Tìm Hiểu Về Độ Cứng, Máy Đo Độ Cứng

Nội dung của bài viết chúng tôi xin chia sẻ với các bạn về:

– Độ cứng là gì?

– Những ký hiệu độ cứng như HRC, HV, HL có ý nghĩa gì, chúng khác nhau như thế nào? Liệu ký hiệu HRB và HB có tương đương nhau?

– Bạn cần lựa chọn một máy đo độ cứng nhưng chưa rõ những ứng dụng của từng loại máy, làm sao để lựa chọn phù hợp?

Qua bài viết dưới đây, Công ty TNHH Thiết bị Khoa học kỹ thuật Việt Nam (VTS CO., LTD) hy vọng sẽ cung cấp những thông tin hữu ích, giúp bạn giải đáp các thắc mắc trên, cũng như tìm được máy đo phù hợp với nhu cầu sử dụng.

1. Độ cứng là gì

Đây là câu hỏi ngắn nhưng rất dễ gây nhầm lẫn. Chúng ta cần làm rõ độ cứng ở đây là độ cứng của kim loại/vật liệu rắn, độ cứng của nước (dung dịch), độ cứng cao su (vật liệu đàn hồi), hay độ cứng viên nén (thuốc viên),… Trong bài viết này, chúng tôi chỉ xin đề cập sâu về độ cứng kim loại, hay vật liệu rắn.

Độ cứng kim loại hay vật liệu rắn là khả năng chịu đựng (chống lại sự biến dạng) của vật liệu rắn dưới tác dụng của một lực nào đó, thường là lực xuyên thấu (đâm thủng). Điều này có ý nghĩa rất quan trọng, trong lĩnh vực gia công tạo hình sản phẩm.

Vì sao?

Bởi vì một vật chỉ có thể cắt được, hay tạo hình lên một vật khác khi nó cứng hơn vật bị tạo hình. Từ đó, khi phay, tiện sản phẩm, bạn sẽ lựa chọn mũi dao gia công phù hợp với sản phẩm cần gia công.

Đối với một số vật liệu, sau khi trải qua quá trình tôi luyện, sẽ trở nên “cứng” hơn so với trước đó. Và để xác định được điều này, người ta đã phát minh ra rất nhiều phương pháp đo, xây dựng thang đo tương ứng.

2. Các thang đo độ cứng, ký hiệu, nguyên lý

2.1. Độ cứng MOHS

Thang độ cứng Mohs đặc trưng cho tính chất chống lại vết trầy xước trên những khoáng vật khác nhau dựa trên tính chất: khoáng vật có độ cứng lớn hơn sẽ làm trầy khoáng vật có độ cứng nhỏ hơn.

Nó được nhà khoáng vật học người Đức Friedrich Mohs đưa ra vào năm 1812 và là một trong những thang đo độ cứng trong khoa học.

Mohs dựa trên mười loại khoáng vật đã có sẵn, ngoại trừ kim cương. Độ cứng của vật liệu được đo bằng cách tìm hai loại vật liệu mà nó có thể làm trầy được và bị làm trầy. Ví dụ: nếu một vật liệu nào đó bị apatit (có độ cứng là 5) làm trầy xước nhưng không bị làm trầy bởi đá fluorit (có độ cứng là 4), thì độ cứng trong thang Mohs sẽ là 4,5.

Thang đo độ cứng Mohs là một thang độ cứng tương đối. Nếu như corundum (độ cứng là 9) chỉ có độ cứng gấp đôi topaz (độ cứng là 8) thì kim cương (độ cứng là 10) lại có độ cứng gấp 4 lần corundum

Phương pháp này chỉ mang tính chất so sánh tương đối, không đưa ra kết quả chính xác, chỉ có ý nghĩa trong nghiên cứu tính chất của tinh thể, ít được ứng dụng trong sản xuất, đo lường thực tế.

2.2. Độ cứng BRINELL

Là loại thang đo độ cứng lâu đời nhưng được ứng dụng khá rộng rãi. Đây là phương pháp đo thuộc dạng ấn lõm. Mũi thử có đầu là một viên bi có đường kính D và lực ấn P xác định, tác dụng lực vuông góc lên bề mặt mẫu thử trong một khoảng thời gian xác định, tạo nên vết lõm. Sau đó, xác định đường kính vết lõm, tính được độ cứng, ký hiệu là HB.

Đường kính đầu bi có thể là 10mm, 5mm hoặc 1mm với lực ấn là 3000kgf, 750kgf hoặc 30kgf. Mối quan hệ P/D2 được chuẩn hóa để kết quả đo được ổn định ứng với nhiều loại vật liệu khác nhau. Ví dụ với thép, tỷ lệ này là 30:1, với nhôm tỷ lệ này là 5:1.

Đặc trưng của phương pháp Brinell:

Cần kính lúp có vạch đo, hoặc kính hiển vi, máy đo quang học để xác định vết lõm.

Lực ấn lõm chỉ tác dụng 1 lần trên bề mặt mẫu thử.

Phương pháp đo nhanh, độ chính xác không quá cao

Không áp dụng cho vật liệu quá cứng, tấm mỏng, bề mặt cong.

2. 3. Độ cứng ROCKWELL

Đây cũng là một loại thang đo độ cứng dựa trên phương pháp đo thuộc dạng ấn lõm. Điểm khác biệt so với phương pháp Brinell, đó là phương pháp Rockwell sẽ ấn 2 lần lên bề mặt mẫu thử.

Chênh lệch độ lún sâu giữa 2 lần ấn lực sẽ được dùng để tính toán độ cứng. Như vậy, phương pháp này không cần hệ thống quang học để đo kích thước vết lõm. Đơn vị chung của thang đo Rockwell là HR (Hardness Rockwell).

Phương pháp này sử dụng 2 loại mũi đo: đầu bi (Carbide Tungsten) và mũi kim cương dạng chóp, góc đỉnh 120º (kim cương).

Phương pháp này có rất nhiều thang đo cùng hệ, tùy thuộc vào dạng mũi đo, lực ấn. Do đó, chúng ta sẽ thấy nhiều loại đơn vị đo của Rockwell, như HRA, HRB, HRC… đều bắt đầu bằng ký hiệu HR, ký hiệu thứ 3 theo bảng bên dưới để phân biệt.

Như vậy, rõ ràng phương pháp đo HB (Brinell) và HRB (Rockwell) là hoàn toàn khác nhau.

Đặc trưng của phương pháp Rockwell:

Không cần kính hiển vi, máy đo quang học để xác định vết lõm.

Lực ấn lõm tác dụng 2 lần trên bề mặt mẫu thử, cần thời gian để đạt đúng chiều sâu ở mỗi lần ấn lực.

Phương pháp đo nhanh, độ chính xác cao.

Chỉ áp dụng với chi tiết có phạm vi nhỏ.

Không phù hợp với vật liệu tấm mỏng, xi mạ.

Thang đo rộng do có nhiều loại đơn vị đo, có thể chuyển đổi đơn vị đo cùng hệ Rockwell.

Giới thiệu phương pháp đo độ cứng bằng máy Mitutoyo HR-521 ( Phương pháp Rockwell)

2.4. Độ cứng VICKER

Đây cũng là một loại thang đo độ cứng phổ biến, dựa trên phương pháp đo thuộc dạng ấn lõm. Phương pháp gần giống với phương pháp Brinell, nhưng độ chính xác cao hơn.

Đầu tiên, điều chỉnh hệ thống quang học để nhìn thấy rõ bề mặt của mẫu. Sau đó, mũi chóp kim cương sẽ ấn với lực chỉ định một lần, 2 đường chéo của vết lõm và lực ấn sẽ được dùng để tính toán độ cứng, đơn vị đo là HV. Phương pháp này sử dụng mũi kim cương dạng chóp, góc 2 cạnh đối diện 136º.

Đặc trưng của phương pháp Vicker:

Cần kính hiển vi, máy đo quang học để xác định bề mặt mẫu cũng như vết lõm.

Lực ấn lõm tác dụng 1 lần trên bề mặt mẫu thử, cần thời gian để hình thành vết lõm rõ ràng.

Phương pháp đo được độ cứng các chi tiết nhỏ, đòi hỏi bề mặt được gia công kỹ lưỡng.

Đo được độ cứng vật liệu mỏng, lớp phủ.

2.5. Độ cứng LEEB

Độ cứng Leeb thuộc phương pháp đo theo kiểu bật nẩy của bi đo. Theo nguyên lý động lực Leeb, giá trị độ cứng được tính từ sự mất năng lượng của vật thể va chạm xác định sau khi tác động lên một mẫu kim loại.

Chỉ số Leeb được lấy làm thước đo tổn thất năng lượng do biến dạng dẻo. Mẫu thử càng cứng thì tốc độ phản lực của bị đo phục hồi nhanh hơn.

Đặc trưng của phương pháp Leeb

Là phương pháp đo cơ động và nhanh chóng.

Đo được các mẫu có kích thước lớn và khối lượng >1kg.

Có thể chuyển đổi sang nhiều đơn vị đo khác.

Độ chính xác và độ lặp lại ở mức tương đối. Thấp hơn so với các loại máy bàn của Rockwell, Vicker.

2.6. Độ cứng UCI

UCI (Ultrasonic Contact Impedance) là phương pháp kiểm tra độ cứng kim loại không phá hủy mẫu. Nguyên lý đo sự thay đổi tần số siêu âm khi đầu đo tác động vào mẫu.

Quá trình đo tương tự như phương pháp đo độ cứng HV tiêu chuẩn. Trong phương pháp UCI độ cứng được xác định bằng sự thay đổi của tần số siêu âm.

Đầu đo độ cứng trong phương pháp UCI gồm có một mũi kim cương dạng Vicker gắn vào thanh dao động bằng kim loại. Thanh dao động được kích thích tạo sóng âm dọc với tần số khoảng 70 kHz.

Đặc trưng của phương pháp UCI

Là phương pháp đo cơ động và nhanh chóng.

Đo được các mẫu có kích thước, trọng lượng nhỏ – mỏng từ 1 mm và nặng khoảng 100g .

Có thể chuyển đổi sang nhiều đơn vị đo khác, phạm vi đo độ cứng rộng

Dấu ấn để lại trên bề mặt sản phẩm rất nhỏ

Qua những chia sẻ trên, chúng tôi chắc chắn bạn cũng đã có những thông tin rất bổ ích về từng loại máy đo độ cứng và phương pháp đo độ cứng để có thể lựa chọn một sản phẩm phù hợp với ứng dụng riêng của bạn.

Nếu bạn chưa chắc chắn chọn loại máy nào phù hợp cho mình và phương pháp đo ra làm sao, đừng lo lắng về điều đó, vui lòng liên hệ với chúng tôi để được tư vấn miễn phí.