ความแข็ง (Hardness) คือการวัดความต้านทานของวัสดุต่อการเสียรูปถาวรเฉพาะที่ การเสียรูปถาวรเรียกอีกอย่างว่าการเปลี่ยนรูป แม้ว่าการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นหมายความว่าวัสดุจะเปลี่ยนรูปร่างเฉพาะในระหว่างการออกแรงเท่านั้น แต่การเปลี่ยนรูปที่เกิดขึ้นนั้นหมายความว่าวัสดุจะไม่กลับคืนสู่รูปทรงเดิม
วัสดุบางชนิดมีความแข็งตามธรรมชาติ ตัวอย่างเช่นทังสเตนเป็นโลหะแข็งอย่างไม่น่าเชื่อซึ่งใช้เป็นองค์ประกอบการผสมในเหล็กกล้าเครื่องมือ ซึ่งทำให้แน่ใจได้ว่าเหล็กกลุ่มนี้สามารถต้านทานการสึกหรอได้แม้ที่อุณหภูมิสูงในระหว่างการตัดเฉือน
ในทางกลับกันวัสดุบางชนิดรวมถึงโลหะ มีความอ่อนจนถึงจุดที่ไม่มีประโยชน์สำหรับการใช้งานหลายอย่างเช่น ทองคำบริสุทธิ์มีความอ่อนมากจนดัด บิดงอไม่จำเป็นต้องใช้แรงหรือความพยายามมากนัก ดังนั้นการเติมโลหะอื่นๆ เช่นเงินทองแดง เงิน และอลูมิเนียม จึงเป็นสิ่งสำคัญในการปรับปรุงความแข็ง
สำหรับวัสดุบางชนิด การอบชุบด้วยความร้อนมีความเป็นไปได้ที่จะกระตุ้นให้เกิดความแข็งของพื้นผิวมากขึ้น ขณะเดียวกันก็รักษาคุณสมบัติอื่นๆ ของโลหะในแกนกลางไว้ เพลาเครื่องจักรมักจะผ่านกระบวนการนี้เพื่อรับประกันอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น
วิศวกรต้องพิจารณาอัตราส่วนของความแข็งด้วยเมื่อสร้างแนวคิดการออกแบบผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างเช่น ในขนาดตลับลูกปืนและเพลาที่พอดี ตลับลูกปืนจะต้องนิ่มลงเนื่องจากเปลี่ยนได้ง่ายกว่า ด้วยการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง ส่วนหนึ่งจะต้องสึกหรอ และทางเลือกขึ้นอยู่กับวิศวกร
ประเภทของความแข็ง Hardness ของวัสดุ
วัสดุมีพฤติกรรมแตกต่างกันภายใต้การโหลดประเภทต่างๆ ตัวอย่างเช่น โลหะที่สามารถรับแรงกระแทกครั้งเดียวอย่างรุนแรงได้ดีมากแต่อาจไม่เหมือนเดิมในหากพบกับแรงดึง แรงกด หรือการโหลดอย่างต่อเนื่อง
ต้องทำการทดสอบความแข็งในแต่ละกรณีเพื่อให้สามารถตัดสินใจเลือกการใช้งานที่มีข้อมูลครบถ้วนได้
Hardness มี 3 ประเภทคือความแข็งแบบรอยขีดข่วน (Scratch) การเด้งกลับ (Rebound) และความแข็งแบบเยื้อง (indentation) การวัดความแข็งแต่ละประเภทต้องใช้ชุดเครื่องมือที่แตกต่างกัน นอกจากนี้วัสดุชนิดเดียวกันจะมีค่าความแข็งที่แตกต่างกันสำหรับแต่ละประเภทที่กล่าวมาข้างต้น
ความแข็งของการเยื้อง (Indentation Hardness)
ความแข็งประเภทนี้หมายถึงความต้านทานต่อการเสียรูปถาวรเมื่อวัสดุรับภาระอย่างต่อเนื่อง เป็นสิ่งที่วิศวกรและนักโลหะวิทยามักพูดถึงเมื่อพูดถึงความแข็ง การวัดค่านี้ถือเป็นสิ่งที่น่าสนใจเป็นอันดับแรก เนื่องจากการโหลดโลหะอย่างต่อเนื่องเป็นรูปแบบที่พบบ่อยที่สุดของการโหลดโลหะ
ความแข็งของรอยขีดข่วน (Scratch Hardness)
ความแข็งประเภทนี้หมายถึงความสามารถของวัสดุในการต้านทานรอยขีดข่วนบนพื้นผิว รอยขีดข่วนคือการเยื้องอย่างต่อเนื่องแคบๆ ในชั้นบนเนื่องจากการสัมผัสกับวัสดุที่แข็งและแหลมคม
การทดสอบรอยขีดข่วนยังใช้กันโดยทั่วไปกับวัสดุที่เปราะ เช่น เซรามิก เนื่องจากไม่ได้ผ่านการเสียรูปพลาสติกอย่างมีนัยสำคัญ การพิจารณาความแข็งของรอยขีดข่วนเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากการใช้งานวัสดุบางชนิดมีความอ่อนไหวต่อการให้คะแนนสูง
ลองพิจารณากรณีของซับสูบเครื่องยนต์เป็นตัวอย่าง การเกาหรือการให้คะแนนอาจเกิดขึ้นได้จากหลายสาเหตุ พื้นผิวของซับในสัมผัสกับโลหะหลายชนิด เช่น แหวนลูกสูบ และอนุภาคแปลกปลอมในน้ำมันเชื้อเพลิงหรือน้ำมันหล่อลื่น บางครั้งการนั่งซับในที่ไม่เหมาะสมก็สามารถมีส่วนได้
อนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสามารถทำให้เกิดรอยขีดข่วนซึ่งท้ายที่สุดแล้วจะทำให้สมรรถนะของเครื่องยนต์ลดลง และมีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา อะไหล่ และอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงในระยะยาว
ในขั้นตอนการออกแบบ การเลือกโลหะที่เหมาะสมจะพิจารณาถึงความแข็งของวัสดุที่จะสัมผัสด้วย ความแข็งของไลเนอร์ต้องมากกว่าวัสดุที่จะทำปฏิกิริยาด้วย ซึ่งจะช่วยหลีกเลี่ยงปัญหาที่อาจเกิดขึ้นได้มากมาย
ความแข็งรีบาวด์หรือไดนามิก (Rebound or Dynamic Hardness)
ความแข็งของการสะท้อนกลับเกี่ยวข้องกับความแข็งของความยืดหยุ่นมากกว่าความแข็งของพลาสติก วัสดุจะดูดซับพลังงานจากการกระแทกและส่งกลับไปยังหัวกด
หัวกดเป็นวัสดุอ้างอิงที่ใช้สำหรับการทดสอบความแข็ง ความแข็งแบบไดนามิกมักจะวัดโดยการหย่อนค้อนปลายเพชรลงบนชิ้นทดสอบ และบันทึกการกระดอนของค้อนหลังจากที่กระแทกกับพื้นผิว
ยิ่งความสูงใกล้กับความสูงที่ตกลงมาเดิม ค่าความแข็งของการสะท้อนกลับก็จะยิ่งสูงขึ้น
