Máy đo độ cứng là gì?
Trên thế giới vật liệu bền nhất là kim cương. Nó bền theo nhiều phương diện như độ cứng, nhiệt độ nóng chảy, độ bền kéo hay độ dãn nở bởi nhiệt độ. Độ cứng được xem là quy chuẩn của các hợp kim, nó giúp vật liệu chống lại các tác động vật lý từ bên ngoài. Ngoài độ cứng ta các yếu tố khác cũng quan trọng như độ bền nhiệt, tính oxy hóa, dẻo hay trọng lượng.
Kiểm tra độ cứng đặc biệt quan trọng trong ngành luyện kim và sản xuất máy móc công nghiệp. Từ xưa người ta đã quan tâm tới việc kiểm tra độ cứng các vật liệu. Đã có nhiều phương pháp cổ điển, hiện đại được ra đời. Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu các phương pháp này.
Nguyên tắc đo độ cứng
Cứng không phải lúc nào cũng tốt, nếu mềm bạn sẽ dễ gia công hơn. Có một vài nguyên tố rất cứng như crom, nhưng nó sẽ vỡ đôi khi bạn vượt qua ngưỡng của nó.
Người ta thường trộn thêm các nguyên tố khác để nó mềm và dẻo hơn. Dù cứng hay mềm tốt hơn thì ta cũng đều phải kiểm tra mới biết được.
Độ cứng được đo bằng cách xem khả năng chống lại sự va đập, xước bề mặt, mài mòn... Các chất có độ cứng tốt nhất là kim cương, titan, tungsten...
Khi đã sử dụng các máy đo độ cứng sẽ thấy nó có rất nhiều thang đo như HRC, HRC, Mohs, HV, LEEB... Lý do là các máy đó sử dụng các phương pháp đo khác nhau.
Trày xước
- Sử dụng vật liệu cứng hơn để tác động lên bề mặt cần kiểm tra trên cùng một lực. Từ độ sâu vết xước sẽ đo được độ cứng vật liệu.
- Thang đo của phép thử này là Mohs. Mấu chốt vấn đề là phải tạo ra một lực vừa đủ để xuyên qua bề mặt, lực này được ghi lại để tính toán.
- Phương pháp này dành cho vật liệu không quá cứng. Các kim loại siêu cứng như titanium, siêu hợp kim không dễ bị trày xước.
Độ lõm bề mặt.
- Dùng một vật nhọn độ cứng cao dưới một lực nén cao sẽ tạo ra một vết lõm. Từ độ biến dạng vết lõm với lực nén để tính toán ra độ cứng. Ứng dụng mạnh mẽ trong ngành luyện kim.
- Phương pháp đo dựa trên nguyên tắc này là Rockwell, Vickers, Shore và Brinell
Độ đàn hồi
- Vật càng cứng vận tốc phản lại sau va chạm càng lớn. Lực tác động vào một vật thể sẽ gây biến đổi bề mặt hoặc phản lại để tạo sự cân bằng. Nếu bề mặt quá cứng, không bị biến dạng phản lực sẽ rất lớn.
- Từ tốc độ phản lại sẽ tính toán độ cứng. Vật được thả thường là búa có gắn kim cương ở đầu đo. Hai phép thử nổi tiếng trong phương pháp này là Leeb, Bennett.
Siêu âm
- Một thanh kim loại có gắn kim cương hình kim tự tháp ở đầu chuyển động ở tốc độ cao. Người ta ghi lại tần số để tính toán độ cứng.
- Ngày nay đa số các chất được kiểm tra bằng cách kiểm tra cấu trúc mạng tinh thể, tính chất liên kết của chúng để suy ra độ cứng. Tuy nhiên phương pháp này không thể thực hiện được khi ta trộn các chất với nhau ví dụ như khi ta tạo thành hợp kim của các kim loại.
- Có một điểm chung là các phép đo trên đều sử dụng đầu đo bằng vật liệu siêu cứng hoặc kim cương. Vì thế nó có giá rất cao, đặc biệt là khi bạn mua thêm đầu đo.
Đo độ cứng kim loại theo phương pháp Rockwell là gì?
Đo độ cứng kim loại theo phương pháp Rockwell là một kỹ thuật phổ biến để xác định độ cứng bề mặt của vật liệu, đặc biệt là kim loại, bằng cách đo độ sâu của vết lõm được tạo ra bởi một mũi thử khi tác dụng lực tiêu chuẩn.
Nguyên lý hoạt động
Phương pháp Rockwell dựa trên việc ép một đầu thử (gồm bi thép cứng hoặc hình nón kim cương) vào bề mặt vật liệu với một tải trọng nhất định. Quá trình đo diễn ra theo hai giai đoạn:
- Tải sơ cấp (Minor load): Một lực nhỏ (thường là 10 kgf) được tác dụng để loại bỏ ảnh hưởng của độ nhám bề mặt.
- Tải chính (Major load): Sau đó thêm một lực lớn hơn (thường là 60, 100 hoặc 150 kgf, tùy theo thang đo) và giữ trong một khoảng thời gian.
- Đọc kết quả: Độ sâu của vết lõm so với vị trí ban đầu của tải sơ cấp được chuyển đổi thành chỉ số độ cứng Rockwell (HR).
Các thang đo Rockwell
• HRC (Rockwell C): dùng đầu thử hình nón kim cương, tải 150 kgf. Thường dùng cho thép tôi.
• HRB (Rockwell B): dùng bi thép 1.588 mm, tải 100 kgf. Thường dùng cho đồng thau, nhôm.
• Ngoài ra còn nhiều thang đo khác như HRA, HRD, HRF… tùy theo vật liệu và ứng dụng.
Ưu điểm:
• Nhanh, không phá hủy mẫu.
• Dễ sử dụng, phổ biến trong kiểm tra sản xuất.
• Có thể sử dụng trên nhiều loại vật liệu.
Thang đo thông dụng Brinell
| Vật liệu | Thang đo Brinell |
| Gỗ mềm | 1.6 HBS 10/100 |
| Gỗ cứng | 2.6–7.0 HBS 10/100 |
| Chì | 5.0 HB (pure lead; alloyed lead typically can range from 5.0 HB to values in excess of 22.0 HB) |
| Nhôm nguyên chất | 15 HB |
| Đồng | 35 HB |
| Nhôm cứng AW-6060 | 75 HB |
| Thép nhẹ | 120 HB |
| Thép không gỉ | 200 HB[4] |
| Tấm thử Hardox | 400-700 HB |
| Thép công cụ siêu cứng | 600–900 HB (HBW 10/3000) |
| Thủy tinh | 1550 HB |
| Vật liệu siêu cứng Rhenium diboride | 4600 HB |
Thang đo Rockwell
| Thang đo | Đầu đo | Vật liệu |
| HRA | kim cương hình nón 120 ° | thép Tungsten |
| HRB | Quả cầu thép đường kính (1.588 mm) | Nhôm, đồng thau và thép mềm |
| HRC | kim cương hình nón 120 ° | Thép cứng >B100 |
| HRD | kim cương hình nón 120 ° | |
| HRE | Quả cầu thép đường kính (3,175 mm) | nhựa |
| HRF | Quả cầu thép đường kính (1.588 mm) | |
| HRG | Quả cầu thép đường kính (1.588 mm) | |
| HRH | Quả cầu thép đường kính (3,175 mm) | Nhôm, kẽm, chì |
| HRK | Quả cầu thép đường kính (3,175 mm) | Vật liệu hợp kim chịu lực, thiếc, nhựa cứng |
Máy đo độ cứng nào tốt?
Máy đo độ cứng Bracol
Con này sử dụng phương pháp Brinell mình liệt kê ở trên. Nó có một đầu đo siêu cứng, dùng tay tạo lực ép. Từ độ lõm bề mặt và lực tác động để tính toán ra độ cứng.
- Thang đo: 0 - 100 HBa tương đương 25 ~ 150 HB(Brinell)
- Độ chính xác: 0.1 HBa
Nó có các thang đo HW, HB HV, HRB, HRE, HRF, HRH ở màn hình. Nhưng theo mình biết nó chỉ đo bằng phương pháp Brinell rồi chuyển đổi sang các đơn vị khác theo công thức nhất định để bạn tiện so sánh giữa các máy đo khác nhau.
Khuyến nghị: dùng cho nhôm, hợp kim nhôm, kim loại màu, thủy tinh. Lưu ý theo thang đo 25 ~ 150 HB thì nó đo được kim loại đen như sắt, thép thông dụng.
Máy còn được trang bị các tính năng nâng cao như kết nối bluetooth, lưu trữ dữ liệu, 02 khối hiệu chuẩn để kiểm tra độ chính xác của máy, 01 khối chuẩn để đo chiều dài đầu đo...
Bài viết liên quan:
