Độ cứng là gì? Máy đo độ cứng là gì?

Độ cứng là một khái niệm được dùng để mô tả khả năng của vật liệu chống lại sự biến dạng do áp lực bên ngoài gây ra. Độ cứng không phải là một tính chất vật lý cơ bản, mà là một tính chất phụ thuộc vào cách đo và điều kiện thử nghiệm. Độ cứng được xác định bằng cách đo độ sâu hoặc diện tích vết lõm trên bề mặt vật liệu, sau khi áp dụng một lực cố định và một vật lõm có hình dạng xác định. Có nhiều phương pháp thử nghiệm độ cứng khác nhau, mỗi phương pháp có những ưu và nhược điểm riêng, và có thể cho ra những kết quả khác nhau cho cùng một vật liệu.

Kiểm tra độ cứng thụt là một trong những phương pháp thử nghiệm độ cứng phổ biến, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật cơ khí. Kiểm tra độ cứng thụt là phương pháp đo độ cứng của vật liệu bằng cách thụt một vật lõm vào vật liệu với một lực cố định, và đo độ sâu hoặc diện tích của vết lõm. Một số thử nghiệm độ cứng thụt như vậy tồn tại, như thử nghiệm Brinell, Rockwell, Vickers hay Knoop. Những thử nghiệm này có thể được thực hiện ở quy mô vĩ mô hoặc vi mô, tùy vào kích thước và hình dạng của vật lõm và vật liệu. Các phương pháp thử nghiệm Rockwell độ cứng là những phương pháp thử nghiệm độ cứng thụt được sử dụng rộng rãi nhất, do độ chính xác và độ nhạy cao, và độ dễ dàng và nhanh chóng trong việc thực hiện. Các phương pháp thử nghiệm Rockwell độ cứng được quy định tại tiêu chuẩn ASTM E-18, là một tiêu chuẩn quốc tế về kiểm tra độ cứng. Bạn nên lấy một bản sao của tiêu chuẩn này, đọc và hiểu tiêu chuẩn hoàn toàn trước khi thử Rockwell. Tiêu chuẩn này sẽ hướng dẫn bạn về các bước thực hiện, các thông số cần thiết, và cách tính toán và biểu diễn kết quả.

Phương pháp đo độ cứng Rockwell là một phương pháp thử nghiệm độ cứng phổ biến và uy tín, được áp dụng cho nhiều loại kim loại khác nhau. Phương pháp này có ưu điểm là dễ thực hiện, nhanh chóng, chính xác và không cần chuẩn bị mẫu thử nghiệm quá kỹ. Phương pháp này chỉ không thích hợp cho những trường hợp mà cấu trúc hoặc bề mặt của kim loại thử nghiệm có nhiều biến thể, làm ảnh hưởng đến kết quả đo; hoặc những trường hợp mà kích thước hoặc hình dạng của mẫu thử nghiệm không cho phép sử dụng phương pháp này. Phương pháp đo độ cứng Rockwell dựa trên nguyên lý đo độ sâu vĩnh viễn của vết lõm trên bề mặt kim loại, do một lực hoặc tải trọng tác dụng lên một vật lõm có hình dạng xác định. Phương pháp này gồm có các bước sau:

• Bước 1: Áp dụng một lực thử sơ bộ (tải trước) lên mẫu thử nghiệm, bằng cách sử dụng một vật lõm có hình dạng là kim cương hoặc bi thép. Lực thử sơ bộ này có tác dụng phá vỡ lớp hoàn thiện bề mặt của kim loại, để loại bỏ ảnh hưởng của lớp này đến kết quả đo. Lực thử sơ bộ này cũng tạo ra một vết lõm cơ bản trên bề mặt kim loại.
• Bước 2: Giữ lực thử sơ bộ trong một khoảng thời gian xác định trước (thời gian dừng), để cho phép kim loại phục hồi một phần đàn hồi. Sau đó, đo độ sâu của vết lõm cơ bản, bằng cách sử dụng một thiết bị đo độ sâu có độ nhạy cao.
• Bước 3: Tăng thêm một lực thử bổ sung (tải chính), để đạt được tổng lực thử nghiệm yêu cầu. Lực thử nghiệm yêu cầu phụ thuộc vào loại kim loại và phương pháp đo. Lực thử bổ sung này làm tăng độ sâu của vết lõm trên bề mặt kim loại.
• Bước 4: Giữ lực thử nghiệm trong một khoảng thời gian xác định trước (thời gian dừng), để cho phép kim loại phục hồi một phần đàn hồi. Sau đó, giảm lực thử bổ sung, quay trở lại lực thử sơ bộ. Giữ lực thử sơ bộ trong một khoảng thời gian xác định trước (thời gian dừng), để cho phép kim loại phục hồi một phần đàn hồi. Sau đó, đo độ sâu cuối cùng của vết lõm, bằng cách sử dụng thiết bị đo độ sâu có độ nhạy cao.

• Bước 5: Tính toán giá trị độ cứng Rockwell, bằng cách lấy sự khác biệt giữa độ sâu cơ bản và độ sâu cuối cùng của vết lõm. Khoảng cách này được chuyển thành một số độ cứng, bằng cách sử dụng một công thức hay một bảng tra cứu. Giá trị độ cứng Rockwell được biểu diễn bằng một ký hiệu gồm một chữ cái và một số, ví dụ HRC 60. Chữ cái chỉ ra loại vật lõm và lực thử nghiệm được sử dụng, còn số chỉ ra giá trị độ cứng. Các loại vật lõm và lực thử nghiệm khác nhau sẽ tạo ra các thang đo độ cứng Rockwell khác nhau, ví dụ thang A, B, C, D, E, F, G, H, K, L, M, N, P, R, S, V, W, X, Y.
• Bước 6: Giải phóng lực thử sơ bộ, và rút vật lõm ra khỏi mẫu thử nghiệm. Quan sát và ghi nhận kết quả đo độ cứng Rockwell.

Lực thử sơ bộ (tải trước) thường nằm trong khoảng từ 3 kgf (được sử dụng trong thang Rockwell “Bề ngoài”) đến 10 kgf (được sử dụng trong thang Rockwell “Thông thường”). Tổng lực thử nghiệm thường nằm trong khoảng từ 15 kgf đến 150 kgf (bề mặt và thông thường) đến 500 đến 3000 kgf (độ cứng vĩ mô). Các lực thử nghiệm này được quy định tại tiêu chuẩn ASTM E-18, là một tiêu chuẩn quốc tế về kiểm tra độ cứng Rockwell. Bạn nên lấy một bản sao của tiêu chuẩn này, đọc và hiểu tiêu chuẩn hoàn toàn trước khi thử Rockwell. Tiêu chuẩn này sẽ hướng dẫn bạn về các bước thực hiện, các thông số cần thiết, và cách tính toán và biểu diễn kết quả.

Tiêu chuẩn ASTM E-18 là gì? Tiêu chuẩn ASTM E-18 là một tiêu chuẩn quốc tế về phương pháp kiểm tra độ cứng Rockwell của các vật liệu kim loại. Độ cứng Rockwell là một chỉ số đo độ cứng của vật liệu bằng cách đo độ sâu mà một đầu lõm kim loại xuyên vào vật liệu mẫu dưới một lực nén đã biết. Tiêu chuẩn ASTM E-18 quy định các yêu cầu về đầu lõm, lực nén, thời gian giữ lực, độ dày và khoảng cách của vật liệu mẫu, cách tính và biểu thị số độ cứng Rockwell, và các sai số cho phép. Tiêu chuẩn ASTM E-18 được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực liên quan đến vật liệu kim loại, như sản xuất, kiểm tra, nghiên cứu, v.v.