ความแข็งของวัสดุ มีอะไรบ้าง

ความเหนียว (Toughness) คือการผสมผสานระหว่างความแข็งแกร่งและความเหนียวของวัสดุ ซึ่งเป็นคุณสมบัติของวัสดุในการดูดซับพลังงานไว้ได้โดยไม่เกิดการแตกหัก วัสดุที่มีความเหนียวมากจะสามารถดูดซับและทนทานต่อแรงกระทำได้มาก โดยความเหนียวจะมีความสามารถในการรับน้ำหนักมากระทำต่อ 1 หน่วยพื้นที่หน้าตัดของวัสดุที่ทำให้วัสดุขาดได้พอดี ยิ่งวัสดุมีความเหนียวมากก็จะยิ่งรับน้ำหนักได้มาก ด้วยเหตุนี้วัสดุที่มีค่าความเหนียวสูงจึงเหมาะกับใช้งานในประเภทเครื่องจักรหรืออุปกรณ์ชิ้นส่วนที่ต้องรองรับแรงกดและแรงกระแทกปริมาณมากตลอดเวลา เพื่อลดการแตกหักของชิ้นส่วนนั่นเอง

นอกจากความสวยงามของผลิตภัณฑ์แล้ว สมบัติของผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมกับลักษณะการใช้งาน เป็นสิ่งที่ผู้ใช้พิจารณาถึง ดังนั้นเมื่อผู้ผลิตมีวัตถุดิบและกระบวนการผลิตที่มีประสิทธิภาพ จนกระทั่งได้ผลิตภัณฑ์ที่มีขนาด และรูปร่างตามมาตรฐานที่กำหนด และมีสีที่สวยงามแล้ว จะต้องคำนึงถึงความคงทนต่อการใช้งาน ซึ่งความคงทนต่อการใช้งานของผลิตภัณฑ์แต่ละประเภทแตกต่างกันตามลักษณะการนำผลิตภัณฑ์ไปใช้ เช่น กระเบื้องปูพื้น ต้องทนต่อการขีดข่วน เสียดสี ได้ดี จาน ชาม และเครื่องโต๊ะอาหารอื่น ๆ ควรทนทานต่อการกระทบกระแทก ส่วนชิ้นส่วนของเครื่องจักรบางชนิดต้องทนทานต่อแรงบิด แรงอัด แรงกด หรือทนต่อการตัด การเจาะ เป็นต้น ดังนั้นผู้ผลิตจำเป็นต้องสร้างผลิตภัณฑ์ให้มีความแข็งแรงทนทาน และควบคุมให้ความแข็งแรงทนทานดังกล่าวอยู่ในระดับมาตรฐาน ทำให้จำเป็นต้องมีการทดสอบให้ทราบค่าความแข็งแรง และค่าความแข็งของวัสดุ หรือผลิตภัณฑ์ เพื่อให้สามารถนำผลการทดสอบไปใช้ควบคุมคุณภาพผลิตภัณฑ์ และพัฒนาผลิตภัณฑ์ได้

ความหมายของความแข็งแรงและความแข็ง

ความแข็งแรง (Strength) หมายถึงความสามารถในการรับแรงในขณะที่เกิดความเค้น (Stress) ขึ้นภายในวัสดุ การศึกษาเกี่ยวกับความแข็งแรงของวัสดุจะศึกษาเกี่ยวกับแรงภายในวัสดุกับการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและขนาดของวัสดุนั้น (วีระพันธ์ สิทธิพงศ์, 2534, หน้า 1) หรืออาจกล่าวได้ว่าความแข็งคือความสามารถที่จะต้านทานแรงที่มากระทำโดยไม่เกิดการแตกหักนั่นเอง (เสาวรจน์ ช่วยจุลจิตร์, 2543, หน้า 7)

แรงที่เกิดขึ้นภายในของวัสดุ ที่พยายามต้านทานแรงภายนอกที่มากระทำเพื่อไม่ให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดและรูปร่าง เรียกว่าแรงเค้น (Stress) วัดเป็นแรงต่อหน่วยพื้นที่ ส่วนอัตราส่วนระหว่างความยาวของวัสดุที่เปลี่ยนแปลงไป ต่อความยาวเดิมก่อนถูกแรงมากระทำ เรียกว่า ความเครียด (Strain) ทั้งความเค้นและความเครียดนี้มีผลต่อความแข็งแรง ทั้งนี้เพราะการวัดความแข็งแรงจะได้จากการหาค่าความเค้นสูงสุดที่ทำให้เกิดการแตกหักเสียรูปทรง หรือจะออกมาในรูปของค่าโมดูลัสของการแตกหัก (Modulus) หน่วยที่ใช้คือ ปอนด์ต่อตารางฟุต (lb/ft2) หรือ psf ในระบบอังกฤษ และใช้นิวตันต่อตารางเมตร (N/m2) หรือ ปาสคาล (Pascal (Pa)) ในระบบสากล โดยที่ 1 psf มีค่าเท่ากับ 47.88 ปาสคาล นอกจากนี้หน่วยของความแข็งแรงอาจเป็น ปอนด์ ต่อตารางนิ้ว (lb/in2) หรือ psi โดยที่ 1 psi มีค่าเท่ากับ 6.895 กิโลนิวตัน ต่อตารางเมตร (kN/m2)

1 นิวตันต่อตารางมิลลิเมตร (N/mm2) 

= 1 เมกกะนิวตันต่อตารางเมตร (MN/m2) 

= 1,000 กิโลนิวตันต่อตารางเมตร (kN/m2)

ความแข็ง เป็นสมบัติที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งของวัสดุที่สามารถใช้เป็นข้อมูลแสดงถึงความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงขนาด และรูปร่าง และการเกิดความเสียหายที่ผิวของวัสดุ ซึ่งความหมายของความแข็งมีหลายลักษณะคือ ความต้านทานการขัดถู (Abrasion Resistance) ความต้านทานการขูดขีด (Scratching) และความต้านทานการกด (Indentation) (เสาวรจน์ ช่วยจุลจิตร์, 2543, หน้า 11) สำหรับความแข็งของวัสดุที่มีการเคลือบผิวเช่น ผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ โลหะเคลือบ หรือวัสดุฉาบผิวอื่น ๆ นั้น ความแข็งจะหมายถึงความสามารถของสารเคลือบผิวที่ฉาบหรือเคลือบอยู่บนผิววัสดุที่ทนต่อการเกิดรอยจากการกด หรือขูดขีดด้วยของแข็ง 

การทดสอบความแข็งของสารเคลือบผิวมีหลายวิธีตามลักษณะของความแข็งของสารนั้น ๆ เช่น การทดสอบการขูดขีดของสารเคลือบผิวจำพวกสี จะใช้เครื่องมือทดสอบการขูดขีดที่ปลายเป็นเข็มทำด้วยเหล็กใช้น้ำหนักถ่วงเข็มให้เกิดการขีดบนผิวเคลือบ เพิ่มน้ำหนักจนกระทั่งเข็มสามารถแทงทะลุถึงชิ้นทดสอบ รายงานค่าความแข็งของฟิล์มเป็นน้ำหนักน้อยที่สุดที่ทำให้เข็มแทงทะลุผิวเคลือบ ส่วนการทดสอบวิธีอื่น ๆ เช่น ใช้ดินสอที่มีความแข็งต่าง ๆ กัน (6H ถึง 4B) กดลงบนฟิล์ม โดยฟิล์มจะมีความแข็งเท่ากับปลายดินสอเบอร์ที่ทำให้ผิวฟิล์มทะลุได้ (อรอุษา สรวารี, 2537, หน้า 182) ส่วนในทางเซรามิกส์ เนื่องจากวัสดุมีความแข็งมากจึงมีเครื่องจักร-เครื่องมือที่ใช้ในการทดสอบความแข็งแตกต่างจากการทดสอบผิวเคลือบสี แต่คงอยู่บนหลักการของการขูดขีด หรือขัดถูที่ผิวเคลือบให้เกิดการสึกหรอเช่นเดียวกัน

การทดสอบความแข็งแรง

เนื้อหาวิชาที่ศึกษาเรื่องความแข็งแรงของวัสดุ (Strength) เกี่ยวข้องกับกระบวนวิธีวิเคราะห์และวัดความสามารถ รวมทั้งพฤติกรรมของวัสดุที่แสดงออกเมื่อได้รับแรงมากระทำ ดังนั้นการทดสอบจะใช้แรงมากระทำโดยแบ่งลักษณะแรงที่มากระทำเป็น 3 แบบคือ (ทวี อิ่มพิทักษ์ และเทพนารินร์ ประพันธ์พัฒน์, ม.ป.ป., หน้า 17)

1. ทดสอบด้วยแรงอยู่กับที่และเพิ่มขนาดของแรงอย่างช้า ๆ จนกระทั่งชิ้นงานที่ทดสอบถูกแรงกระทำจนขาดออกจากกัน

2. ทดสอบด้วยแรงเคลื่อนที่ในลักษณะซ้ำ ๆ กัน จนกระทั่งขาดออกจากกันหรือเปลี่ยนแปลงลักษณะ

3. ทดสอบด้วยแรงกระแทก โดยเพิ่มขนาดของแรงอย่างรวดเร็วต่อชิ้นงานในระยะเวลาสั้น ๆ ทำให้ชิ้นงานแตกหรือหัก

ความแข็งแรงพิจารณาจากความสามารถในการต้านทานแรงที่มากระทำ ซึ่งแรงกระทำจะทำให้วัสดุเกิดความเค้นและความเครียดขึ้นตามลักษณะของแรงที่มากระทำนั้น ดังนั้นในการระบุความแข็งแรงของวัสดุจะต้องบอกเงื่อนไขที่ทำการทดสอบ เพราะความแข็งแรงจะต่างกันเนื่องจากสิ่งต่าง ๆ ดังนี้ (มณฑล ฉายอรุณ, 2531, หน้า 8)

1. ลักษณะของแรงภายนอกที่มากระทำ

2. อัตราเร็วของแรงที่มากระทำ

3. อุณหภูมิที่ทำการทดสอบขณะนั้น ๆ

ความแข็งแรงแบ่งได้เป็น 7 ชนิดตามลักษณะของแรงที่มากระทำได้แก่ (มณฑล ฉายอรุณ, 2531, หน้า 8 – 11; ชาญ ถนัดงาน, 2523, หน้า 3 – 14)

1. ความแข็งแรงต่อแรงดึง (Tensile Strength หรือ Yielded Strength)

2. ความแข็งแรงต่อแรงเฉือน (Shear Strength)

3. ความแข็งแรงต่อแรงดัด (Bending Strength)

4. ความแข็งแรงต่อแรงกด (Bearing Strength)

5. ความแข็งแรงต่อแรงบิด (Torsion Strength)

6. ความแข็งแรงต่อแรงอัด (Compressive Strength)

7. ความแข็งแรงต่อแรงกระทบกระแทก (Impact Strength)

การทดสอบความแข็งแรงสามารถกระทำได้หลายลักษณะแต่โดยทั่วไปวัสดุที่มีความเหนียว เช่น พลาสติก เหล็ก หรือยาง จะนิยมวัดความแข็งแรงต่อแรงดึง ส่วนวัสดุที่เปราะจะนิยมตรวจสอบด้วยวิธีอื่น ในการทดสอบความแข็งแรงในทางเซรามิกส์ที่นิยมปฏิบัติทั่วไปมี 2 ประเภทคือ ความแข็งแรงต่อแรงดัด และความแข็งแรงต่อแรงกระทบกระแทก ซึ่งการวัดความแข็งแรงเป็นวิธีการที่สำคัญในงานเซรามิกส์ทุกประเภท และเป็นตัวบ่งชี้ทางอ้อมถึงสมบัติด้านความเหนียวของดิน และเนื้อดินปั้น เพราะดินที่เหนียวมากจะมีความแข็งแรงสูง นอกจากนี้ความแข็งแรงหลังเผาจะเป็นตัวบ่งชี้ว่าผลิตภัณฑ์ผ่านการเผามาถูกต้องหรือไม่ การเผาที่ต่ำไปจะมีรูพรุนมากทำให้ความแข็งแรงลดลง อย่างไรก็ตามถ้าเผาสูงไปก็อาจทำให้ความแข็งแรงลดลงได้เช่นกัน

เนื้อหาวิชาที่ศึกษาเรื่องความแข็งแรงของวัสดุ (Strength) เกี่ยวข้องกับกระบวนวิธีวิเคราะห์และวัดความสามารถ รวมทั้งพฤติกรรมของวัสดุที่แสดงออกเมื่อได้รับแรงมากระทำ ดังนั้นการทดสอบจะใช้แรงมากระทำโดยแบ่งลักษณะแรงที่มากระทำเป็น 3 แบบคือ (ทวี อิ่มพิทักษ์ และเทพนารินร์ ประพันธ์พัฒน์, ม.ป.ป., หน้า 17)

1. ทดสอบด้วยแรงอยู่กับที่และเพิ่มขนาดของแรงอย่างช้า ๆ จนกระทั่งชิ้นงานที่ทดสอบถูกแรงกระทำจนขาดออกจากกัน
2. ทดสอบด้วยแรงเคลื่อนที่ในลักษณะซ้ำ ๆ กัน จนกระทั่งขาดออกจากกันหรือเปลี่ยนแปลงลักษณะ
3. ทดสอบด้วยแรงกระแทก โดยเพิ่มขนาดของแรงอย่างรวดเร็วต่อชิ้นงานในระยะเวลาสั้น ๆ ทำให้ชิ้นงานแตกหรือหัก

ความแข็งแรงพิจารณาจากความสามารถในการต้านทานแรงที่มากระทำ ซึ่งแรงกระทำจะทำให้วัสดุเกิดความเค้นและความเครียดขึ้นตามลักษณะของแรงที่มากระทำนั้น ดังนั้นในการระบุความแข็งแรงของวัสดุจะต้องบอกเงื่อนไขที่ทำการทดสอบ เพราะความแข็งแรงจะต่างกันเนื่องจากสิ่งต่าง ๆ ดังนี้ (มณฑล ฉายอรุณ, 2531, หน้า 8)

1. ลักษณะของแรงภายนอกที่มากระทำ
2. อัตราเร็วของแรงที่มากระทำ
3. อุณหภูมิที่ทำการทดสอบขณะนั้น ๆ

ความแข็งแรงแบ่งได้เป็น 7 ชนิดตามลักษณะของแรงที่มากระทำได้แก่ (มณฑล ฉายอรุณ, 2531, หน้า 8 – 11; ชาญ ถนัดงาน, 2523, หน้า 3 – 14)

1. ความแข็งแรงต่อแรงดึง (Tensile Strength หรือ Yielded Strength)
2. ความแข็งแรงต่อแรงเฉือน (Shear Strength)
3. ความแข็งแรงต่อแรงดัด (Bending Strength)
4. ความแข็งแรงต่อแรงกด (Bearing Strength)
5. ความแข็งแรงต่อแรงบิด (Torsion Strength)
6. ความแข็งแรงต่อแรงอัด (Compressive Strength)
7. ความแข็งแรงต่อแรงกระทบกระแทก (Impact Strength)

การทดสอบความแข็งแรงสามารถกระทำได้หลายลักษณะแต่โดยทั่วไปวัสดุที่มีความเหนียว เช่น พลาสติก เหล็ก หรือยาง จะนิยมวัดความแข็งแรงต่อแรงดึง ส่วนวัสดุที่เปราะจะนิยมตรวจสอบด้วยวิธีอื่น ในการทดสอบความแข็งแรงในทางเซรามิกส์ที่นิยมปฏิบัติทั่วไปมี 2 ประเภทคือ ความแข็งแรงต่อแรงดัด และความแข็งแรงต่อแรงกระทบกระแทก ซึ่งการวัดความแข็งแรงเป็นวิธีการที่สำคัญในงานเซรามิกส์ทุกประเภท และเป็นตัวบ่งชี้ทางอ้อมถึงสมบัติด้านความเหนียวของดิน และเนื้อดินปั้น เพราะดินที่เหนียวมากจะมีความแข็งแรงสูง นอกจากนี้ความแข็งแรงหลังเผาจะเป็นตัวบ่งชี้ว่าผลิตภัณฑ์ผ่านการเผามาถูกต้องหรือไม่ การเผาที่ต่ำไปจะมีรูพรุนมากทำให้ความแข็งแรงลดลง อย่างไรก็ตามถ้าเผาสูงไปก็อาจทำให้ความแข็งแรงลดลงได้เช่นกัน โดยผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ประเภทต่างกัน

การทดสอบความแข็งแรงต่อแรงดึง

การทดสอบความแข็งแรงต่อแรงดึงหมายถึงค่าอัตราส่วนระหว่างแรงต่อหน่วยพื้นที่ กับความยาวที่เปลี่ยนไปต่อหน่วยความยาว ซึ่งแสดงให้เห็นว่าวัสดุนั้นจะทนแรงดึงได้มากน้อยเพียงใด ชิ้นทดสอบที่ใช้จะมีขนาดตามมาตรฐานนำมาให้แรงดึงเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งชิ้นทดสอบขาด (ประจักษ์ เชื้อโชติ, ม.ป.ป., หน้า 394) การทดสอบความแข็งแรงต่อแรงดึงจะมีความลำบากในการวัดค่า เพราะมีผลการทดสอบที่มีค่าหลากหลาย ในการทดสอบวัสดุประเภทเดียวกัน ชนิดเดียวกัน แต่มีความสำคัญมากที่สุดสำหรับการทำงานเกี่ยวกับวัสดุจำพวกเหล็กฃ

การทดสอบความแข็งแรงต่อแรงเฉือน

แรงเฉือนจะมีพฤติกรรมใกล้เคียงกับแรงตรงในเรื่องของแรงดึง และแรงอัด นั่นคือแรงเฉือนเกิดขึ้นจากการพยายามรักษาสภาวะสมดุลย์ของชิ้นวัสดุโดยการออกแรงต้านในทิศทางตรงข้ามกับแรงที่มากระทำ ทำให้เกิดแรงเฉือนขึ้น หากวัสดุไม่สามารถต้านทานแรงที่มากระทำได้จะเกิดเป็นความเครียดเฉือนในเนื้อวัสดุ และวัสดุเกิดการเปลี่ยนแปลงในทิศทางที่แรงมากระทำ(ศิริวัฒน์ ไชยชนะ, 2543, หน้า 24 – 25) การวัดความแข็งแรงต่อแรงเฉือนจะพิจารณาการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในเมื่อวัสดุได้รับแรงเฉือนที่มากระทำตามปริมาณที่กำหนด การทดสอบความแข็งแรงต่อแรงเฉือนนิยมทดสอบหมุดย้ำที่ใช้ในงานก่อสร้าง ซึ่งอยู่บนแผ่นโลหะที่จำเป็นต้องรับแรงเฉือนตลอดเวลาในขณะใช้งาน (ชาญ ถนัดงาน, 2523, หน้า 11 – 13) สำหรับงานเซรามิกส์พบว่ามีการทดสอบความแข็งแรงต่อแรงเฉือนของวัสดุทนไฟตามมาตรฐานของประเทศอังกฤษ แต่สำหรับมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมของประเทศไทยไม่พบข้อกำหนดสำหรับการทดสอบความแข็งแรงต่อแรงเฉือน

การทดสอบความแข็งแรงต่อแรงดัด

การทดสอบความแข็งแรงต่อแรงดัด เป็นการตรวจสอบโดยการวัดความสามารถในการต้านทานต่อแรงดัด (Bending Load) และรายงานค่าทดสอบเป็นค่าโมดูลัสของการแตกหัก (Modulus of Rupture; MOR; M of R) วิธีหาความแข็งแรงต่อแรงดัดนี้ใช้กันมากในการควบคุมคุณภาพผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ ทั้งสมบัติเมื่อแห้ง และสมบัติหลังเผา ซึ่งมีวิธีการทดสอบดังนี้คือ

1. ทำแท่งทดสอบที่มีลักษณะการผลิตใกล้เคียงกับการผลิตจริงมากที่สุด นั่นคือ หากการผลิตผลิตภัณฑ์ใช้ดินเหนียว และขึ้นรูปด้วยวิธีการรีด แท่งทดสอบก็ควรจะเป็นดินเหนียว และขึ้นรูปโดยวิธีการรีดเช่นเดียวกัน หากผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปจากการหล่อแบบพิมพ์ แท่งทดสอบควรจะขึ้นรูปด้วยวิธีเดียวกัน โดยแท่งทดสอบอาจเป็นแท่งสี่เหลี่ยม หรือแท่งกลมทรงกระบอกก็ได้ หากเป็นแท่งกลมทรงกระบอกควรมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 1 นิ้ว หรือ 0.75 นิ้ว หรือ 0.5 นิ้ว หรือ 0.25 นิ้ว ยาว 6.5 นิ้ว แล้วแต่ความเหมาะสมเมื่อเปรียบเทียบกับผลิตภัณฑ์ ถ้าเป็นแท่งสี่เหลี่ยมควรมีขนาดพื้นที่หน้าตัด 1 นิ้ว X 0.5 นิ้ว ยาว 4.5 นิ้ว
2. นำแท่งทดสอบไปอบแห้งที่อุณหภูมิ 110 องศาเซลเซียส นาน 24 ชั่วโมง สำหรับการทดสอบหาค่าความแข็งแรงต่อแรงดัดของเนื้อดินปั้นเมื่อแห้ง แต่สำหรับการทดสอบหาค่าความแข็งแรงต่อแรงดัดของเนื้อดินปั้นหลังเผา ต้องนำแท่งทดสอบที่แห้งสนิทนี้ไปผ่านการเผาที่อุณหภูมิการใช้งาน
3. นำแท่งทดสอบเข้าเครื่องดูดความชื้น (Decicator) นาน 24 ชั่วโมง
4. หาค่าแรงกดที่ทำให้แท่งทดสอบหัก ทดสอบโดยใช้เครื่องทดสอบความแข็งแรงต่อแรงดัด (ภาพที่ 7.2)
5. คำนวณหาค่าความแข็งแรงต่อแรงดัด จากสูตรต่อไปนี้
5.1 เมื่อทดสอบโดยใช้เครื่องทดสอบที่มีแรงกด 3 จุด มีสูตรที่ใช้คำนวณหาค่าความแข็งแรงต่อแรงดัดจำนวน 2 สูตร แตกต่างกันตามลักษณะของแท่งทดสอบดังนี้คือ (ดนัย อารยะพงษ์, 2538, หน้า 20)
5.1.1 กรณีที่แท่งทดสอบเป็นแท่งกลมทรงกระบอก คำนวณจากสูตร
ค่าโมดูลัสของการแตกหัก (MOR) = (8FL) / ?D3

5.1.2 กรณีที่แท่งทดสอบเป็นแท่งสี่เหลี่ยม คำนวณจากสูตร
ค่าโมดูลัสของการแตกหัก = (3FL) / 2bd2

5.2 เมื่อทดสอบโดยใช้เครื่องทดสอบที่มีแรงกด 4 จุด และแท่งทดสอบเป็นแท่งสี่เหลี่ยม คำนวณหาค่าความแข็งแรงต่อแรงดัดจากสูตร
ค่าโมดูลัสของการแตกหัก = (3Fa) / bd2
เมื่อ
F หมายถึงแรงกดที่ทำให้แท่งทดสอบหัก (กิโลกรัม หรือ ปอนด์)
L หมายถึง ความกว้างของบ่ารอง (Span Length) ซึ่งควรกำหนดให้มีความกว้างเป็น 2/3 เท่าของความยาวแท่งทดสอบ (เซนติเมตร หรือ นิ้ว)
a หมายถึงระยะห่างจากแรงกดถึงปลายสุดของแท่งทดสอบ (กรณีที่ใช้แรงกด 4 จุด) (เซนติเมตร หรือ นิ้ว)
b หมายถึงความกว้างของแท่งทดสอบบริเวณที่หัก (เซนติเมตร หรือ นิ้ว)
d หมายถึงความหนาของแท่งทดสอบบริเวณที่หัก (เซนติเมตร หรือ นิ้ว)
D หมายถึงเส้นผ่าศูนย์กลางของแท่งทดสอบบริเวณที่หัก (เซนติเมตร หรือ นิ้ว)

เครื่องทดสอบความแข็งแรงต่อแรงดัดมีหลักการทำงานคือ เครื่องจะเพิ่มน้ำหนักกดลงบนแท่งทดสอบโดยแรงกระทำอยู่กับที่ และเพิ่มขนาดของแรงอย่างช้า ๆ สม่ำเสมอ จนกระทั่งแท่งทดสอบหัก เครื่องจะแสดงน้ำหนักที่กระทำให้แท่งทดสอบหัก ทั้งนี้หน่วยของน้ำหนักจะแตกต่างกันตามแหล่งที่มา หรือผู้ผลิตเครื่องทดสอบ ซึ่งหน่วยอาจเป็นกิโลกรัม ปอนด์ หรือนิวตัน นอกจากนี้เครื่องทดสอบความแข็งแรงต่อแรงดัด มีความแตกต่างของจำนวนจุดที่ให้แรงกระทำ คือมีแบบแรงกด 3 จุด (Three Point Loading) โดยมีแรงกระทำให้แท่งทดสอบหักจำนวน 1 จุด และบ่ารองอีก 2 จุด (ภาพที่ 7.1 (1)) และแบบแรงกด 4 จุด (Four Point Loading) คือมีแรงกระทำให้แท่งทดสอบหัก จำนวน 2 จุด และบ่ารองอีก 2 จุด (ภาพที่ 7.1 (2))

ในการทดสอบความแข็งแรงต่อแรงดัดของวัตถุดิบที่ใช้ในงานเซรามิกส์นั้น จะทำการทดสอบความแข็งแรงเมื่อแห้งของดินดำ และดินแดง โดยห้องทดลองในโรงงานอุตสาหกรรมมีวิธีการขึ้นรูปแท่งทดสอบที่แตกต่างกัน นั่นคือหากเป็นดินดำจะใช้การขึ้นรูปแท่งทดสอบด้วยวิธีการหล่อแบบพิมพ์ แต่หากเป็นดินแดงจะใช้วิธีการรีดดินเป็นแท่งกลมทรงกระบอก และตัดให้ได้ความยาวตามความต้องการ ส่วนดินขาวนั้น เนื่องจากมีความเปราะ และแตกหักง่ายเมื่อแห้ง ทำให้ยากต่อการขึ้นรูป และเคลื่อนย้ายในขณะทดสอบ จึงไม่นิยมทดสอบความแข็งแรงต่อแรงดัดของดินขาว และในห้องทดลองของโรงงานอุตสาหกรรมส่วนมาก จะทำการทดสอบความแข็งแรงเมื่อแห้งของวัตถุดิบเท่านั้น ไม่นิยมทดสอบความแข็งแรงหลังเผา ซึ่งความแข็งแรง-ต่อแรงดัดของดินดำเมื่อแห้งโดยทั่วไปจะมีค่าประมาณ 900 - 1,100 ปอนด์ ต่อตารางนิ้ว (lb/in2 หรือ psi) ส่วนดินแดงมีความแข็งแรงต่อแรงดัดเมื่อแห้งต่างกันเช่น ดินแดง จังหวัดลำปาง มีความแข็งแรงประมาณ 650 - 660 psi และดินแดงนครศรีธรรมราช มีความแข็งแรงประมาณ 730 psi ส่วนนอร์ตัน (Norton, F.H., 1957, p. 35) ระบุไว้ว่าดินขาวล้าง (Washed Kaolin) มีความแข็งแรงต่อแรงดัดเมื่อแห้ง 75 - 200 ปอนด์ ต่อตารางนิ้ว ส่วนดินดำมีความแข็งแรง 150 - 1,200 ปอนด์ ต่อตารางนิ้ว และดินแดง (Brick Clays) มีความแข็งแรงต่อแรงดัดเมื่อแห้ง 100 - 1,000 ปอนด์ ต่อตารางนิ้ว ความแข็งแรงต่อแรงดัดของเนื้อดินปั้นชนิดต่าง ๆ

การทดสอบความแข็งแรงต่อแรงกด

แรงกดเป็นแรงตรงเช่นเดียวกับแรงอัดและแรงดึง โดยมีลักษณะการทดสอบความแข็งแรงคล้ายแรงดัด หากต่างกันที่แรงกดใช้แรงอยู่กับที่และเพิ่มขนาดของแรงอย่างช้า ๆ จนกระทั่งชิ้นงานที่ทดสอบแตกหักหรือขาดออกจากกันเช่นเดียวกับแรงดัด แต่ชิ้นทดสอบที่รองรับแรงที่มากระทำจะอยู่บนพื้นราบ การทดสอบความแข็งแรงต่อแรงกดจะมีความนิยมน้อยที่สุด เนื่องจากมีลักษณะของการทดสอบในลักษณะเดียวกับความแข็งแรงประเภทอื่น รวมทั้งการทดสอบความแข็ง (มณฑล ฉายอรุณ, 2531, หน้า 25)

การทดสอบความแข็งแรงต่อแรงบิด

แรงบิดหมายถึงการที่ส่วนของโครงสร้าง หรือชิ้นทดสอบรับโมเมนต์ หรือแรงที่มาบิด ที่ปลายทั้งสองข้าง โดยที่โมเมนต์บิดนั้นอยู่ในระนาบที่ตั้งฉากกับแนวแกนของก้อนวัสดุ และทำให้เกิดผลกับวัสดุใน 2 ลักษณะคือ (สิริศักดิ์ ปโยธรศิริ, 2539, หน้า 64)

1. เกิดแรงภายในต้านการบิดในรูปของแรงเค้นเฉือนบนหน้าตัดใด ๆ ของก้อนวัสดุที่ตั้งฉากกับแนวนอน

2. เกิดการหมุนหรือการเปลี่ยนรูปเชิงมุมของปลายข้างหนึ่งของก้อนวัสดุจากปลายอีกข้างหนึ่งของก้อนวัสดุ นั่นคือทำให้เกิดความเครียดเฉือนนั่นเอง

การทดสอบความแข็งแรงต่อแรงบิดสามารถใช้ชิ้นทดสอบที่มีลักษณะเป็นแท่งกลมทรงกระบอก จะกลวงหรือตันก็ได้ หรืออาจเป็นแท่งสี่เหลี่ยมก็ได้เช่นกัน โดยการแตกหักของวัสดุจากแรงบิดจะขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุที่มีความแตกต่างกันดังนี้คือ (สิริศักดิ์ ปโยธรศิริ, 2539, หน้า 77)

1. วัสดุเหนียว เช่นเหล็ก จะมีความสามารถในการรับแรงเฉือนได้น้อย เมื่อเปรียบเทียบกับการรับแรงดึงหรือแรงอัด เพราะฉะนั้นจะแตกหักเนื่องจากแรงเฉือนตามแนวแกน หรือตามขวาง ขึ้นอยู่กับความสามารถของวัสดุที่รับแรงเฉือนในแนวใดได้น้อยกว่ากัน

2. วัสดุเปราะ เช่นชอล์ก จะรับแรงดึงได้ค่อนข้างต่ำ แต่รับแรงเฉือนได้ค่อนข้างสูง เพราะฉะนั้นจะแตกหักตามแนวทะแยงทำมุม 45 องศา กับแนวนอนเป็นเกลียวโดยรอบ โดยเริ่มที่ขอบนอกสุดก่อน

3. วัสดุเหนียวรูปทรงกระบอกกลวง เช่นกระป๋องอลูมิเนียม ในกรณีที่ผนังบางมากวัสดุจะเกิดการย่นเข้าหากันเนื่องจากแรงอัดตามแนวเกลียว 45 องศากับแนวนอน 

การทดสอบแรงบิดโดยทั่วไปใช้ในการศึกษากำลังเฉือนของวัสดุ โดยเฉพาะโลหะ โดยการใส่ชิ้นทดสอบขนาดมาตรฐานเข้าในเครื่องทดสอบแรงบิด (Torque) มีอุปกรณ์ในการวัดมุมบิดจากการเขียนโค้งความสัมพันธ์ระหว่างแรงบิดกับมุมบิด

การทดสอบความแข็งแรงต่อแรงอัด

แรงดึงและแรงอัดจะเป็นแรงประเภทเดียวกัน คือเป็นแรงตรง (Direct Load) เพราะแรงทั้งสองถูกกำหนดให้กระทำผ่านจุดศูนย์ถ่วงของหน้าตัดและอาจทำให้วัสดุเปลี่ยนแปลงความยาวเป็นยืดออกหรือหดสั้นเข้าตามทิศทางของแรงกระทำ

การทดสอบความแข็งแรงต่อแรงอัดโดยทั่วไปใช้สำหรับทดสอบวัสดุที่มีความเปราะ เช่นเหล็กหล่อ และคอนกรีต โดยเครื่องมือที่ใช้ทดสอบคล้ายการทดสอบแรงดึงแต่ใช้แรงอัดแทน หาค่าการหดตัวแทนค่าการยืดตัว ชิ้นทดสอบนิยมใช้เป็นแท่งรูปสี่เหลี่ยม หรือแท่งกลมทรงกระบอก มีความสูงมากกว่าความกว้างพอประมาณ เพื่อลดการเสียดทานบนผิวสัมผัสของชิ้นทดสอบ โดยขนาดของชิ้นทดสอบจะแตกต่างกัน เช่นชิ้นทดสอบที่เป็นวัสดุจำพวกไม้มีขนาด 50 X 50 X 200 เซนติเมตร แท่งทดสอบที่เป็นคอนกรีตจะเป็นทรงกระบอก เส้นผ่าศูนย์กลาง 150 มิลลิเมตร สูง 300 มิลลิเมตร หรือเป็นแท่งสี่เหลี่ยมลูกบาศก์ ขนาด 150 X 150 X 150 มิลลิเมตร เป็นต้น (ยิ่งศักดิ์ พรรณเชษฐ์, 2541, หน้า 83) การทดสอบความแข็งแรงต่อแรงอัดจะใช้หลักการเพิ่มความเค้นอัดอย่างช้า ๆ และสม่ำเสมอ หน่วยการวัดความแข็งแรงต่อแรงอัดที่ได้คือ นิวตันต่อตารางเซนติเมตร ส่วนข้อจำกัดของการทดสอบคือผิวด้านข้างของชิ้นทดสอบจะต้องเรียบกลมสม่ำเสมอ และวางชิ้นทดสอบให้อยู่กึ่งกลางของตัวกดอัด วัสดุที่นำมาทดสอบหากเป็นวัสดุที่มีความเหนียวจะเกิดรอยร้าวและพองออกด้านข้าง หากวัสดุมีความอ่อนจะถูกอัดแบนโดยไม่แตกหัก แต่หากวัสดุมีความเปราะจะแตกหักเป็นรูปกรวย (มานพ ตันตระบัณฑิตย์, 2531, หน้า 75 – 77)

การทดสอบความแข็งแรงต่อแรงกระทบกระแทก

ผลิตภัณฑ์เซรามิกส์บางชนิดต้องการการทดสอบความทนทานต่อแรงกระทบกระแทก เช่น ผลิตภัณฑ์เครื่องโต๊ะอาหาร (Table Ware) ซึ่งการวัดความทนทานต่อแรงกระทบกระแทกนี้ ได้แก่การวัดแรงในการทำให้แท่งทดสอบหักโดยการแกว่งลูกตุ้มมากระทบ แรงกระทบที่รวดเร็วสามารถทำให้ชิ้นทดสอบหักได้ เครื่องทดสอบความทนทานต่อแรงกระทบกระแทก ประกอบด้วยลูกตุ้มที่มีน้ำหนักตามมาตรฐานที่ต้องการทดสอบ เช่น 2.25 ปอนด์ (1 กิโลกรัม) หรือ 4 ปอนด์ (1.8 กิโลกรัม) เป็นต้น และลูกตุ้มนี้สามารถเคลื่อนที่ขึ้นลงได้ในระยะทางที่กำหนด เมื่อจะทดสอบให้นำแท่งทดสอบมาไว้ที่ฐานของเครื่องทดสอบ จากนั้นตั้งระยะทางที่จะปล่อยลูกตุ้มให้ลงมากระทบกับชิ้นทดสอบ และปล่อยให้ลูกตุ้มตกอย่างอิสระมากระแทกที่ชิ้นทดสอบ ซึ่งหน่วยของการทดสอบความทนทานต่อการกระทบกระแทกจะมีหน่วยเป็น นิ้ว - ปอนด์ หรือ เซนติเมตร – กิโลกรัม เช่น ใช้ลูกตุ้มหนัก 4 ปอนด์ ปล่อยลงมาให้กระทบกับชิ้นทดสอบจากระยะทาง 40 นิ้ว ปรากฏว่า เป็นระยะทางสูงสุดที่ชิ้นทดสอบสามารถจะทนได้โดยไม่เปลี่ยนรูปทรง หรือ ไม่เกิดข้อบกพร่อง ตามแต่กรณี แสดงว่าแท่งทดสอบดังกล่าวมีความทนทานต่อการกระทบกระแทกเท่ากับ 40 นิ้ว – 4 ปอนด์ 

ในการทดสอบความแข็งแรงต่อแรงกระทบกระแทกของกระเบื้องบุผนังภายในตามมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม จะใช้ลูกเหล็กกลมเส้นผ่าศูนย์กลาง 19+/- 0.05 มิลลิเมตร หนัก 28.35 +/- 0.25 กรัม และใช้ระยะความสูงต่างกันตามความหนาของกระเบื้อง

การทดสอบความแข็ง

ความแข็ง (Hardness) เป็นสมบัติหนึ่งของผิววัสดุ หมายถึงค่าความต้านทานในการเปลี่ยนแปลงขนาด รูปร่าง หรือการเกิดรอยขูดขีดเสียหายบริเวณพื้นผิววัสดุ (ดวงเพ็ญ ศรีบัวงาม และอนุรักษ์ ปิติรักษ์สกุล, ม.ป.ป., หน้า 144) การทดสอบความแข็งของวัสดุมีหลายวิธี และการทดสอบความแข็งเพียงวิธีเดียวไม่สามารถตอบเกี่ยวกับสมบัติที่แท้จริงของวัสดุได้อย่างสมบูรณ์ บางครั้งอาจจะต้องนำผลการทดสอบที่ได้ไปเปรียบเทียบกับผลการทดสอบความแข็งวิธีอื่น ๆ โดยใช้ชิ้นทดสอบเดียวกัน การทดสอบความแข็งแต่ละวิธี จะมีจุดประสงค์ของการทดสอบความแข็งแตกต่างกัน เช่น การทดสอบบางวิธีผลการทดสอบบอกถึงความยาก-ง่ายในการแปรรูปวัสดุนั้น ๆ หรืออาจบอกถึงความต้านทานการสึกหรอ ความต้านทานต่อการนำไปตกแต่งด้วยเครื่องจักร หรือสมบัติในการที่จะนำไปทำขดลวดสปริง ซึ่งจะเห็นว่าการทดสอบความแข็งให้ความหมายได้กว้างหลายประการ และยังไม่มีการเปรียบเทียบข้อดี ข้อเสียของการทดสอบความแข็งแต่ละวิธีไว้ เพียงแต่มีข้อกำหนดเกี่ยวกับขีดจำกัดของการทดสอบแต่ละวิธีไว้เท่านั้น

การทดสอบความแข็งหากหากแบ่งประเภทของการทดสอบความแข็ง ตามลักษณะการทดสอบ อาจแบ่งได้เป็น 2 แบบคือ การทดสอบความแข็งโดยการขูดขีด ขัดสี (Scratching) และ การทดสอบความแข็งจากการใช้แรงกดให้เกิดรอยที่ผิว (Indentation) ซึ่งลักษณะการทดสอบทั้งสองแบบนี้ สามารถจำแนกออกเป็น 5 วิธีที่แตกต่างกันตามจุดประสงค์ของการใช้งาน หรือปัจจัยที่จะมีผลกระทบต่อวัสดุนั้น ๆ เมื่อใช้งาน ซึ่งมีวิธีการทดสอบดังนี้คือ

1. วัดความต้านทานต่อการตัดหรือเจาะ (Resistance to Cutting or Drilling) โดยการทดสอบความสามารถในการนำไปตกแต่งด้วยเครื่องจักร (Machinability) เป็นการทดสอบความแข็งโดยพิจารณาจากความยากง่ายของการนำไปตัดหรือเจาะด้วยเครื่องจักร ซึ่งเป็นวิธีที่อาศัยประสบการณ์ของผู้ปฏิบัติงานกับเครื่องจักร แล้วสรุปว่าวัสดุใดแข็งหรืออ่อนกว่ากันเท่านั้น แต่จะไม่สามารถระบุค่าความแข็งเป็นตัวเลขได้ จึงไม่เป็นวิธีการทดสอบความแข็งที่ได้มาตรฐาน

2. วัดความต้านทานต่อการเสียดสี (Resistance to Abrasion) โดยการทดสอบการเสียดสี (Wear Hardness Test) เป็นวิธีการทดสอบความแข็ง ที่พิจารณาจากการสึกหรอของผิววัสดุเมื่อใช้งานที่ต้องเสียดสีกัน ถ้าวัสดุใดอ่อนกว่าก็จะถูกเสียดสีทำให้เกิดการสึกหรอมากกว่า การทดสอบโดยการเสียดสีนี้อาจจะใช้ตะไบทดสอบได้ (File Test) คือทำการตะไบที่ผิวงานทดสอบ ถ้าผิวงานแข็งก็จะตะไบไม่เข้า ผิวงานสึกหรอน้อย แต่ถ้าผิวงานอ่อนก็จะสามารถตะไบได้ลึก ผิวงานสึกหรอมาก ซึ่งจะสังเกตุเห็นว่าเป็นวิธีทดสอบที่ง่าย สะดวกรวดเร็ว แต่ไม่สามารถระบุค่าความแข็งของผิวงานทดสอบได้ และผลการทดสอบก็ไม่แน่นอน ขึ้นอยู่กับประสบการณ์ของผู้ทดสอบด้วย การทดสอบโดยการเสียดสีนี้สามารถระบุได้เพียงว่าวัสดุใดแข็งหรืออ่อนกว่ากันเท่านั้น จึงไม่เป็นวิธีการทดสอบความแข็งที่ได้มาตรฐานเช่นเดียวกัน 

สำหรับการทดสอบทางเซรามิกส์มีการใช้การทดสอบความต้านทานต่อการเสียดสี เพื่อพิจารณาว่าผิวผลิตภัณฑ์ทนต่อการเสียดสีที่เกิดขึ้นขณะใช้งานมากน้อยเพียงใด ซึ่งผลิตภัณฑ์ที่นิยมทดสอบคือ กระเบื้องปูพื้น โดยใช้เครื่องทดสอบความต้านทานต่อการเสียดสีของเคลือบ (Resistance to Abrasion of Glazed) หลักการทดสอบคือ เครื่องจะทำการเขย่าวัสดุขัดถูที่มีลักษณะเป็นเม็ดทรงกลมเล็ก ๆ บนผิวผลิตภัณฑ์ในระยะเวลาที่กำหนด ซึ่งการทดสอบต้องควบคุมชนิดของวัสดุขัดถู ปริมาณ และขนาดของวัสดุขัดถู แรงเขย่า และระยะเวลาที่ใช้ทดสอบ หลังจากนั้นจึงนำผลิตภัณฑ์มาพิจารณาความมันของเคลือบที่หายไป หรือพิจารณาความลึกที่เกิดจากการขัด หรืออาจใช้การชั่งน้ำหนักที่สูญเสียไปเนื่องจากการขัด ซึ่งการรายงานผลเป็นน้ำหนักนี้จะเชื่อถือได้มากที่สุด

3. วัดความต้านทานต่อการขีดข่วน (Resistance to Scratching) โดยการทดสอบการขีดข่วน (Scratch Hardness Test) เป็นวิธีการทดสอบความแข็งที่ได้รับความสนใจและนิยมใช้ของนักธรณีวิทยา ที่ใช้ในการทดสอบความแข็งของหินแร่ การทดสอบโดยการขีดข่วนเป็นวิธีการทดสอบที่สะดวกรวดเร็ว เพราะอาศัยหลักการที่ว่า วัสดุที่แข็งกว่าจะสามารถขีดข่วนเป็นรอยบนผิววัสดุที่อ่อนกว่าได้ แต่วัสดุที่อ่อนกว่าจะไม่สามารถขีดข่วนเป็นรอยบนผิววัสดุที่แข็งกว่าได้

ในปี ค.ศ. 1824 (พ.ศ. 2367) นักแร่วิทยาชาวออสเตรีย ชื่อ เอฟ โมห์ส (F. Mohs) ได้ลำดับความแข็งของแร่ออกเป็น 10 ระดับด้วยกัน เรียกว่าระดับความแข็งของโมห์ส (Mohs’ Scale of Hardness) โดยเริ่มจากระดับหนึ่ง เป็นแร่ที่อ่อนที่สุด ไปหาแร่ที่มีความแข็งมากที่สุด คือระดับสิบ (ตารางที่ 7.6) แต่ลำดับความแข็งของแร่ 10 ระดับนี้ เป็นลำดับความแข็งสัมพัทธ์ (Relative Hardness) ไม่ใช่ระดับความแข็งที่แท้จริง นอกจากนี้ โมห์ส ยังจัดลำดับความแข็งไว้อีก 15 ระดับตามตารางที่ 7.6 เช่นเดียวกัน แต่โดยทั่วไปนิยมใช้การเปรียบเทียบความแข็ง 10 ระดับ (มณฑล ฉายอรุณ, 2531, หน้า 100) และในปัจจุบันได้มีเครื่องมือวัดระดับความแข็งตามระดับของโมห์ส โดยการวัดความต้านทานต่อการขีดข่วน ซึ่งมีเครื่องมือ 2 ลักษณะคือ มีลักษณะเป็นก้อนของแร่ หรือวัสดุนั้น ๆ ส่วนอีกลักษณะหนึ่งจะนำวัสดุที่เป็นตัววัดทั้งสิบชนิดมาประกอบกับด้ามจับ โดยให้วัสดุอยู่บริเวณหัวของเครื่องมือที่มีลักษณะเหมือนปากกา เพื่อความสะดวกในการใช้งาน และเก็บรักษา

4. วัดการสะสมพลังงานภายใต้แรงกระแทก (Energy Absorption Under Impact Loads) ทดสอบโดยใช้ลูกตุ้มกระทบผิวแล้วสะท้อนกลับ (Rebound Hardness Test) เป็นวิธีการทดสอบความแข็งโดยการปล่อยลูกตุ้มให้กระทบผิวชิ้นทดสอบ แล้วพิจารณาค่าความสูงของการสะท้อนกลับของลูกตุ้มภายหลังกระทบ ซึ่งจะสังเกตุเห็นว่าเป็นวิธีการทดสอบความแข็งที่ใช้แรงเคลื่อนที่กระทบผิววัสดุ ดังนั้นบางครั้งจึงเรียกวิธีการทดสอบความแข็งแบบนี้ว่าการทดสอบความแข็งทางพลวัต (Dynamic Hardness Test) และเป็นวิธีที่นิยมใช้ทดสอบความแข็งของโลหะที่อุณหภูมิสูง เพราะลูกตุ้มจะไม่ได้รับผลกระทบของความร้อน เนื่องจากระยะเวลาที่ตกกระทบและสัมผัสผิวชิ้นทดสอบนั้นน้อยมาก จากหลักการทดสอบดังกล่าวนี้เองที่ถูกนำไปสร้างอุปกรณ์-ทดสอบความแข็งที่นิยมใช้ เรียกว่าชอร์ สเคิลโรสโคป (Shore Scleroscope) เหตุนี้เองจึงเรียกการทดสอบนี้ว่า การทดสอบความแข็งด้วยชอร์ สเคิลโรสโคป 

5. วัดความต้านทานต่อการกดให้เกิดรอยบุ๋มถาวร (Resistance to Permanent Indentation) การทดสอบโดยการกดให้เกิดรอยบุ๋ม (Indentation Hardness Test) เป็นวิธีการทดสอบความแข็งที่นิยมใช้ในงานวิศวกรรมเพราะเป็นวิธีการทดสอบที่ได้มาตรฐาน ให้ผลการทดสอบที่ถูกต้องแน่นอนและสามารถระบุค่าความแข็งได้ เนื่องจากใช้เครื่องทดสอบที่เป็นมาตรฐานในการทดสอบ

สำหรับหลักการของการทดสอบความแข็งโดยวิธีนี้คือใช้เครื่องทดสอบกดบนผิวชิ้นทดสอบ ทำให้เกิดรอยบุ๋มถาวร (Permanent Indentation) แล้ววัดขนาดความโตหรือความลึกของรอยบุ๋ม ถ้าทดสอบกับวัสดุอ่อน ก็จะทำให้เกิดรอยบุ๋มขนาดใหญ่ หรือลึกมาก แต่ถ้าทดสอบกับวัสดุแข็งก็จะทำให้เกิดรอยบุ๋มขนาดเล็ก หรือลึกน้อย จากหลักการดังกล่าว ได้ถูกนำไปสร้างเครื่องทดสอบมาตรฐานและวิธีการทดสอบที่เป็นมาตรฐานดังนี้ 

5.1 การทดสอบความแข็งบริเนลล์ (Brinell Hardness Test)

5.2 การทดสอบความแข็งวิกเกอร์ส (Vickers Hardness Test)

5.3 การทดสอบความแข็งน๊อพ (Knoop Hardness Test)

5.4 การทดสอบความแข็งร็อคเวลล์ (Rockwell Hardness Test)

ความแตกต่างของการทดสอบทั้ง 4 ประเภทที่เห็นได้ชัดเจนคือความแตกต่างของลักษณะหัวเข็มทดสอบ หรือรูปร่างของเข็มทดสอบ (Shape of Indentation) ตาม

สำหรับการทดสอบความแข็งในทางเซรามิกส์ นอกจากจะทดสอบความแข็งของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปเพื่อควบคุมคุณภาพแล้ว ยังมีการทดสอบเนื้อดินปั้นสำหรับการขึ้นรูปที่อยู่ในลักษณะดินเหนียว โดยใช้เครื่องมือวัดความแข็งของดินเหนียว (Clay Hardness Meter) มีลักษณะคล้ายเข็มฉีดยา ผู้ทดสอบจะกดเครื่องมือวัดลงในก้อนดินเหนียวที่ต้องการทดสอบ แรงกดมาก – น้อย ที่แตกต่างกันเป็นผลให้ระดับความแข็งของดินเหนียวบนสเกลมีค่าต่างกัน ซึ่งค่าความแข็งของดินเหนียวนี้จะบอกได้ว่ามีปริมาณน้ำในส่วนผสมมากหรือน้อยเกินไป หากมีน้ำน้อยจะส่งผลให้ดินเหนียวมีค่าความแข็งสูง นิยมทดสอบดินที่ผ่านเครื่องนวด (Extruder) ก่อนนำไปใช้ขึ้นรูป หากดินมีความแข็งสูง สามารถลดความแข็งโดยการนำก้อนดินจุ่มน้ำ และผ่านเข้าเครื่องนวดอีกครั้ง

บทสรุป

ความแข็งแรง และความแข็ง เป็นการทดสอบความสามารถในการต้านทานแรงที่มากระทำ โดยความแข็งแรงพิจารณาเมื่อชิ้นงานแตกหัก หรือขาดออกจากกัน ส่วนความแข็งพิจารณาความเสียหาย สึกหรอที่เกิดขึ้นจากแรงที่มากระทำ ซึ่งแรงที่มากระทำต่อวัสดุมีลักษณะแตกต่างกัน สำหรับการทดสอบความแข็งแรงจำแนกแรงที่มากระทำได้เป็น 7 ชนิด คือ แรงดึง แรงเฉือน แรงดัด แรงกด แรงบิด แรงอัด และแรงกระทบกระแทก ส่วนการทดสอบความแข็งพิจารณาความสึกหรอของวัสดุจากลักษณะของแรงที่มากระทำ 5 ลักษณะตามจุดประสงค์ของการนำวัสดุไปใช้งาน ได้แก่ การตัดหรือเจาะ การเสียดสี การขีดข่วน การกระแทก และการกดให้เกิดรอยบุ๋มถาวร ซึ่งการทดสอบแต่ละชนิดจะใช้เครื่องมือทดสอบแตกต่างกัน ได้ผลการทดสอบเพื่อนำไปใช้งานแตกต่างกัน สำหรับการทดสอบความแข็งแรงในงานเซรามิกส์ โดยทั่วไปจะทำการทดสอบความแข็งแรงต่อแรงดัด และความแข็งแรงต่อแรงกระทบกระแทก แต่สำหรับงานเซรามิกส์บางประเภท เช่นผลิตภัณฑ์ทางเคมี ทางไฟฟ้า และทางวิศวกรรม จำเป็นต้องทดสอบความแข็งแรงอื่น ๆ ได้แก่ความแข็งแรงต่อแรงดึง ความแข็งแรงต่อแรงบิด และความแข็งแรงต่อแรงอัด เป็นต้น ส่วนการทดสอบความแข็งในทางเซรามิกส์ จะทดสอบตามลักษณะงานที่นำผลิตภัณฑ์ไปใช้ เช่น กระเบื้องปูพื้น นิยมวัดความต้านทานต่อการเสียดสี ผลิตภัณฑ์ทางวิศวกรรมมีความจำเป็นต้องทดสอบความแข็งที่มีผลการทดสอบที่ชัดเจน จึงนิยมใช้เครื่องมือทดสอบที่ได้มาตรฐาน โดยการวัดความต้านทานต่อการกดให้เกิดรอยบุ๋มถาวร เป็นต้น

ความแข็งของวัสดุคืออะไร ป.4

วัสดุที่มีความแข็งมากที่สุดคืออะไร

ความแข็งของวัสดุมีอะไร

อะไรมีความแข็งที่สุด