Có các loại độ cứng nào được sử dụng hiện nay

Độ cứng là gì? Có các loại độ cứng và cách xác định từng loại độ cứng? Đó là những câu hỏi mà rất nhiều độc giả đã gửi đến LabvietCHEM trong thời gian gần đây và đây cũng là những vấn đề mà chúng tôi sẽ giải đáp trong bài viết hôm nay.

Độ cứng của vật liệu là gì?

Độ cứng là gì?

Độ cứng là một tính chất của vật liệu, không phải là tính chất vật lý cơ bản của vật liệu. Đó là một giá trị điển hình cho khả năng chống thụt (thụt, lún) và được xác định bằng cách đo độ sâu cố định của vết lõm.

Có những loại độ cứng nào?

1. Độ cứng MOHS

Thang đo chủ yếu được sử dụng để xác định độ cứng của khoáng chất và nó đặc trưng cho khả năng của khoáng chất đó bị trầy xước hoặc chống trầy xước. Khoáng chất có độ cứng lớn hơn sẽ làm trầy xước khoáng chất có độ cứng thấp hơn.

Phương pháp này chỉ mang tính so sánh tương đối và không cho kết quả chính xác. Nó cũng chỉ có ý nghĩa trong việc nghiên cứu tính chất của tinh thể và hiếm khi được sử dụng trong sản xuất và đo lường thực tế.

2. Độ cứng BRINELL

Độ cứng BRINELL sử dụng phương pháp đo vết lõm. Đầu thử có đầu bi có đường kính 10mm, 5mm hoặc 1mm. Một lực ép 3000kgf, 750kgf hoặc 30kgf sẽ tác dụng vuông góc lên bề mặt mẫu thử trong khoảng thời gian xác định, tạo ra vết lõm. Sau đó, xác định đường kính vết lõm và tính độ cứng HB theo công thức.

Trong đó:

• F là lực tác dụng vuông góc với bề mặt mẫu thử (N)
• D là đường kính bi của mũi thử (mm)
• d là đường kính vết lõm trên bề mặt mẫu thử (mm)

hoặc công thức:

Trong đó

• P là lực tác dụng vuông góc với bề mặt mẫu thử (kgf)
• D là đường kính bi của mũi thử (mm)
• d là đường kính vết lõm trên bề mặt mẫu thử (mm)

Đặc điểm của phương pháp đo độ cứng Brinell

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

– Chỉ ấn một lần lên bề mặt mẫu thử.

– Là phương pháp đo nhanh nhưng không đảm bảo độ chính xác cao.

– Phương pháp đo này không thể áp dụng cho những vật liệu quá cứng, tấm mỏng hoặc có bề mặt cong.

2. Độ cứng ROCKWELL

Độ cứng ROCKWELL sử dụng phương pháp đo ép lõm nhưng sẽ ép 2 lần lên bề mặt mẫu thử. Sự chênh lệch độ sâu lún giữa 2 lần ép sẽ được sử dụng để tính độ cứng.

Với phương pháp đo ROCKWELL, chúng ta không cần đến hệ thống quang học để đo kích thước vết lõm. Phương pháp này sử dụng hai loại đầu đo: đầu đo dạng bi có đường kính 1/16, 1/8, 1/4, 1/2 inch và đầu đo hình nón kim cương có góc đầu đo là 120°.

Nguyên lý thử nghiệm là sử dụng hai lực khác nhau lần lượt gọi là lực sơ cấp và lực thứ cấp tác dụng lên mẫu để tạo ra các vết lõm. Khi đó, từ vết lõm trên mẫu sau khi thử, chúng ta có thể tính được độ cứng của mẫu thông qua công thức:

Trong đó:

• U = 100 khi loại đầu đo là đầu kim cương
• U = 130 khi loại đầu đo là đầu bi
• T = 0,002mm khi đo độ cứng thông thường
• U = 0,001mm khi đo độ cứng bề mặt
• Δh là độ chênh lệch độ sâu (chiều cao) giữa hai lực ép lõm (mm)

Vết lõm càng nông thì độ cứng càng lớn và ngược lại

Độ cứng của mẫu thử có thể được chia như sau:

• Loại thấp: Bao gồm các vật liệu có độ cứng nhỏ hơn HB220, HRC20, HRB100.
• Loại trung bình: Bao gồm các vật liệu có độ cứng từ HB250 450 đến HRC25 45.
• Loại cao: Bao gồm các vật liệu có độ cứng từ HRC52 đến cao hơn HRC60
• Loại rất cao: Bao gồm các vật liệu có độ cứng lớn hơn HRC62 hoặc HRA80

Đơn vị chung của thang đo độ cứng Rockwell là HR (Hardness Rockwell) và tùy theo loại đầu đo cũng như áp suất sử dụng mà chúng ta sẽ có các số đo như HRA, HRB, HRC,… Trong đó A, B, C,… dùng để phân biệt các loại đầu đo.

Bảng độ cứng Rockwell:

Đặc điểm của phương pháp đo độ cứng Rockwell

– Không cần sử dụng kính hiển vi hay máy đo quang học để xác định vết lõm.

– Lực vết lõm được tác dụng hai lần lên bề mặt mẫu thử và vết lõm cần có thời gian để đạt độ sâu chính xác với mỗi lần ấn.

– Đây là phương pháp đo nhanh và có độ chính xác cao.

– Chỉ phù hợp để đo các chi tiết có kích thước nhỏ và không phù hợp để đo các vật liệu dạng tấm mỏng hoặc mạ.

– Thang đo rộng do có thể chuyển đổi nhiều loại đơn vị đo và đơn vị đo trong cùng một hệ thống Rockwell.

3. Độ cứng VICKER

Độ cứng VICKER sử dụng phương pháp đo vết lõm, tương tự phương pháp Brinell nhưng có độ chính xác cao hơn.

Đầu tiên, bạn điều chỉnh hệ thống quang học để nhìn rõ bề mặt của mẫu đo, sau đó tác dụng lực quy định một lần bằng đầu kim cương. Hai đường chéo của vết lõm và áp suất sẽ được sử dụng để tính độ cứng. Phương pháp này sử dụng đầu kim cương hình chóp có góc 2 cạnh đối diện là 136°.

Công thức:

Trong đó:

• HV là độ cứng theo thang Vicker
• F là lực tác dụng (N)
• d là chiều dài trung bình hai đường chéo (D1,D2) của vết lõm (mm)

hoặc:

Trong đó:

• HV là độ cứng theo thang Vicker
• F là lực tác dụng (kgf)
• d là chiều dài trung bình hai đường chéo (D1,D2) của vết lõm (µm)

Đặc điểm của phương pháp đo độ cứng Vicker:

– Cần sử dụng kính hiển vi và máy đo quang học để xác định bề mặt mẫu và vết lõm.

– Lực vết lõm tác dụng một lần lên bề mặt mẫu thử và cần một khoảng thời gian nhất định để hình thành vết lõm rõ ràng.

– Là phương pháp dùng để đo độ cứng của các chi tiết nhỏ và yêu cầu bề mặt phải được gia công cẩn thận, phù hợp với các vật liệu mỏng và có lớp phủ.

4. Độ cứng LEEB

Độ cứng Leeb sử dụng phương pháp đo độ nảy của quả cầu đo. Theo nguyên lý động học Leeb, giá trị độ cứng được tính từ sự mất năng lượng của một vật va chạm xác định sau khi tác dụng lực lên mẫu kim loại. Chỉ số Leeb (vi, vr) được chọn làm thước đo tổn thất năng lượng do biến dạng dẻo. Mẫu thử càng mềm thì tốc độ phản ứng của bi đo sẽ phục hồi càng chậm so với mẫu thử mềm hơn. Bộ nam châm bên trong ống đo sẽ có sự thay đổi điện áp khi quả cầu đo nảy lên và di chuyển qua cuộn dây đo.

Đặc điểm của phương pháp đo độ cứng Leeb:

– Là phương pháp đo độ cứng di động và nhanh chóng.

– Có thể đo được các mẫu thử có kích thước lớn và nặng hơn 1kg.

– Có thể chuyển đổi sang nhiều đơn vị đo khác nhau.

– Độ chính xác và độ lặp lại chỉ mang tính tương đối và thấp hơn so với thang đo độ cứng Rockwell và Vicker.

5. Độ cứng SHORE

Độ cứng SHORE sử dụng phương pháp đo độ cứng SHORE do ông Albert F. Shore phát triển vào những năm 1920. Dụng cụ đo độ cứng là máy đo độ cứng Durometer. Máy này sử dụng tải trọng được tác dụng bởi lực lò xo. Giá trị độ cứng sẽ được xác định bằng sự xuyên thấu của đầu dò Durometer vào mẫu thử. Vì cao su và nhựa có tính đàn hồi nên giá trị độ cứng có thể thay đổi theo thời gian, tức là thời gian tác dụng lực lên bề mặt mẫu thử đôi khi cũng được coi là giá trị độ cứng.

Phương pháp độ cứng Shore được sử dụng để đo các loại nhựa như polyme, cao su, polyolefin, fluoropolyme và vinyl. Thang đo được sử dụng là thang đo Shore A (đối với vật liệu cao su mềm) và thang đo Shore D (đối với vật liệu cứng hơn).

Đó là một số thông tin về các loại độ cứngg mà chúng tôi muốn chia sẻ với độc giả. Hi vọng đây sẽ là những kiến ​​thức hữu ích cho bạn.