Thang đo độ cứng nào chính xác hơn

Có 3 phương pháp kiểm tra độ cứng vật liệu phổ biến là Vickers, Rockwell và Brinell, mỗi phương pháp có cách kiểm tra và thang đo khác nhau. Điều đó đặt ra câu hỏi, thang đo độ cứng nào chính xác hơn?

Độ cứng vật liệu là gì?

Độ cứng mô tả chất lượng đặc trưng của vật liệu chứ không phải thuộc tính vật lý nội tại. Nói cách khác, bạn có thể thay đổi độ cứng của tấm thép bằng cách nung nóng hoặc đập nó mà không làm thay đổi thành phần phân tử của nó. Độ cứng của vật liệu được xác định bằng khả năng chống lại vết lõm, có thể được tìm thấy bằng cách đo độ sâu của vết lõm vĩnh viễn. Khi bạn tác dụng một lực đã biết, được xác định trước bằng cách sử dụng một đầu đo cụ thể, độ sâu của vết lõm sẽ tỷ lệ nghịch với độ cứng của vật liệu.

Kiểm tra độ cứng là gì?

Máy kiểm tra độ cứng là máy kiểm tra vật liệu để xác minh các đặc tính vật lý hiện tại và hiệu suất của chúng trong các trường hợp có thể dự đoán được. Qua nhiều năm, một số phương pháp đã được phát triển để kiểm tra độ cứng của vật liệu công nghiệp. Vì vật liệu có thể khác nhau về kích thước mẫu, độ dày, độ đều đặn, kết cấu, tỷ lệ, v.v. nên tính phù hợp và chính xác của một phương pháp thử nghiệm nhất định phụ thuộc vào mức độ phù hợp của phương pháp đó với vật liệu. Ví dụ, các vật liệu có hạt nhỏ hoặc các bộ phận rất nhỏ có thể phản ứng khác với dụng cụ đo hình nón so với dụng cụ đo hình cầu

Điều gì tạo nên sự khác biệt giữa các phương pháp kiểm tra độ cứng?

Nếu chúng ta xem xét các phương pháp kiểm tra độ cứng Vickers, Rockwell và Brinell, chúng ta sẽ thấy rằng mỗi phương pháp có một đầu đo đặc biệt và phương tiện tác dụng lực lên một vật liệu nhất định. Chúng tôi đi sâu vào sự khác biệt trong bài Kiểm tra độ cứng Brinell, Rockwell và Vickers: Sự khác biệt được giải thích. Tuy nhiên, dưới đây là bản tóm tắt của từng phương pháp thử nghiệm.

Kiểm tra độ cứng Vickers

Kiểm tra độ cứng Vickers thường được mô tả là kiểm tra độ cứng vi mô. Quy trình thử nghiệm ASTM E-384 áp dụng đầu đo kim cương hình kim tự tháp vuông kết hợp với tải trọng tương đối nhẹ lên tới 1 kgf cho mẫu, sau đó thực hiện phép đo quang học về độ lõm để xác định độ cứng của vật liệu. Phương pháp Vickers có thể kiểm tra chính xác độ cứng của các bộ phận kim loại, gốm hoặc composite nhỏ, có độ bóng cao. Nó rất dễ thực hiện và có thể áp dụng cùng một mũi đo cho các vật liệu khác nhau với độ cứng khác nhau.

Mặc dù thử nghiệm độ cứng Vickers có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng nhưng có một số yếu tố nhất định cần được xem xét cho từng trường hợp thử nghiệm. Việc chuẩn bị và thử nghiệm mẫu có thể tốn nhiều thời gian. Mẫu cần được cắt vừa khít và lắp đặt cẩn thận sao cho vuông góc với bệ thử để đảm bảo tải trọng thử sẽ được phân bố đều. Nó cũng cần phải được đánh bóng để vết lõm sẽ được định hình đều đặn và có thể đo lường được. Diện tích bề mặt của vết lõm phải càng lớn càng tốt. Do nhiều bước chuẩn bị, thử nghiệm và đo lường được thực hiện bởi con người nên việc giữ cho quy trình không xảy ra lỗi có thể là một thách thức.

Kiểm tra độ cứng Rockwell

Thử nghiệm độ cứng được áp dụng phổ biến và có độ chính xác cao nhất là thử nghiệm Rockwell, như được định nghĩa trong ASTM E-18. Thử nghiệm này đo độ sâu cố định của vết lõm được tạo bằng cách tác dụng một lực được chỉ định lên đầu đo, sau đó tính độ cứng của mẫu bằng cách tính toán chênh lệch giữa phép đo độ sâu cơ sở và độ sâu cuối cùng, đồng thời chuyển đổi con số này thành số độ cứng. Thử nghiệm này thường dễ thực hiện trên bất kỳ kim loại mềm hoặc cứng nào có bề mặt tương đối đồng đều, trừ khi đầu đo quá lớn so với cỡ mẫu hoặc hình dạng của mẫu không phù hợp.

Phương pháp Rockwell sử dụng một viên kim cương hình nón, có đầu tròn hoặc một mũi nhọn bi để tác dụng một lực sơ bộ, hay “tải trọng nhỏ”, từ 3 đến 10 kgf lên mẫu trong thời gian dừng xác định. Bước này làm giảm các tác động mà lớp hoàn thiện bề mặt có thể có đối với độ cứng cảm nhận hoặc hiệu suất. Sau khi giữ lực thử sơ bộ trong thời gian dừng xác định, độ lún được đo làm đường cơ sở. Khi con số này được ghi lại, một lực thứ cấp, được gọi là “tải trọng lớn”, sẽ được tác dụng và giữ trong thời gian dừng xác định trước để mẫu có thể trải qua quá trình phục hồi đàn hồi. Cùng với nhau, tải trọng phụ và tải trọng chính bao gồm tổng tải thử nghiệm cần thiết, có thể nằm trong khoảng từ 15 đến 150 kgf hoặc 500 đến 3000 kgf, tùy thuộc vào đặc điểm của thử nghiệm.

Khi tải trọng chính được giải phóng, người thử nghiệm sẽ quay trở lại tải trọng ban đầu và giữ nó trong một thời gian dừng được chỉ định, sau đó người thử nghiệm sẽ loại bỏ tải trọng và đo độ sâu cuối cùng của chỗ lõm. Vì giá trị độ cứng tương ứng với độ sâu tối đa của vết lõm nên có thể đọc được trực tiếp và không yêu cầu thang đo đường chéo hoặc đánh giá quang học bằng dụng cụ. Kỹ thuật đo đơn giản hóa giúp giảm nguy cơ xảy ra lỗi đọc khi đánh giá kết quả kiểm tra.

Độ sâu của vết lõm không được vượt quá độ dày của mẫu thử và vết lõm không được ấn quá gần mép mẫu. Bề mặt của mẫu thử và đe thử nghiệm không được có bụi bẩn và mảnh vụn. Mũi thử phải vuông góc với bệ thử để đảm bảo tải và ấn thích hợp. Nếu độ cứng của mẫu không đồng đều, phép thử sẽ đo độ cứng trung bình của mẫu và độ chính xác tổng thể của phép thử có thể bị nghi ngờ.

Kiểm tra độ cứng Brinell

Như được định nghĩa trong ASTM E10, phương pháp kiểm tra độ cứng Brinell thường được sử dụng để kiểm tra vật liệu đúc hoặc rèn có bề mặt gồ ghề hoặc thô. Thử nghiệm này sử dụng tải trọng cao từ 500 đến 3000 kgf và một đầu lõm bi lớn có đường kính lên tới 10mm để tạo dấu. Dụng cụ ấn bóng được ấn vào mẫu được giữ trong một khoảng thời gian cố định và sau đó được lấy ra. Vết lõm được đo quang học trên ít nhất hai đường kính bằng kính hiển vi Brinell được thiết kế đặc biệt hoặc các hệ thống quang học khác. Độ lõm được đo để tạo ra kết quả trung bình giải thích cho sự không nhất quán về kết cấu của mẫu. Những kết quả này sau đó được chuyển đổi thành số độ cứng Brinell tương ứng.

Khi kiểm tra vật liệu thô, kiểm tra độ cứng Brinell có thể chính xác hơn kiểm tra Rockwell vì đầu đo bi phân bổ đều áp suất trên mẫu. Điều cần thiết là phải chuẩn bị cẩn thận mẫu và làm sạch bề mặt thử nghiệm để tạo ra các vết lõm có thể nhìn thấy được. Thử nghiệm cũng có nhược điểm là tốn thời gian và do những người thực hiện khác nhau có thể gây ra sự không nhất quán trong một loạt các phép đo, kết quả thử nghiệm Brinell có thể khác nhau ngay cả trong điều kiện lý tưởng. Sự chuẩn bị và kỹ thuật kém có thể làm tăng đáng kể khả năng xảy ra sai sót. Kính hiển vi Brinell quang học tự động và phân tích hình ảnh máy tính có thể giúp người vận hành đảm bảo rằng họ đang lấy số đọc nhất quán, chuẩn hóa.

Để có kết quả chính xác, hãy kết hợp phương pháp kiểm tra độ cứng với vật liệu của bạn

Cuối cùng, thực sự không có sự đồng thuận nào về việc kiểm tra độ cứng nào là chính xác nhất. Máy đo độ cứng Brinell có thể kiểm tra tất cả các loại kim loại. Một số người cho rằng kết quả của phương pháp Brinell chính xác và đáng tin cậy hơn so với kết quả thu được bằng phương pháp Rockwell vì sử dụng đầu đo hình cầu giúp phân bổ áp suất đồng đều. Tuy nhiên, những người khác cho rằng thử nghiệm Rockwell thường dễ thực hiện hơn và chính xác hơn các loại phương pháp kiểm tra độ cứng khác. Nói một cách khách quan, độ chính xác của phương pháp thử phần lớn phụ thuộc vào sự phù hợp của mối quan hệ giữa phương pháp thử và đặc tính của vật liệu mẫu. Kết quả tốt cũng phụ thuộc vào công việc của những người vận hành có trình độ, những người có thể quản lý nhất quán quy trình và quy trình thử nghiệm và mang lại kết quả đáng tin cậy. Khi bạn nhận thức được các đặc tính của vật liệu cần kiểm tra, bạn sẽ dễ dàng chọn được phép kiểm tra độ cứng phù hợp nhất cho ứng dụng của mình.

Vui Lòng liên hệ với chúng tôi để biết thêm thông tin về kiểm tra độ cứng Vickers và kiểm tra độ cứng kim loại.