ค่าคุณสมบัติเชิงกลของอลูมิเนียม อ่านตารางเป็น

คุณสมบัติเชิงกลของอลูมิเนียมที่ต้องรู้มีอะไรบ้าง

คำตอบสั้นที่สุด: คุณสมบัติเชิงกลของอลูมิเนียมที่ใช้บ่อยมี 5 ค่า คือ ความแข็งแรงดึง จุดคราก การยืดตัว ความแข็ง และโมดูลัสยืดหยุ่น โดยค่าที่ใช้ออกแบบจริงคือจุดคราก ไม่ใช่ความแข็งแรงดึง ส่วนค่าทั้งหมดขึ้นอยู่กับเกรดและ temper จึงต้องอ่านคู่กันเสมอ เช่น 6061-T6 ให้ความแข็งแรงดึงราว 310 MPa ขณะที่ 7075-T6 ให้ราว 572 MPa

ตัวเลขเหล่านี้ปรากฏทั้งในตารางสเปก ใบเสนอราคา และ Mill Certificate ถ้าอ่านไม่เป็นก็เทียบเกรดกันไม่ได้และเสี่ยงเลือกวัสดุผิด บทความนี้อธิบายทีละค่าแบบที่ช่างและวิศวกรใช้จริง พร้อมตารางรวมค่าของเกรดยอดนิยมและตัวอย่างการนำไปใช้ตอนออกแบบ

ความแข็งแรงดึงกับจุดครากต่างกันอย่างไร

สองค่านี้มาจากการทดสอบดึงชิ้นตัวอย่างจนขาด แต่บอกคนละเรื่อง

• จุดคราก (Yield Strength) คือแรงที่วัสดุเริ่มเปลี่ยนรูปถาวร ก่อนถึงจุดนี้วัสดุยังเด้งกลับได้ หลังผ่านจุดนี้ชิ้นงานจะคดงอหรือยืดค้างแม้ปล่อยแรงแล้ว สำหรับอลูมิเนียมที่ไม่มีจุดครากชัดเจนบนกราฟ นิยมวัดแบบ 0.2% Offset คือจุดที่การเปลี่ยนรูปถาวรเท่ากับ 0.2%
• ความแข็งแรงดึง (Tensile Strength หรือ UTS) คือแรงสูงสุดที่วัสดุรับได้ก่อนเริ่มคอดและขาด เป็นตัวเลขที่ดูโดดเด่น แต่ในงานจริงชิ้นงานที่เปลี่ยนรูปถาวรถือว่าเสียไปแล้ว

ดังนั้นเวลาออกแบบหรือเทียบเกรด ให้ยึดจุดครากเป็นหลัก เช่น อลูมิเนียม 6061-T6 มีจุดครากราว 275 MPa ขณะที่ อลูมิเนียม 7075-T6 มีจุดครากราว 500 MPa ต่างกันเกือบเท่าตัว ซึ่งเป็นเหตุผลที่ 7075 ถูกเลือกใช้ในแม่พิมพ์และชิ้นส่วนรับแรงสูง ส่วนความแข็งแรงดึงใช้เป็นค่าอ้างอิงกรณีรับแรงกระชากครั้งเดียว เช่น งานที่ต้องคำนวณแรงทำลาย

การยืดตัว ความแข็ง และโมดูลัสยืดหยุ่น

อีกสามค่าที่มักถูกมองข้ามแต่สำคัญไม่แพ้กัน

• การยืดตัว (Elongation) บอกความเหนียว หน่วยเป็นเปอร์เซ็นต์ ยิ่งสูงยิ่งดัดงอได้มากก่อนร้าว อลูมิเนียมทั่วไปอยู่ช่วง 8–17% เกรดที่เหนียวอย่าง 5083 ให้ค่าสูงกว่าเกรดแข็งอย่าง 7075 ซึ่งเปราะกว่าเล็กน้อย
• ความแข็ง (Hardness) นิยมวัดแบบ Brinell (HB) บอกความต้านการกดทิ้งรอยบนผิว สัมพันธ์โดยตรงกับการต้านการสึกหรอและความยากในการกัดกลึง 7075-T6 อยู่ราว 150 HB แข็งกว่า 6061-T6 ที่ราว 95 HB ชัดเจน
• โมดูลัสยืดหยุ่น (Elastic Modulus) บอกความแข็งเกร็ง อลูมิเนียมทุกเกรดอยู่ที่ราว 68–72 GPa ซึ่งต่ำกว่าเหล็กถึงสามเท่า ข้อนี้สำคัญมากเพราะหมายความว่าโครงสร้างอลูมิเนียมที่รูปทรงเดียวกับเหล็กจะยืดและโก่งตัวมากกว่าสามเท่าภายใต้แรงเดียวกัน ไม่ว่าจะเลือกเกรดไหนก็ตาม

ตารางค่าคุณสมบัติของเกรดยอดนิยม

รวมค่าโดยประมาณของสามเกรดที่ใช้บ่อยที่สุดในไทย เพื่อเทียบกันในที่เดียว

ตัวเลขในตารางเป็นค่าโดยประมาณเพื่อการเปรียบเทียบเบื้องต้น ค่าจริงของแต่ละล็อตขึ้นกับมาตรฐานการผลิต ความหนา และ temper ซึ่งระบุไว้ใน Mill Certificate เสมอ การอ่านมาตรฐานที่ค่าเหล่านี้อ้างอิงดูได้ในบทความ มาตรฐาน ASTM JIS EN ของอลูมิเนียม อ่านอย่างไร

เอาค่าเหล่านี้ไปใช้ตอนออกแบบอย่างไร

มี 4 หลักง่าย ๆ ที่ช่วยให้ใช้ตัวเลขถูกที่

1. ออกแบบด้วยจุดครากเสมอ — นำจุดครากหารด้วยตัวประกอบความปลอดภัยที่เหมาะสม แล้วเช็กว่าแรงที่เกิดจริงในชิ้นงานต่ำกว่าค่านั้น อย่าใช้ความแข็งแรงดึงมาคิด เพราะชิ้นงานจะเปลี่ยนรูปถาวรก่อนถึงค่านั้น
2. ถ้าปัญหาคือการโก่งตัว เปลี่ยนเกรดไม่ช่วย — โมดูลัสยืดหยุ่นของทุกเกรดใกล้กันมาก การอัปเกรดจาก 6061 เป็น 7075 ไม่ได้ทำให้โครงแข็งเกร็งขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ทางแก้คือเพิ่มความหนาหรือเปลี่ยนรูปทรงให้โมเมนต์ความเฉื่อยสูงขึ้น
3. งานรับแรงซ้ำต้องคิดเรื่องความล้า — อลูมิเนียมไม่มีจุดจำกัดความล้าชัดเจนเหมือนเหล็ก ชิ้นส่วนที่รับแรงสลับนับล้านรอบต้องกำหนดแรงใช้งานให้ต่ำกว่าค่าความล้าของเกรด และหลีกเลี่ยงมุมแหลมที่สะสมแรง
4. ระวังอุณหภูมิ — ความแข็งแรงของอลูมิเนียมลดลงเร็วเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น งานที่ต้องทำงานร้อนต่อเนื่องอาจต้องเผื่อค่าความแข็งแรงลงจากตาราง หรือพิจารณาวัสดุอื่น

ถ้าต้องการเทียบเกรดในมิติอื่นนอกเหนือจากค่าเชิงกล เช่น การกัดกลึง การเชื่อม และต้นทุนรวม อ่านเพิ่มในบทความ เปรียบเทียบอลูมิเนียม 5083 vs 6061 vs 7075 เลือกเกรดไหนดี

สรุป

• คุณสมบัติเชิงกลที่ใช้บ่อยมี 5 ค่า คือความแข็งแรงดึง จุดคราก การยืดตัว ความแข็ง และโมดูลัสยืดหยุ่น
• ออกแบบด้วยจุดคราก ไม่ใช่ความแข็งแรงดึง เพราะชิ้นงานที่เปลี่ยนรูปถาวรถือว่าเสียแล้ว
• 7075-T6 แข็งแรงสุด (จุดครากราว 500 MPa) ส่วน 5083 เหนียวสุด และ 6061-T6 สมดุลสุด
• โมดูลัสยืดหยุ่นของทุกเกรดใกล้กัน ปัญหาเรื่องการโก่งตัวแก้ด้วยรูปทรง ไม่ใช่การเปลี่ยนเกรด
• ค่าจริงของแต่ละล็อตให้ยึดตาม Mill Certificate ไม่ใช่ตารางทั่วไป

คำถามที่พบบ่อย

ค่าในตารางกับค่าใน Mill Certificate ไม่ตรงกัน เชื่อตัวไหน

เชื่อ Mill Certificate ของล็อตนั้นเสมอ ตารางทั่วไปเป็นค่าโดยประมาณหรือค่าขั้นต่ำที่มาตรฐานกำหนด ส่วนใบรับรองคือผลทดสอบจริงของวัสดุก้อนนั้น ซึ่งมักสูงกว่าค่าขั้นต่ำเล็กน้อย

อลูมิเนียมแข็งแรงกว่าเหล็กไหม

ถ้าเทียบตัวเลขดิบ เหล็กทั่วไปแข็งแรงกว่า แต่ถ้าเทียบต่อน้ำหนัก อลูมิเนียมเกรดสูงอย่าง 7075-T6 ให้ความแข็งแรงต่อน้ำหนักดีกว่าเหล็กหลายเกรด เพราะหนักเบากว่าราวสองในสาม จึงเป็นที่มาของการใช้อลูมิเนียมในงานที่น้ำหนักสำคัญ

temper เดียวกันแต่ความหนาต่างกัน ค่าแรงต่างกันไหม

ต่างกันได้เล็กน้อย มาตรฐานอย่าง ASTM B209 กำหนดค่าคุณสมบัติขั้นต่ำแยกตามช่วงความหนา โดยแผ่นหนามากมักมีค่าขั้นต่ำต่ำกว่าแผ่นบาง งานที่คำนวณแรงแน่นควรเช็กค่าตามช่วงความหนาที่ใช้จริงจากใบรับรองหรือเอกสารมาตรฐาน

บทความที่เกี่ยวข้อง

• เปรียบเทียบอลูมิเนียม 5083 vs 6061 vs 7075 เลือกเกรดไหนดี
• มาตรฐาน ASTM JIS EN ของอลูมิเนียม อ่านอย่างไร
• Mill Certificate คืออะไร ทำไมต้องขอทุกครั้ง

ต้องการวัสดุพร้อมค่าคุณสมบัติที่ตรวจสอบได้ทุกล็อต แจ้งเกรด temper และขนาดที่ใช้มาให้ทีม PX Metal จัดเตรียมพร้อม Mill Certificate ได้เลยที่ LINE @548vojid หรือโทร 090-960-0063 ตอบกลับภายใน 1 ชั่วโมงในเวลาทำการ