Kiểm Tra Độ Cứng Vickers

Phương pháp kiểm tra độ cứng Vickers và Knoop được xác định theo các tiêu chuẩn sau: ASTM E384 và ISO 6507. Người vận hành nên có bản sao hiện hành của các tiêu chuẩn liên quan và được cập nhật thường xuyên. Trong phép thử độ cứng Vickers, một tải trọng được tác dụng một cách trơn tru, không có va đập, ép một mũi kim cương vào mẫu thử, như minh họa trên Hình 1. Viên kim cương Vickers tạo ra hình chóp hình vuông với độ sâu vết lõm khoảng 1/7 chiều dài đường chéo. Đầu đo được giữ cố định trong vòng 10 đến 15 giây và sau đó được dỡ tải hoàn toàn. Chất lượng vật lý của đầu đo và độ chính xác của tải trọng tác dụng (được xác định trong E 384) phải được kiểm soát để có được kết quả chính xác. Hai đường chéo hiển thị được đo, thường đến 0,1μm gần nhất và tính trung bình. Độ cứng Vickers (HV) được tính bằng:

Hình 1. Sơ đồ đầu đo Vickers và hình dạng của vết in.

HV = 1854.4L / d²

Trong đó tải trọng L tính bằng gf và đường chéo trung bình d tính bằng μm (điều này tạo ra số đơn vị độ cứng là gf/μm2 mặc dù các đơn vị tương đương kgf/mm2 được ưa thích hơn; trong thực tế các con số được báo cáo mà không có chỉ dẫn đơn vị). Bảng hoặc phép đo điện tử hoặc hình ảnh tự động là cách phổ biến và thuận tiện hơn để tạo ra số độ cứng Vickers.

Kể từ những năm 1960, ký hiệu tiêu chuẩn cho độ cứng Vickers theo tiêu chuẩn ASTM E 2 và E384 là HV. Điều này nên được sử dụng thay vì các ký hiệu DPN hoặc VPN cũ hơn, lỗi thời. Việc áp dụng nghiêm ngặt hệ thống SI dẫn đến các đơn vị độ cứng được biểu thị không phải bằng giá trị kgf/mm2 tiêu chuẩn, dễ hiểu mà bằng đơn vị GPa, điều này vô nghĩa đối với hầu hết các kỹ sư và kỹ thuật viên. ASTM khuyến nghị cách tiếp cận số liệu ‘mềm’ trong vấn đề này.

Hình 2. Ví dụ về vết lõm Vickers được tốt (400X).

Hình 3. Ví dụ về vết lõm Vickers bị biến dạng (400X)

Trong phép thử độ cứng Vickers, giả định rằng sự phục hồi đàn hồi không xảy ra sau khi bỏ tải. Tuy nhiên, sự phục hồi đàn hồi vẫn xảy ra và đôi khi ảnh hưởng của nó khá rõ rệt. Nói chung, vết in (Hình 23.7) có vẻ là hình vuông và hai đường chéo có độ dài tương tự nhau. Giống như thử nghiệm Brinell, số độ cứng Vickers được tính dựa trên diện tích bề mặt của vết lõm chứ không phải diện tích được chiếu. Nếu hình dạng dấu ấn bị biến dạng do quá trình phục hồi đàn hồi (rất phổ biến ở các vật liệu dị hướng), Hình 23.8, độ cứng có nên dựa vào mức trung bình của hai đường chéo không? Có thể tính toán độ cứng Vickers dựa trên diện tích hình chiếu của vết in, có thể đo được bằng phân tích hình ảnh. Trong khi các nghiên cứu nghiêm ngặt về vấn đề này còn ít trong tài liệu, tại thời điểm này, phép đo đường chéo là phương pháp được ưa thích ngay cả đối với các vết lõm bị biến dạng. Kiểm tra độ cứng Vickers có hai phạm vi lực riêng biệt, “Vickers vết lõm vi mô” (10 – 1000g) và “Vickers vết lõm vi mô” (1 – 100kg), để đáp ứng tất cả các yêu cầu kiểm tra. Đầu vào giống nhau cho cả hai phạm vi; do đó các giá trị độ cứng Vickers liên tục trên toàn bộ phạm vi độ cứng của kim loại (thường là HV100 – HV1000). Bởi vì hình dạng của vết lõm Vickers giống nhau về mặt hình học ở tất cả các tải thử nghiệm, giá trị HV không đổi, trong độ chính xác thống kê, trên phạm vi tải thử nghiệm rất rộng, miễn là mẫu thử nghiệm có độ đồng nhất hợp lý.

Kiểm tra độ cứng vi mô

Kiểm tra độ cứng vi mô, phổ biến hơn (nhưng không chính xác) được gọi là kiểm tra độ cứng vi mô, được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu sự thay đổi quy mô nhỏ về độ cứng. Mặc dù thuật ngữ “độ cứng vi mô” thường được người dùng hiểu, nhưng từ này ngụ ý rằng độ cứng cực kỳ thấp nhưng thực tế không phải vậy. Tải trọng tác dụng và kích thước vết lõm thu được là nhỏ so với các thử nghiệm số lượng lớn, nhưng thu được cùng một số độ cứng. Do đó, Ủy ban ASTM E-4 về Kim loại học khuyến nghị sử dụng thuật ngữ “kiểm tra độ cứng vi vết lõm” có thể được viết tắt là MHT. Sự khác biệt duy nhất giữa thử nghiệm Vickers tiêu chuẩn và thử nghiệm vết lõm vi mô là tải trọng được sử dụng thấp hơn (<1kg). Do đó, các vết lõm được tạo ra trên vật liệu sẽ nhỏ hơn và điều này có nghĩa là có thể đánh giá được nhiều khu vực cục bộ hơn của vật liệu.

Ví dụ, các nhà xử lý nhiệt đã sử dụng kỹ thuật này trong nhiều năm để đánh giá sự thành công của các phương pháp xử lý làm cứng bề mặt hoặc để phát hiện và đánh giá quá trình khử cacbon, bằng cách đo độ cứng ở các khoảng cách đều nhau tính từ bề mặt mẫu.

Các nhà kim loại học và nhà phân tích khuyết tật sử dụng phương pháp này cho nhiều mục đích bao gồm đánh giá tính đồng nhất, mô tả đặc tính của mối hàn, hỗ trợ nhận dạng pha hoặc đơn giản là xác định độ cứng của mẫu thử quá nhỏ đối với các thử nghiệm thụt đầu dòng truyền thống.

Liên hệ với chúng tôi để biết thêm thông tin về kiểm tra độ cứng.