ĐỊNH NGHĨA VỀ ĐỘ CỨNG
- Độ cứng là một chỉ tiêu quan trọng được sử dụng rộng rãi trong ngành cơ khí, liên quan chặt chẽ đến độ bền của vật liệu. Kiểm tra độ cứng vật liệu là phương pháp đo cường độ của vật liệu bằng cách xác định khả năng chống lại các xâm nhập do vật liệu cứng hơn.
- Độ cứng không phải là một đặc tính của vật liệu giống như các đơn vị cơ bản của khối lượng, chiều dài và thời gian mà có thể hiểu đó là kết quả của một quy trình đo lường xác định.
ĐẶC ĐIỂM VỀ ĐỘ CỨNG VẬT LIỆU
- Độ cứng chỉ biểu thị tính chất bề mặt mà không biểu thị tính chất chung cho toàn bộ sản phẩm
- Độ cứng biểu thị khả năng chống mài mòn của vật liệu, độ cứng càng cao thì khả năng mài mòn càng tốt.
- Đối với vật liệu đồng nhất (như trạng thái ủ) độ cứng có quan hệ với giới hạn bền và khả năng gia công cắt. Độ cứng cao thì giới hạn bền cao và khả năng cắt kém, khó tạo hình sản phẩm.
MỐI TƯƠNG QUAN VỀ ĐỘ CỨNG
- Tối ưu hóa cơ tính của vật liệu trong quá trình sản xuất như luyện hợp kim, xử lý nhiệt, …
- Độ cứng là một thông số có tính chìa khóa của một vật liệu.
- Độ cứng có mối quan hệ chặt chẽ với các tính chất khác của vật liệu như:
§ ĐỘ BỀN KÉO
§ ĐỘ BỀN UỐN
§ TÍNH DẺO
§ TÍNH GIÒN
§ ĐỘ BỀN MỎI / CHỐNG MÀI MÒN
§ CHỐNG ĂN MÒN
PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ CỨNG
Đo độ cứng thông thường được phân loại theo 3 phương cách chính là ẤN LÕM - BẬT NẢY - GẠCH XƯỚC. Trong đó với 04 phương pháp đo chính được áp dụng thông dụng nhất hiện nay như sau:
Phương Pháp Rockwell
Yếu tố ghi nhận sẽ là CHIỀU SÂU VẾT LÕM với các thang đo HR (A, B, C, D, E, F, G, H, K, L, M, P, R, S, V) trong đó thang đo HRB và HRC là thông dụng nhất hiện nay trên thế giới. Độ cứng Rockwell được xác định dựa trên sự so sánh của hai độ lún sâu vào vật kiểm tra của đầu tạo lõm khi được tác dụng bởi hai lực nén chính và phụ.
Phương Pháp Vickers
Yếu tố ghi nhận sẽ là DIỆN TÍCH VẾT LÕM GÂY RA BỞI VẬT TẠO LÕM HÌNH CHÓP với các thang đo HV. Các lực nén được đặt lên bề mặt kiểm tra, có giá trị khác nhau phụ thuộc vào độ cứng cần đo. Độ cứng Vickers sau đó được tính toán dựa trên tỉ lệ F/A, trong đó F là lực nén và A là diện tích vết lõm gây ra bởi đầu tạo lõm hình chóp.
Phương Pháp Brinell
Yếu tố ghi nhận sẽ là DIỆN TÍCH VẾT LÕM GÂY RA BỞI VIÊN BI TẠO LÕM với các thang đo HB. Phép kiểm tra đặc trưng được sử dụng bởi viên bi thép có đường kính 10mm với lực nén khoảng 29 kN đến 29.42 kN để tạo lõm. Với vật liệu mềm sử dụng lực nhỏ hơn, với vât liệu cứng viên bi thép được thay thế bằng Tungsten Carbide.
Phương Pháp Leeb
Yếu tố ghi nhận sẽ là VẬN TỐC TRƯỚC VÀ SAU KHI BẬT NẢY Ở KHOẢNG CÁCH 1mm TỪ BỀ MẶT KIỂM TRA với các thang đo HL. Độ cứng Leeb được xác định dựa trên một đầu tạo xung với đầu viên bi Tungsten Carbide hoặc Kim Cương tạo lõm bề mặt kiểm tra dưới tác dụng của lực lò xo và bị bật nảy ngược trở lại, hiệu điện thế được ghi nhận ở cả hai pha của toàn quá trình kiểm tra.
Video mô phỏng nguyên lý hoạt động phương pháp Leeb
Phương Pháp UCI
Ngoài ra, phương pháp Trở Kháng Tiếp Xúc Siêu Âm UCI - ULTRASONIC CONTACT IMPEDANCE cũng được sử dụng rộng rài trong ngành NDT do đầu kim cương Vickers tác động để lại độ lõm trên bề mặt kiểm tra rất nhỏ. Nó là một trong những giải pháp tuyệt vời để kiểm tra độ cứng của các thành phẩm như khuôn, bánh răng, trục, thanh, vít, ray, mối hàn…
TỔNG QUAN VỀ TIÊU CHUẨN ASTM A 956 - STANDARD TEST METHOD FOR HARDNESS TESTING OF STEEL PRODUCTS
- Trong phép kiểm tra, một đầu tạo xung với đầu bi tạo lõm bằng tungsten carbide hoặc kim cương va chạm với bề mặt kiểm tra dưới tác dụng của lực lò xo và bị bật nảy ngược trở lại. Vận tốc trước và sau khi bật nảy được đo ở khoảng cách 1mm tính từ bề mặt kiểm tra. Nguyên lý đo dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ của nam châm vĩnh cửu bên trong đầu tạo xung với cuộn cảm trong đầu đo. Một hiệu điện thế cảm ứng được tạo ra khi nam châm chạy qua vòng dây ở cả hai pha và được ghi nhận.
- Hiệu điện thế cảm ứng gây ra tỉ lệ với vận tốc pha va chạm và pha bật nảy. Tỉ số của hai vận tốc này nhân với 1000 ta nhận được giá trị của độ cứng Leeb.
HL = Vận tốc bật nảy (pha 2) / Vận tốc ngay trước va chạm (pha 1) x 1000
- Độ cứng Leeb chỉ đo trạng thái bề mặt mẫu kiểm tra vì thế kết quả của phép đo không mang thông số của vật liệu bên dưới bề mặt.
- Hướng tác động - Đầu tác động đo được hiệu chuẩn theo hướng tác động thẳng đứng xuống (vuông góc với bề mặt nằm ngang). Đối với các hướng tác động khác như 45° từ mặt phẳng ngang hoặc từ bên dưới, các giá trị độ cứng đo được sẽ phải được điều chỉnh theo bảng quy đổi từ Tables 1 đến Tables 6. Một số thiết bị thế hệ mới tự động bù cho hướng kiểm tra sẽ được chấp nhận.
- Khoảng cách vết lõm - Khoảng cách giữa hai điểm tác động bất kỳ không được nhỏ hơn hai lần đường kính cạnh tới cạnh. Khoảng cách giữa điểm tác động và cạnh mẫu kiểm tra không được nhỏ hơn ba lần đường kính cạnh tới cạnh. Không điểm nào được tác động (đo) nhiều hơn một lần.
- Số lần đo - 5 lần đo trong một khu vực có diện tích 645 mm² trở lên. Nếu vật liệu không đồng nhất (ví dụ như gang) nên lặp lại 10 lần đo trong một khu vực được thực hiện.
- Thiết bị và kết quả kiểm tra - Thiết bị đo độ cứng sẽ được coi là chấp nhận nếu các giá trị đọc riêng lẻ nằm trong khoảng ±6 HL của giá trị tham chiếu. Phải là giá trị trung bình số học của ít nhất 5 lần đọc giá trị đo riêng lẻ trong khu vực thực hiện đo.
- Chuyển đổi sang các thang đo độ cứng khác hoặc giá trị độ bền kéo - Không có mối quan hệ tuyệt đối giữa kiểm tra độ cứng Leeb và các phương pháp độ cứng khác hoặc phép thử độ bền kéo vì vậy tất cả các chuyển đổi luôn là gần đúng, do đó nên tránh các chuyển đổi ngoại trừ các trường hợp đặc biệt khi có cách thực hiện đáng tin cậy cho chuyển đổi gần đúng và độ chính xác của chuyển đổi đã thu được bằng một kiểm tra so sánh. Không có chuyển đổi nào được thực hiện nếu không có thỏa thuận cụ thể giữa bên chỉ định phương pháp kiểm tra này và bên thực hiện kiểm tra độ cứng.
- Chiều dày và trọng lượng - Chiều dày và trọng lượng của mẫu kiểm tra phải được xem xét khi lựa chọn đầu tác động đo được sử dụng. Các mẫu kiểm tra có trọng lượng nhỏ hơn mức tối thiểu hoặc các mẫu có trọng lượng bất kỳ có tiết diện nhỏ hơn chiều dày tối thiểu cần phải có bộ kẹp đỡ chắc chắn hoặc vật đỡ nối với bề mặt không chịu lực có chiều dày lớn và nặng hơn để kháng cự lại tác động của đầu tác động đo. Nếu không cung cấp đủ các phần hỗ trợ này kết quả kiểm tra sẽ thấp hơn giá trị độ cứng thực của mẫu kiểm tra.
- Guidelines For Selection and Use of Equotip Instruments.
1996 Hoa Kỳ chuẩn hóa phương pháp đo Leeb bởi ASTM A956
1998 Trung Quốc chuẩn hóa phương pháp đo Leeb bởi GB/T 17394
2007 Đức chuẩn hóa phương pháp đo Leeb bởi DIN 50156
2008 Chỉ dẫn tiêu chuẩn của Đức DGZfP bởi “Kiểm tra độ cứng bằng thiết bị cầm tay”
2008 Trung Quốc chuẩn hóa phương pháp đo Leeb bởi CNAL T0299
SƠ ĐỒ MÔ TẢ PHẠM VI SỬ DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỘ CỨNG
MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN SAI SỐ TRONG CÁC PHÉP ĐO LƯỜNG
CÁC SẢN PHẨM THAM KHẢO
