำนาจแม่เหล็กได้
นอ้ ย และไมแ่ สดงอำนาจแม่เหลก็ เลยเม่อื ไม่มีสนามแมเ่ หล็กภายนอก

2) พาราแมกเนติสซึม (Paramagnetism) เมื่อนำวัสดุไปวางในสนาม
แม่เหล็กภายนอกจะเกิดการจัดเรียงแมกเนติกโมเมนต์ในทิศทางเดียวกับสนามแม่เหล็กภายนอก จึง
แสดงอำนาจแมเ่ หล็กได้แตจ่ ะไมแ่ สดงอำนาจแมเ่ หล็กเมื่อไม่มีสนามแมเ่ หล็กภายนอก

3) เฟอรโ์ รแมกเนติสซมึ (Ferromagnetism) สมบัติของวสั ดุทแี่ สดงอำนาจ
แม่เหล็กได้โดยไม่ต้องมีสนามแม่เหล็กภายนอก เนื่องจากแมกเนติกโมเมนต์จะเรียงตัวกันอย่างเป็น
ระเบียบและเมื่อนำไปวางในสนามแม่เหล็กภายนอกแมกเนติกโมเมนต์จะจัดเรียงตัวตามทิศทางของ
สนามแม่เหล็กภายนอก วัสดุเฟอร์โรแมกเนติกมีความสำคัญมากในวงการอุตสาหกรรมและเทคโนโลยี
สมัยใหม่ และเป็นพื้นฐานสำหรบั อุปกรณท์ างไฟฟ้าและเครื่องกลไฟฟ้า เช่น มอเตอร์ไฟฟ้าเครื่องกำเนิด
ไฟฟ้า หม้อแปลง ฮารด์ ดสิ ก์

1.3.5 สมบัตทิ างเคมี (Chemical Properties) คอื สมบัติของวัสดุทีเ่ กี่ยวข้องกับการ
เกดิ ปฏิกริ ยิ าเคมีและองค์ประกอบทางเคมขี องวสั ดุ

ตวั อยา่ งสมบตั ทิ างเคมี เช่น
1) ความร้อนของการเผาไหม้
2) ความสามารถในการลกุ ไหม้
3) จดุ หลอมเหลวของวัสดุ
4) ความเปน็ พษิ จากปฏกิ ิรยิ าเคมี
5) ความว่องไวตอ่ การเกิดปฏกิ ริ ยิ าเคมี

1.3.6 สมบัติทางแสง (Optical Properties) เป็นลักษณะการปรากฏทางกายภาพ
ของวัตถุ สารสีบางชนดิ ใช้ในการเคลอื บและถูกใชเ้ ป็นชนั้ แรกเพอื่ เพิ่มสมบัติทางแสงของการเคลือบ แสง
คือรูปแบบของพลังงานแมเ่ หลก็ ไฟฟ้า แสงที่มองเห็นจะแสดงให้เห็นในช่วงของสเปกตรัมแมเ่ หล็กไฟฟา้
ของความยาวคล่นื จาก 350-750 นาโนเมตร ซึ่งสามารถเหน็ ดว้ ยตาของมนุษย์

9

2. การทดสอบวัสดเุ บ้อื งตน้
การทดสอบวัสดุ (Testing of Materials) หมายถึง การกำหนดสมบตั ขิ องเทคโนโลยแี ละการ

ทำงานของวัสดุในเบื้องต้นโดยใช้เครื่องจักรและเครื่องมือ วัสดุจะถูกทดสอบโดยวัตถุประสงค์ท่ี
หลากหลายเพื่อกำหนดสมบัติของวัตถุดิบ เพื่อตรวจสอบคุณภาพในทุกขั้นตอนของกระบวนการผลิต
เพื่อตรวจผลิตภัณฑส์ ำเร็จ เพ่ือชว่ ยในการวจิ ัย วธิ ที างกล ทางกายภาพและทางเคมี และเพอื่ ศกึ ษาสมบัติ
ของวัสดุ วิธีการทดสอบที่มีหลายชนิด เช่น การทดสอบแบบทำลายและการทดสอบแบบไม่ทำลาย ซึ่ง
เป็นการทดสอบวสั ดุเพือ่ หาสมบตั ขิ องวัสดุในการใชง้ าน [2]

2.1 การทดสอบแบบทำลาย
การทดสอบแบบทำลาย (Destructive Test) จะดำเนินการกับชิ้นทดสอบที่มีความแข็งแรง
ลดลงหรือเสื่อมสภาพเพือ่ ใหเ้ ขา้ ใจประสิทธภิ าพของโครงสร้างช้ินทดสอบ หรือพฤติกรรมภายใต้ภาระที่
แตกต่างกัน โดยทั่วไปการทดสอบแบบทำลายเหมาะสมมากที่สุด ประหยัดที่สุด สำหรับวัตถุซึ่งมีการ
ผลิตจำนวนมาก โดยในการทำลายชิ้นทดสอบมคี า่ ใชจ้ ่ายเพียงเลก็ น้อยเทา่ น้นั
การทดสอบแบบทำลาย มหี ลายชนิด คือ

2.1.1 การทดสอบแรงดึง (Tensile Test) เป็นการทดสอบเพื่อวัดสมบัติทางกลของ
วัสดุ การทดสอบแรงดึงใช้กันอย่างกว้างขวางเพื่อนำค่าที่ได้จากการทดสอบไปใช้ในการคำนวณและ
ออกแบบด้านความแข็งแรงของวัสดุ และเป็นการทดสอบที่ได้รับการยอมรับสำหรับคุณลักษณะเฉพาะ
ของวัสดุ พารามิเตอร์ทางกลซึ่งอธิบายโค้งความเค้นและความเครียดระหว่างการทดสอบแรงดึง คือ
ความต้านทานแรงดึง ความแข็งแรง ณ จุดคราก มอดุลัสยืดหยุ่น เปอร์เซ็นต์การยึดตัวการลดพื้นท่ี
ความเหนยี ว อตั ราสว่ นปวั ซองสามารถหาได้จากการใช้เทคนิคการทดสอบน้ี

ในการทดสอบนี้ชิ้นทดสอบจะถูกเตรียมให้เหมาะสมกับการจับในปากของเครื่อง
ทดสอบ (ความยาวภายในซง่ึ ทำการวัดการยดื ออกของช้ินทดสอบ) ดังรปู ท่ี 12.2

รปู ท่ี 12.2 การทดสอบแรงดึง [1]

10

ชิ้นทดสอบถูกตกแต่งด้วยเครื่องจักรตามมาตรฐาน พื้นที่ภาคตัดของชิ้นทดสอบปกติ
เป็นชิ้นงานกลม ชิ้นทดสอบจะถูกดึงอย่างต่อเนื่องและทำการวัดความเปลี่ยนแปลงทั้งการเปลี่ยนแปลง
ในตำแหน่ง การเปลี่ยนแปลงความยาวทั้งหมดหรือเซนเซอร์ที่ยึดติดกับตัวอย่าง เรียกว่า เอกเทนโซ
มิเตอร์ (Extensometer) ซ่ึงเปน็ เครื่องมอื วดั การยดื ตวั ของโลหะ และเครือ่ งทใี่ ช้ในการทดสอบแรงดึง มี
อยู่ 2 ชนดิ คอื

1) เคร่ืองทดสอบแบบใช้สกรขู บั
2) เคร่ืองทดสอบแบบใช้ไฮดรอลกิ
ภาระแรงดึงที่ถูกใช้กับชิ้นทดสอบจนชิ้นทดสอบแตกหัก การใส่ภาระแรงดึงให้ชิ้น
ทดสอบยืดตัวออกต้องมีการบันทึก โค้งของการยืดตัวของชิ้นทดสอบจะถูกพล็อตโดยเครื่องบันทึก X-Y
โค้งความเค้นและความเครียดสามารถสร้างได้จากโค้งการยึดตัวของภาระที่ใช้แรงดึงโดยการคำนวณ
พารามิเตอร์ทางกล ซึ่งสามารถศึกษากราฟความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นและความเครียดทาง
วิศวกรรม ดังรูปท่ี 12.3

รปู ท่ี 12.3 กราฟความสัมพันธ์ความเคน้ และความเครยี ด [1]

ความเค้นทางวิศวกรรมหาไดจ้ ากการหารภาระแรงดึงโดยพื้นที่ภาคตดั ของชนิ้ ทดสอบ
ความเค้น = ภาระแรงดึง/พืน้ ท่ีภาคตดั เริ่มตน้
ความเครยี ด = การยืดตัว/ความยาวระยะทดสอบเร่มิ ตน้
ความเคน้ และความเครียดเป็นอิสระของรูปทรงของชน้ิ ทดสอบ

11

2.1.2 การทดสอบแรงอัด (Compression Test) เครื่องมือที่ใช้ในการทดสอบมี
ลักษณะคล้าย ๆ กับเครื่องมือที่ใช้ในการทดสอบแรงตึงขึ้นทดสอบ โดยปกติเป็นรูปทรงกระบอกจะถูก
แรงกดอัดให้ส้ันลงและแผ่ออกดา้ นขา้ ง โค้งความเค้นและดวามเครียดจะถูกพล็อตโดยเคร่ืองมือ ดังรูปที่
12.4

รปู ท่ี 12.4 โค้งความเคน้ และความเครยี ดสำหรับช้นิ ทดสอบปกติ [1]

ความต้านทานแรงอัดของวัสดุขึ้นอยู่กับความเค้นที่จุดซึ่งแสดงบนโค้ง ในการทดสอบ

แรงอัดเป็นไปตามกฎของฮุก สำหรับส่วนนี้คือ = Y เมื่อ Y คือ ยังมอดุลัสสำหรับแรงอัด ในพื้นที่นี้
วัสดุจะเปลี่ยนรูปและกลับคืนสูร่ ูปทรงเดิมเม่ือความเค้นถูกขจดั ออก เส้นในพื้นทีจ่ ะยุติที่จุดคราก เหนือ
จุดนี้วัสดุมีพฤติกรรมเปน็ ลักษณะพลาสตกิ และจะไมก่ ลับคนื สู่ความยาวเดิมเมื่อภาระแรงถูกขจัดออก นี่
คือความแตกต่างระหวา่ งความเคน้ ดา้ นวิศวกรรมและความเคน้ จรงิ โดยคำจำกดั ความพืน้ ฐานของ

= F

A

ความเคน้ แกนเดยี วกำหนดโดย

เม่อื F = ภาระแรงท่ใี ช้ (N) A = พ้ืนที่ (ตารางเมตร)

กล่าวได้ว่า พื้นที่ของชิ้นทดสอบแปรเปลี่ยนไปตามแรงอดั ความเค้นจะถูกกำหนดเปน็

แรงหารด้วยพื้นที่ที่จุดเริ่มต้นในการทดลอง และเป็นที่รู้จักกันเป็นความเค้นทางวิศวกรรมและกำหนด

โดย

= F
A0

A0 = พน้ื ท่ชี ิน้ ทดสอบเดิม (ตารางเมตร)

12

ความเครียดทางวิศวกรรมกำหนดโดย

= L−L0
L0

เมื่อ L คือ ความยาวชิ้นทดสอบปัจจุบัน (เมตร) และ L0 คือ ความยาวชิ้นทดสอบ
เดิม (เมตร) ความเค้นแรงอัดจะสอดคล้องกับจุดบนโค้งความเค้นและความเครียดทางวิศวกรรม

( ∗ , ∗ )

∗ = F
A0

∗ = L−L0
L0

เมอื่ ∗ = ภาระท่ีใชก้ ่อนการแตกหกั และ ∗ = ความยาวช้นิ ทดสอบก่อนการ
แตกหัก

2.1.3 การทดสอบแรงเฉือน (Shear Test) เป็นวิธีทดสอบแรงเฉือนชนิดหนึ่งของ
พื้นที่ที่ซับซอ้ นที่สุดกับทางเลอื กของวิธีทดสอบทีแ่ ตกต่างกันมากซ่ึงไม่เหมือนกับการทดสอบแรงดึงหรอื
แรงอัดซ่ึงจะมีลักษณะคล้าย ๆ กัน วิธีทดสอบแรงเฉือนช่วยวัดสมบัติการเปลี่ยนรูปทรงทางกลของวัสดุ
เช่น โลหะพลาสตกิ คอมโพสิต ของเหลว ดงั รปู ท่ี 12.5

ตวั อยา่ งข้นั ตอนการทดสอบแรงเฉอื นโพลิเมอร์ มีดงั นี้
1) ทำการวัดความกว้างและความหนาของช้นิ ทดสอบก่อนทำการทดสอบ
2) ช้นิ ทดสอบวางแนวนอนกับอปุ กรณ์จบั ยึดขึ้นทดสอบให้ขนานกับแรงทใ่ี ช้
3) ใช้แรงดัดชิ้นทดสอบด้วยความเร็ว 0.05 นิ้วต่อนาที จนกระทั่งชิ้นทดสอบ

ขาด
4) แรงทใี่ ช้จะถกู บันทึกไวเ้ พื่อคำนวณความตา้ นทางแรงเฉอื น

13

รปู ที่ 12.5 เครือ่ งทดสอบแรงเฉือน [5]
2.1.4 การทดสอบความแข็ง (Hardness Test) คอื การวดั จากความสามารถในการ
ต้านทานต่อการเปลี่ยนรูปแบบถาวร รวมทั้งดูว่าทำให้เปลี่ยนรูปมากน้อยแค่ไหน ซึ่งสามารถทดสอบ
ความแข็งของวัสดุได้หลากหลายวิธี ไม่ว่าจะใช้แรงกด ขูด เจาะ กระแทก เพราะฉะนั้นมีวิธีการวัดความ
แขง็ ที่แตกตา่ งกันหลายวิธี เชน่

1) การวัดความแข็งด้วยรอยขูดขีด (Scratch Hardness) คือ การวัด
ความต้านทานรอยขูดขีดของชิ้นทดสอบต่อการแตกหรือเปลี่ยนรูปทรงอย่างถาวรเนื่องมาจากแรงเสยี ด
ทานจากวัตถมุ ีคมแหลมหลกั การวดั ความแข็งชนดิ น้ีกค็ ือการใช้วสั ดุท่ีทำด้วยวัสดุทแ่ี ขง็ กวา่ ขูดขีดบนวัสดุ
ที่นุ่มกวา่ ดงั รูปท่ี 12.6

รปู ที่ 12.6 เครอ่ื งวดั ความแข็งดว้ ยรอยขูดขีด [6]
เม่ือทดสอบด้วยการเคลอื บวัสดุ การวัดความแข็งด้วยรอยขดู ขีด หมายถงึ แรง
ที่ต้องใช้เพ่ือตัดผ่านฟิลม์ ไปยังเนือ้ วัสดุเดิม การทดสอบที่ง่ายที่สุดก็คอื การทดสอบแบบโมห์สเกล ซึ่งใช้
ในงานแร่วทิ ยาและเครื่องมอื ทใ่ี ช้ในการวดั กค็ ือ Sclerometer

14

2) การวัดความแข็งด้วยรอยกด (Indentation Hardness) คือ โดยหลัก
แล้ว Indentation Hardness จะนำไปใช้ในทางด้านวิศวกรรมและโลหะ หาความต้านทานในการเกิด
รอยของวัสดุ ซึ่งจะทำการวัดโดยใช้หัวกดที่มีรูปร่างและขนาดต่าง ๆ กดลงบนวัสดุ และคำนวณทิศทาง
ของผลการกดทเี่ กดิ ขึน้

การวดั ความแข็งด้วยรอยกดมหี ลายชนิด คือ
(1) การวดั ความแขง็ แบบร็อกเวลล์ (Rockwell Hardness Test)

คือ ระบบการวัดความแข็งโดยอยู่บนพื้นฐานของการพิจารณาความแข็งของวัสดุในการเปลี่ยนรูปทรง
ของวสั ดุ ดงั รปู ที่ 12.7 การทดสอบแบบร็อกเวลล์พิจารณาความแขง็ โดยทำการวดั รอยกดจากการซึมลึก
ของหัวกดภายใต้ภาระแรงกดและก่อนการใช้แรงกดบนชิ้นทดสอบโดยการวัดความแข็งแบบร็อกเวลล์
น้ันมหี ลายสเกลและหลายหัวกดทีแ่ ตกต่างกนั ดงั ตารางที่ 12.2

ตารางท่ี 12.2 ชนิดของสเกล หัวกด และภาระแรงท่ีใชใ้ นการกดร็อกเวลลส์ เกลต่าง ๆ

สเกล อักษรย่อ ภาระ หวั กด การใช้
แรงทีใ่ ช้

A HRA 60 kgf 120° รูปทรงกรวยทำด้วยเพชร ทงั สเตนคารไ์ บด์

B HRB 100 kgf เสน้ ผ่านศนู ย์กลาง 1 นว้ิ (1.588 mm) อะลมู เิ นยี ม ทองเหลอื ง
16 และเหลก็ กลา้ อ่อน

รปู ทรงกรวยทำด้วยเหลก็ กลา้

C HRC 150 kgf 120° รปู ทรงกรวยทำดว้ ยเพชร เหล็กกลา้ แข็งกวา่

> B100

D HRD 100 kgf 120° รูปทรงกรวยทำดว้ ยเพชร

E HRE 100 kgf เสน้ ผา่ นศูนยก์ ลาง 1 นวิ้ (3.175 mm)

8

รปู ทรงกรวยทำดว้ ยเหลก็ กล้า

F HRF 60 kgf เส้นผา่ นศูนย์กลาง 1 น้วิ (1.588 mm)

16

รูปทรงกรวยทำด้วยเหลก็ กล้า

G HRG 150 kgf เสน้ ผา่ นศนู ย์กลาง 1 น้ิว (1.588 mm)

16

รูปทรงกรวยทำด้วยเหล็กกลา้

15

(2) การวัดความแข็งแบบบริเนลล์ (Brinell Hardness Test)
แสดงลักษณะพิเศษของรอยกดซึ่งเป็นความแข็งของวสั ดุผ่านสเกลการซึมลึกของหัวกด และภาระแรงท่ี
ใช้บนวัสดุชิ้นทดสอบ ดังรูปที่ 12.8 การวัดความแข็งชนิดนี้เป็นวิธีการหนึ่งในการวัดความแข็งทาง
วิทยาศาสตร์วัสดุ

รปู ที่ 12.8 การวัดความแข็งแบบบริเนลล์ [7]

ใน ค.ศ. 1900 วิศวกรชาวสวิสชื่อ นายโจฮาน ออกัส บริเนลล์ได้

นำเสนอวิธีการทดสอบชนิดน้ีมาใช้อย่างกว้างขวางและทดสอบความแขง็ เป็นมาตรฐานในงานวิศวกรรม

และโลหะวทิ ยา

การทดสอบโดยปกตใิ ชห้ ัวกดบอลเหลก็ กล้าท่ีมีเส้นผ่านศนู ย์กลาง 10

มิลลิเมตร (0.39 นิ้ว) เป็นหัวกดโดยใช้แรง 3,000 กิโลกรัมแรง (29 kN หรือ 6,600 lbf) สำหรับวัสดุที่

อ่อนกว่าจะใช้แรงที่น้อยกว่า สำหรับวัสดุที่แข็งจะใช้หัวกดบอลทังสเตนคารไบด์แทนเหล็กกล้า รอยกด

จะถูกวัดและคำนวณความแขง็ ดงั น้ี

BHN = 2P
πD(D−√D2−d2)

เมือ่ P = แรงที่ใช้ (kgf)
D = เสน้ ผ่านศูนย์กลางของหัวกด (mm)
d = เสน้ ผา่ นศูนยก์ ลางของรอยบุ๋ม (mm)

16

ตารางที่ 12.3 ค่าความแข็งแบบบริเนลล์

ความแขง็ บริเนลล์

วสั ดุ ความแขง็

ไมเ้ น้ืออ่อน (เชน่ ไมส้ น) 1.6 HBS 10/100

ไม้เนื้อแข็ง 2.6-7.0 HBS 1.6 10/100

ตะกว่ั 5.0 HB (ตะกว่ั บริสุทธิ์; ตะกว่ั ผสมปกตริ ะยะจาก 5.0 HB
ถงึ คา่ มากเกิน 22.0 HB)

อะลูมเิ นยี ม 15 HB

ทองแดง 35 HB

เหล็กเหนยี ว 120 HB

18-8 (304) เหล็กกลา้ ไร้สนิม อบอ่อน 200 HB

แก้ว 1,550 HB

เหลก็ เครื่องมอื ชุบแข็ง 1,500-1,900 HB

รีเนยี มไดบอไรด์ 4,600 HB

(3) การวัดความแข็งแบบวิกเกอร์ (Vicker Hardness Test)
ได้รับการพัฒนาโดย นายรอเบิร์ต แอล สมิธ และนายจอร์ช อี แซนแลนด์ เพื่อเป็นทางเลือกกับวิธีวัด
ความแข็งแบบบริเนลล์ การทดสอบความแข็งแบบวิกเกอร์ทำการทดสอบง่ายกว่าวิธีทดสอบความแข็ง
แบบอื่น ๆ แต่การคำนวณต้องการความเป็นอิสระของขนาดของหัวกด และหัวกดสามารถใชก้ ับวัสดุทุก
ชนดิ โดยไมค่ ำนึงถงึ ความแข็ง ดงั รูปท่ี 12.9

รูปท่ี 12.9 เคร่ืองวัดความแข็งแบบวิกเกอร์ [8]

17

หลักการพื้นฐานเช่นเดียวกับการวัดความแข็งทั่ว ๆ ไป คือ การ

สงั เกตความสามารถในการดา้ นทานการเปลย่ี นรูปทรงจากแหล่งมาตรฐาน การทดสอบนใี้ ช้ไดก้ ับวัสดุทุก

ชนดิ และมสี เกลกว้าง ๆ ระหวา่ งการทดสอบความแขง็ หนว่ ยของความแข็งกำหนดโดยการทดสอบเป็นที่

รู้จักกัน คือ HV หรือ DPH ตัวเลขความแข็งสามารถเปลี่ยนเป็นหน่วยพาสคาล ตัวเลขความแข็งชนิดน้ี

กำหนดโดยภาระแรงที่กระทำบนพื้นที่ผิวหน้าของรอยบุ๋มและไม่ใช่พื้นที่ปกติกับแรง เพราะฉะนั้นจึง

ไม่ใช่แรง

ความแข็งวิกเกอร์กำหนดโดยอัตราส่วนระหว่าง F/A เมื่อ F คือ แรง

ที่ใช้กับหัวเพชรมีหน่วยเป็นกิโลกรัมแรง และ A คือ พื้นที่ผิวหน้าของรอยกดเป็นตารางมิลลิเมตร A

สามารถคำนวณโดยสตู รดงั นี้

A = 2 2
sin(1326°)

ซ่ึงสามารถประมาณการโดยประเมินค่า sin ให้
A ≈ 2

1.8544

เมื่อ d คือ ค่าความยาวเฉลี่ยของเส้นทแยงมุมที่เหลืออยู่โดยหัวกด มีหน่วย

เปน็ มลิ ลิเมตร

HV = F ≈ 1.8544F
A d2

เมื่อ F มหี นว่ ยเปน็ กิโลกรมั แรง และ d มหี นว่ ยเป็นมลิ ลิเมตร
หน่วย SI สามารถใชส้ ูตรตอ่ ไปน้ี

HV = F ≈ 0.1891F
A d2

เม่ือ F มหี น่วยเป็นนิวตัน และ d มีหนว่ ยเป็นมลิ ลิเมตร

18

ตารางที่ 12.4 ค่าความแข็งวิกเกอร์ของวัสดุหลากหลายชนดิ ค่าความแขง็
140 HV30
วสั ดุ 180 HV30
316L เหล็กกลา้ ไรส้ นมิ 55-120 HV5
347L เหล็กกล้าไร้สนิม 30-80 HV5
1,000 HV
เหลก็ กล้าคาร์บอน 10,000 HV
เหลก็

มารเ์ ทนไซต์
เพชร

2.1.5 การทดสอบแรงกระแทก (Impact Test) คือ การทดสอบความสามารถของ
วัสดุในการตา้ นทานภาระแรงที่อัตราสูง กรทดสอบแรงกระแทกเป็นการทดสอบเพื่อพจิ ารณาพลังงานท่ี
ถูกดูดซับในการแตกหักของชิ้นทดสอบที่ความเร็วสูง การต้านทานแรงกระแทกเป็นสมบัติที่สำคัญที่สุด
ชนิดหน่งึ สำหรับผ้อู อกแบบท่ตี อ้ งพจิ ารณาและเป็นการยากในการหาจำนวน ความต้านทานแรงกระแทก
ของชิ้นส่วนมีการใช้หลาย ๆ ชนิด เช่น การวัดวงจรชีวิตของเครื่องมืออุปกรณ์ สิ่งสำคัญในปัจจุบันเป็น
เรือ่ งของความปลอดภัยในผลิตภณั ฑ์และความน่าเช่อื ถือของผลิตภัณฑ์ ดงั รูปท่ี 12.10

รปู ที่ 12.10 เครื่องทดสอบแรงกระแทก [9]

2.2 การทดสอบแบบไม่ทำลาย
การทดสอบแบบไม่ทำลาย (Nondestructive Test) คือ กลุ่มกว้าง ๆ ของเทคนิคการ
วิเคราะห์ทใี่ ช้ในทางวิทยาศาสตร์และอตุ สาหกรรมเพ่ือประเมินสมบตั ิของวสั ดุ ส่วนประกอบ และระบบ
ปราศจากสาเหตแุ หง่ การเสียหายคำว่าการทดสอบแบบไม่ทำลาย การตรวจสอบแบบไม่ทำลาย และการ

19

ประเมินผลแบบไม่ทำลาย โดยปกติใช้เพื่ออธิบายเทคโนโลยี เพราะการทดสอบนี้ไม่ปรับเปลี่ยนรูปของ
ช้นิ ทดสอบอยา่ งถาวรเม่อื ทำการทดสอบ เป็นเทคนิคที่มคี ่าสงู ซง่ึ สามารถช่วยประหยัดคา่ ใช้จ่ายและเวลา
ในการประเมินผลของผลิตภัณฑ์ การวิจัยและการแก้ไขข้อบกพร่อง การทดสอบแบบไม่ทำลายมี
หลากหลายวธิ ี คือ [2]

2.2.1 การตรวจสอบด้วยอลั ตราโซนกิ ส์ (Ultrasonics Testing) การตรวจสอบนใ้ี ช้
กบั เหล็กกล้า โลหะอื่น ๆ และโลหะผสม สามารถใช้กบั คอนกรีต ไม้ และคอมโพสิต มีความละเอียดน้อย
เป็นรูปแบบของการทดสอบแบบไม่ทำลายที่ถูกใช้ในงานอุดสาหกรรมหลาย ๆ ชนิด รวมทั้งงานด้าน
อวกาศ รถยนต์ การขนส่ง เปน็ ต้น ดงั รปู ที่ 12.11

รูปท่ี 12.11 การตรวจสอบแนวเชอื่ มด้วยเครอื่ งตรวจสอบอัลตราโซนิกส์ [10]

ข้อดีของการตรวจสอบด้วยอัลตราโซนกิ ส์ มีดังน้ี
1) พลังในการซมึ ลึกสูงและยอมใหม้ ีการตรวจสอบรอยร้าวรอยตำหนิไดล้ ึก
2) ความไวสงู และยอมให้มีการตรวจสอบรอยรา้ วรอยตำหนิทเ่ี ลก็ มาก ๆ
3) ผิวหนา้ เดยี วทีส่ ามารถเข้าตรวจสอบได้
4) ความแม่นยำสูงกว่าวิธีการตรวจสอบแบบไม่ทำลายวิธีอื่นในการพิจารณา

ความลกึ ของรอยร้าว รอยตำหนิภายใน และความหนาของชิ้นสว่ นกบั ผวิ หนา้ ท่ขี นาน
5) ขดี ความสามารถบางอย่างของการประเมินขนาด รปู ทรง และลกั ษณะของ

ขอ้ บกพรอ่ ง
6) ไม่เป็นอันตรายกับผู้ปฏิบัติงานหรือบุคคลที่ทำงานใกล้เคียง ไม่มีผลต่อ

อุปกรณ์และวสั ดแุ ละบรเิ วณใกลเ้ คยี ง

20

7) สามารถเคลื่อนย้ายเครื่องทดสอบหรือทำงานด้วยระบบอัตโนมัติได้อย่างมี

ประสทิ ธิภาพ

ขอ้ เสียของการตรวจสอบดว้ ยอลั ตราโซนกิ ส์ มีดังนี้
1) การทำงานด้วยมือตอ้ งใช้ความระมดั ระวังโดยใช้ชา่ งเทคนิคทมี่ ี

ประสบการณ์
2) ใชค้ วามร้ทู างเทคนิคอยา่ งกวา้ งขวางท่ตี ้องการเพ่ือพฒั นากระบวนการ

ตรวจสอบ
3) ชิ้นส่วนหยาบ ไม่เป็นรูปทรง เล็กมากหรือบาง ไม่เป็นเนื้อเดียวกันทำให้

ยากในการตรวจสอบ
4) ตอ้ งเตรียมผิวหน้าโดยการทำความสะอาดและขจัดสี สะเก็ดต่าง ๆ เป็นตน้
5) สสารที่หลีกเล่ียงการหน่วงเหนี่ยวของเสียง เช่น น้ำ น้ำมัน จาระบี ต้อง

จัดเตรยี มการส่งผ่านอยา่ งมีประสิทธภิ าพของพลงั งานคลน่ื อัลตราโซนิกสร์ ะหวา่ งเครอ่ื งแปลงความถ่ีและ
ชิน้ ส่วนทเ่ี รมิ่ ตรวจสอบเวน้ แตใ่ ช้เทคนิคการไม่สมั ผัส

2.2.2 การตรวจสอบด้วยรังสี (Radiographic Testing) คือ การทดสอบแบบไม่
ทำลายวิธีของการตรวจสอบวัสดุที่มีรอยร้าว รอยตำหนิที่ซ่อนอยู่ภายในวัสดุด้วยการใช้การแผ่รังสี
แม่เหลก็ ไฟฟ้าความยาวคลืน่ ส้ัน (โฟตอนพลงั งานสงู ) เพือ่ แทรกซมึ ยังวัสดุต่าง ๆ ดังรปู ท่ี 12.12 เชน่

รปู ท่ี 12.12 การถา่ ยภาพด้วยรังสี [11]

21

การตรวจสอบแนวเชื่อม ลำแสงของรังสตี ้องพุ่งตรงไปยงั ตรงกลางของส่วนที่อยู่ภายใต้
การทดสอบ และต้องเป็นลำแสงปกติกับผิวหน้าวสั ดทุ ี่จุดนัน้ ยกเว้นในการใช้เทคนิคพิเศษซึ่งเป็นทีร่ ู้กัน
ว่าข้อบกพร่องจะปรากฏดีที่สุดโดยการปรับแนวของลำแสงที่แตกต่างกัน ชิ้นทดสอบต้องถูกตรวจสอบ
โดยวางระหว่างแหล่งของลำแสงและอุปกรณ์ตรวจ ลำแสงจะซึมผ่านชิ้นทดสอบหรือชิ้นส่วนที่ต้องการ
ตรวจสอบตามความยาวของเวลาที่กำหนดเพื่อการบันทึกอย่างมีประสิทธิภาพโดยปกติจะใช้แผ่นฟิล์ม
หรอื สารกมั มนั ตรงั สีบันทกึ ขอ้ มูล ใช้ในงานทอ่ แกส๊ ท่อประปา เป็นต้น

2.2.3 การตรวจสอบโดยใช้กระแสไหลวน (Eddy-Current Testing) เป็นการ
ตรวจสอบโดยใช้การเหนี่ยวนำของแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อตรวจหารอยร้าว รอยตำหนิในวัสดุตัวนำ ซึ่งมี
ข้อจำกัดหลาย ๆ ประการ เช่น วัสดุที่นำมาตรวจสอบต้องเป็นวัสดุตัวนำ ผิวหน้าของวัสดุที่จะทำการ
ตรวจสอบต้องสามารถเข้าตรวจสอบได้ ความลึกของการซึมลึกที่เข้าไปยังวัสดุมีข้อจำกัดโดยการเป็น
ตัวนำของวสั ดุ ดังรูปท่ี 12.13

รปู ที่ 12.13 การตรวจสอบโดยใชก้ ระแสไหลวน [12]

ในมาตรฐานการตรวจสอบโดยใช้กระแสไหลวน โดยการนำขดลวดไฟฟ้าที่มี
กระแสไฟฟ้าไหลผ่านและนำเข้าใกล้ชิ้นทดสอบที่เป็นตัวนำไฟฟ้ากระแสสลับในขดลวดจะสร้างการ
เปล่ียนแปลงสนามแม่เหล็กซึง่ มีปฏสิ ัมพนั ธก์ ับชิ้นทดสอบและสร้างกระแสไหลวนข้ึน อยา่ งไรก็ตาม การ
ทดสอบโดยใช้กระแสไหลวนสามารถตรวจหารอยร้าวเล็ก ๆ ที่อยู่ภายในหรือใกล้พื้นผิวของวัสดุ และมี
การเตรียมพื้นผิวที่จะทำการทดสอบเพียงเลก็ น้อย และยังใช้ประโยชน์ในการทำตัวนำไฟฟ้าและการวัด
ความหนาของสารเคลอื บผิว

2.2.4 การตรวจสอบโดยใช้ของเหลวแทรกซึม (Liquid Penetrant Testing) เป็น
วิธีการตรวจสอบโดยไม่ทำลายเพื่อหาข้อบกพร่องบนพื้นผิวที่แตก เช่น รอยร้าวหรือตะเข็บ เทคนิคนี้ใช้

22

กันอย่างกวา้ งขวางเพื่อตรวจสอบวสั ดุโลหะท่ีมีรูพรุน พลาสติก เซรามิก วัสดุท่ีเป็นเหล็กและวัสดทุ ่ีไมใ่ ช่
เหล็ก ดงั รปู ที่ 12.14

รปู ท่ี 12.14 การตรวจสอบโดยใช้ของเหลวแทรกซมึ [13]
น้ำยาที่แทรกซึมถูกนำไปใช้กับผิวหน้าของชิ้นส่วนที่มีข้อบกพร่อง หลังจากใช้เวลา
ระยะหนึ่งน้ำยาที่แทรกซึมจะแทรกซึมเข้าไปในช่องว่างขนาดเล็กของชิ้นส่วน น้ำยาแทรกซึมที่เป็น
ส่วนเกินจะถูกขจัดออกและใช้น้ำยาดีเวลลอปเปอร์ซึ่งจะช่วยดูด ซับน้ำยาแทรกซึมออกจากรอยตำหนิ
หรอื รอยรา้ ว และแสดงให้เหน็ ถงึ ความเสียหายทีเ่ กิดข้ึนภายในของวสั ดุ
2.2.5 การตรวจสอบด้วยอนภุ าคแมเ่ หลก็ (Magnetic particle Testing) เป็นการ
ทดสอบแบบไม่ทำลายชนิดหนึ่งโดยกระบวนการเพื่อตรวจหาผิวหน้าและใต้ผิวหน้าเล็กน้อยอย่างไม่
ตอ่ เนอื่ งในวสั ดุเฟอรโ์ รอเิ ลก็ ทรกิ เช่น เหล็ก นิกเกิล โคบอลต์ และโลหะผสมบางชนดิ ดงั รูปท่ี 12.15

รปู ที่ 12.15 การตรวจสอบดว้ ยอนุภาคแม่เหล็ก [14]

23

กระบวนการตรวจสอบด้วยการใส่สนามแม่เหล็กเข้าไปในชิ้นส่วน และชิ้นส่วนจะเป็น
แม่เหล็กโดยตรงหรือโดยอ้อม การเป็นแม่เหล็กโดยตรงปรากฏขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านวัตถุที่
ทดสอบและสนามแม่เหล็กจะก่อตัวขึน้ ในวสั ดุ การเป็นแมเ่ หล็กโดยอ้อมปรากฏขึ้นเมื่อไม่มกี ระแสไฟฟา้
ไหลผ่านวัตถุที่ทดสอบ แต่สนามแม่เหล็กที่ถูกใช้จากแหล่งภายนอก เส้นแรงแม่เหล็กจะตั้งฉากกับ
ทศิ ทางของกระแสไฟฟ้าซงึ่ อาจเปน็ ได้ทั้งไฟฟา้ กระแสสลบั หรอื บางรูปแบบของไฟฟา้ กระแสตรง

24

อ้างอิง
หนังสืออ้างองิ
[1] อนุศักดิ์ ฉิ่นไพศาล, วัสดุงานช่างอุตสาหกรรม, พิมพ์ครั้งที่ 1, บริษัท แม็คเอ็ดดูเคชั่น จำกัด,

สำนกั พิมพ์ บริษัท 888 อนิ เตอรก์ รปุ๊ จำกัด, 2562
[2] นริศ สุวรรณางกูร, วัสดุงานช่างอุตสาหกรรม, พิมพ์ครั้งที่ 1, บริษัท สำนักพิมพ์เอมพันธ์ จำกัด,

2562
[3] สุระพงษ์ แสนบุญรัตน์, วัสดุงานช่างอุตสาหกรรม, พิมพ์ครั้งที่ 1, สำนักพิมพ์ บริษัทพัฒนาคุณภาพ
วิชาการ (พว.) จำกัด, 2562

เว็บไซต์อ้างองิ
[4] การทดสอบความเค้นแรงอดั [Online], Available: https://qph.fs.quoracdn.net/main-qimg-

e0953f484842272c4ad8e6aa826e0317 [3 กุมภาพนั ธ์ 2565]
[5] เครื่องทดสอบแรงเฉือน [Online], Available: https://www.mts.com/-

/media/materials/accessories/fixtures/images/v-notched-beam-fixture-2.jpg?as=1
[3 กมุ ภาพนั ธ์ 2565]
[6] เครอ่ื งวัดความแข็งดว้ ยรอยขดู ขดี [Online], Available: https://cromocol.se/wp-
content/uploads/2019/01/413-282x266.jpg [3 กุมภาพันธ์ 2565]
[7] การวดั ความแข็งแบบบรเิ นลล์ [Online], Available:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/de/BrinellHardness.svg/20
00px-BrinellHardness.svg.png [3 กุมภาพนั ธ์ 2565]
[8] เครื่องวัดความแขง็ แบบวิกเกอร์ [Online], Available:
https://image.makewebeasy.net/makeweb/r_409x409/1rNJSVrNd/Products/product_
New_standarks3.png?v=202012190947 [3 กุมภาพนั ธ์ 2565]
[9] เครื่องทดสอบแรงกระแทก [Online], Available: https://material-testing.com.vn/wp-
content/uploads/2019/09/406.jpg [3 กมุ ภาพนั ธ์ 2565]
[10] การตรวจสอบแนวเชือ่ มด้วยเคร่อื งตรวจสอบอลั ตราโซนกิ ส์ [Online], Available:
https://www.globalspec.com/ImageRepository/LearnMore/20171/Ultrasonic_pipeline
_test6b4c590c9fe8483b8bbf302bcf6c7fb9.png [3 กมุ ภาพันธ์ 2565]

25

[11] การถ่ายภาพดว้ ยรังสี [Online], Available: https://i0.wp.com/theconstructor.org/wp-
content/uploads/2020/02/Principle-of-Radiography.jpg?resize=443%2C380&ssl=1
[3 กุมภาพนั ธ์ 2565]

[12] การตรวจสอบโดยใช้กระแสไหลวน [Online], Available: http://tiat.nl/wp-
content/uploads/2017/07/tiat_wervelstroom_onderzoek.jpg [3 กมุ ภาพันธ์ 2565]

[13] การตรวจสอบโดยใช้ของเหลวแทรกซมึ [Online], Available:
https://4.imimg.com/data4/JB/XJ/ANDROID-65168221/product-500x500.jpeg
[3 กมุ ภาพันธ์ 2565]

[14] การตรวจสอบดว้ ยอนุภาคแมเ่ หล็ก [Online], Available: https://sheff-ndt.com/wp-
content/uploads/2020/05/magnetic.jpg [3 กุมภาพันธ์ 2565]