Máy đo độ cứng, còn được gọi là Hardness Tester trong tiếng Anh, là một thiết bị được sử dụng để đo độ cứng của các vật liệu. Độ cứng của một vật liệu là khả năng của nó chống lại sự xâm nhập hoặc biến dạng bởi các vật cứng khác.

Có nhiều phương pháp để đo độ cứng, và mỗi phương pháp sử dụng các tiêu chuẩn và quy trình riêng biệt. Một số phương pháp đo độ cứng phổ biến bao gồm:

1. Phương pháp đo độ cứng Brinell (Brinell Hardness)

Sử dụng một quả bi thép cứng để tạo ra vết xước trên bề mặt vật liệu. Đường kính của vết xước được đo và dùng để tính toán độ cứng theo đơn vị Brinell (HB). Phương pháp Brinell (Brinell Hardness) là một phương pháp đo độ cứng của vật liệu bằng cách đo đường kính của vết in sau khi áp dụng một lực lên bề mặt vật liệu. Phương pháp này được đặt theo tên của nhà khoa học người Thụy Điển Johan August Brinell, người đã phát triển phương pháp này vào năm 1900.

Quá trình đo độ cứng Brinell bắt đầu bằng cách áp dụng một lực lên bề mặt vật liệu thông qua một đầu cứng bằng thép có đường kính xác định, thường là 10 mm hoặc 2,5 mm. Lực này được giữ ổn định trong một khoảng thời gian nhất định, sau đó lực được loại bỏ. Sau khi loại bỏ lực, vết in hình tròn được hình thành trên bề mặt vật liệu. Đường kính của vết in được đo bằng một đồng hồ đo kích thước hoặc hệ thống máy ảnh kỹ thuật số. Đường kính này được đo ở hai hướng vuông góc và sau đó trung bình cả hai giá trị để có kết quả cuối cùng.

Độ cứng Brinell được tính toán bằng cách chia lực áp dụng trên diện tích tiếp xúc của vết in. Kết quả được thể hiện dưới dạng một số, thường được gọi là số độ cứng Brinell hoặc HBW (Brinell Hardness Number).

Phương pháp đo độ cứng Brinell thường được sử dụng để đo độ cứng của các vật liệu có cấu trúc thô và không đồng nhất, chẳng hạn như kim loại, gang, hợp kim và các vật liệu có độ cứng thấp. Nó cung cấp thông tin về khả năng chịu tải và đàn hồi của vật liệu, và được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp cơ khí và xây dựng.

2. Phương pháp đo độ cứng Rockwell (Rockwell Hardness)

Sử dụng một kim hoặc một quả bi thép cứng để tạo ra một lực xâm nhập nhất định vào bề mặt vật liệu. Được đo lường độ sâu xâm nhập và dùng để xác định độ cứng theo đơn vị Rockwell (HRC, HRB, HRN, vv.). Phương pháp Rockwell (Rockwell Hardness) là một phương pháp phổ biến để đo độ cứng của vật liệu. Nó được đặt theo tên của Stanley P. Rockwell, một nhà khoa học người Mỹ, người đã phát triển phương pháp này vào năm 1922.

Phương pháp đo độ cứng Rockwell sử dụng một cái đầu đo được thiết kế đặc biệt để đưa ra một đơn vị đo độ cứng dựa trên sự thẩm thấu của đầu đầu đo vào bề mặt vật liệu.

Quá trình đo bắt đầu bằng cách áp dụng một lực tiền định (pre-load force) nhỏ trên đầu đầu đo để tiếp xúc với bề mặt vật liệu. Sau đó, một lực chính (major load force) lớn hơn được áp dụng, đẩy đầu đầu đo thẩm thấu vào bề mặt vật liệu. Sau khi lực chính được loại bỏ, một lực giữ (dwell time) được giữ trong một khoảng thời gian ngắn để đảm bảo ổn định đầu đầu đo trong vật liệu.

Độ sâu thẩm thấu của đầu đầu đo vào bề mặt vật liệu sau khi loại bỏ lực chính được đo bằng một đồng hồ đo kích thước hoặc một hệ thống cơ điện tử. Độ sâu này được chuyển đổi thành một giá trị độ cứng Rockwell, thường được ký hiệu là HR.

Phương pháp đo độ cứng Rockwell có nhiều loại, bao gồm Rockwell A, B, C, D, E, F, G và K, tương ứng với các phạm vi đo độ cứng khác nhau và sử dụng các lực tiền định và lực chính khác nhau. Mỗi loại Rockwell phù hợp với một loại vật liệu cụ thể hoặc một phạm vi độ cứng nhất định.

Phương pháp đo độ cứng Rockwell rất phổ biến trong ngành công nghiệp để kiểm tra độ cứng của các vật liệu, bao gồm kim loại, nhựa, gỗ, cao su và các vật liệu khác. Nó cung cấp một phép đo đơn giản, nhanh chóng.

3. Phương pháp đo độ cứng Vickers (Vickers Hardness)

là một phương pháp được sử dụng để đo độ cứng của vật liệu. Nó được đặt theo tên của nhà khoa học người Anh George E. Vickers, người đã phát triển phương pháp này vào năm 1921. Phương pháp Vickers sử dụng một cái đầu đo hình kim tự tháp có đầu bề mặt đầu đo có hình dạng kim cương vuông góc với mặt phẳng nền. Đầu đầu đo này có một góc cạnh của 136 độ giữa hai mặt kim cương.

Trong quá trình đo, một lực dọc được áp dụng lên vật liệu thông qua đầu đầu đo, và lực này được giữ ổn định trong một khoảng thời gian nhất định. Điều này gây ra một vết nứt hoặc vết để lại trên bề mặt của vật liệu. Kích thước của vết nứt này được đo bằng đồng hồ đo kích thước hoặc hệ thống máy ảnh kỹ thuật số.

Độ cứng Vickers được tính toán bằng cách chia lực áp dụng trên diện tích của vết nứt. Kết quả được thể hiện dưới dạng một số, thường được gọi là số độ cứng Vickers hoặc HV. Phương pháp đo độ cứng Vickers được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm cơ khí, kim loại, gốm sứ, nhựa và các vật liệu khác, để đánh giá tính chất cơ học và độ bền của vật liệu.

4. Phương pháp đo độ cứng Knoop 

Phương pháp Knoop là một phương pháp đo độ cứng được sử dụng để đánh giá độ cứng của các vật liệu, đặc biệt là các vật liệu rắn như kim loại, gốm sứ, và các vật liệu công nghệ cao khác. Phương pháp này được đặt theo tên của viện sĩ người Mỹ có nguồn gốc Thụy Điển người Knoop, người đã phát triển và công bố nó vào năm 1939. Phương pháp đo độ cứng Knoop thường được sử dụng trong các ứng dụng nghiên cứu và kiểm tra chất lượng vật liệu.

Cách thức đo độ cứng Knoop là đo chiều sâu của các vết nhỏ gây ra bởi một đầu cứng hình kim từ tính có đầu nhọn, được áp dụng một lực nhất định lên bề mặt vật liệu cần đo. Đầu cứng này thường có hình dạng hình kim tựa như một hình học học viện có đầu nhọn cụ thể. Sau khi áp dụng lực, dấu vết hình kim trên bề mặt vật liệu được quan sát bằng một kính hiển vi, và đo chiều dài của vết này. Chiều dài của vết được đo bằng đơn vị micromet (µm). Độ cứng Knoop được tính toán dựa trên tỷ lệ giữa lực áp dụng và diện tích vết nhỏ tạo ra trên bề mặt vật liệu.

Phương pháp đo độ cứng Knoop có một số ưu điểm, bao gồm khả năng đo độ cứng của các vật liệu cực kỳ cứng nhưng có bề mặt mịn, và khả năng đo độ cứng ở các vùng nhỏ, hẹp hoặc khó tiếp cận.

5. Rebound Hardness Tester là gì?

Rebound Hardness Tester, hay còn được gọi là máy đo độ cứng bật lại, là một thiết bị được sử dụng để đo độ cứng của vật liệu bằng cách đo giá trị của sự bật lại sau khi áp dụng lực lên bề mặt vật liệu.

Nguyên lý hoạt động của Rebound Hardness Tester dựa trên việc sử dụng một đầu đo được cố định hoặc có thể thay đổi và một cơ chế bật lại. Khi lực được áp dụng lên bề mặt vật liệu thông qua đầu đo, năng lượng của lực sẽ làm nảy lên đầu đo và tạo ra một chuyển động ngược trở lại. Máy đo sẽ đo và ghi lại giá trị chuyển động này.

Giá trị của sự bật lại được chuyển đổi thành một số đo độ cứng tương ứng, thường được hiển thị trên màn hình hoặc đồ thị trên thiết bị. Độ cứng được đo bằng các đơn vị như Rockwell Hardness (HR), Brinell Hardness (HB), hoặc các đơn vị độ cứng tương tự.

Rebound Hardness Tester có ưu điểm là nhanh chóng và dễ sử dụng. Nó thường được sử dụng để kiểm tra độ cứng của các vật liệu như kim loại, gỗ, nhựa, cao su và composite trong các ứng dụng công nghiệp và kiểm tra chất lượng. Tuy nhiên, phương pháp này có độ chính xác hạn chế so với các phương pháp đo độ cứng khác như Vickers, Rockwell hoặc Brinell.