Máy đo độ cứng Hướng dẫn: Giải thích về phương pháp Rockwell và Vickers
A máy đo độ cứng đo khả năng chống biến dạng dẻo cục bộ của vật liệu, thường bằng cách ấn một vết lõm cứng vào bề mặt vật liệu dưới tải trọng được kiểm soát và đánh giá độ sâu hoặc kích thước của vết lõm thu được. Kiểm tra độ cứng là một trong những kiểm tra kiểm soát chất lượng được sử dụng rộng rãi nhất trong gia công kim loại, xử lý nhiệt và kỹ thuật vật liệu, vì độ cứng tương quan chặt chẽ với khả năng chống mài mòn, độ bền kéo và khả năng gia công, mang lại cho nhà sản xuất một cách nhanh chóng, hầu như không phá hủy để xác minh rằng một bộ phận đáp ứng đặc điểm kỹ thuật vật liệu của nó.
Trong khi tồn tại hàng chục phương pháp và thang đo độ cứng, Rockwell và Vickers vẫn là hai phương pháp được chỉ định rộng rãi nhất trong môi trường công nghiệp và phòng thí nghiệm, mỗi phương pháp đều phù hợp với các loại vật liệu, hình dạng bộ phận và yêu cầu về độ chính xác khác nhau. Hướng dẫn này trình bày cách hoạt động chung của máy kiểm tra độ cứng, cách sử dụng máy kiểm tra độ cứng Rockwell từng bước và điều gì khiến máy kiểm tra độ cứng Vickers khác biệt với các phương pháp kiểm tra khác.
Máy đo độ cứng hoạt động như thế nào
Mọi máy đo độ cứng, bất kể phương pháp nào, đều hoạt động theo cùng một nguyên tắc cơ bản: tác dụng một lực đã biết thông qua đầu đo có hình dạng và vật liệu cụ thể, sau đó đo biến dạng thu được để lấy giá trị độ cứng. Điều khác biệt giữa các phương pháp thử nghiệm là hình dạng của vết lõm, tải trọng tác dụng và liệu phép đo dựa trên độ sâu vết lõm, được đo trực tiếp bằng máy hay kích thước vết lõm, được đo bằng phương pháp quang học sau khi loại bỏ tải.
Thử nghiệm Rockwell đo trực tiếp độ sâu vết lõm, sử dụng hình nón kim cương hoặc quả bóng thép cứng tùy thuộc vào thang đo cụ thể đang được sử dụng và tạo ra số đọc độ cứng gần như ngay lập tức do máy tự động tính toán giá trị từ chênh lệch độ sâu giữa ứng dụng tải nhỏ và tải chính. Ngược lại, thử nghiệm Vickers và Brinell dựa vào việc đo kích thước vật lý của vết lõm còn sót lại trên bề mặt vật liệu, thường là dưới kính hiển vi hoặc bằng hệ thống đo quang học tích hợp và tính toán độ cứng từ vùng vết lõm đo được đó.
Việc chọn máy đo độ cứng và thang đo phù hợp cho vật liệu và ứng dụng nhất định phụ thuộc vào các yếu tố bao gồm phạm vi độ cứng dự kiến của vật liệu, độ dày và độ hoàn thiện bề mặt của mẫu thử và liệu ứng dụng có yêu cầu kiểm tra sàn sản xuất nhanh hay phép đo cấp phòng thí nghiệm chính xác hay không. Các tiêu chuẩn thử nghiệm như ASTM E18 cho Rockwell và ASTM E92 cho Vickers xác định các quy trình, tải trọng và yêu cầu hiệu chuẩn chính xác mà các nhà sản xuất và phòng thí nghiệm phải tuân theo để có được kết quả có thể theo dõi và lặp lại.
Cách sử dụng máy đo độ cứng Rockwell
Việc sử dụng máy đo độ cứng Rockwell chính xác bắt đầu bằng việc chuẩn bị mẫu thử: bề mặt được kiểm tra cần phải sạch, phẳng và không có cặn, oxy hóa hoặc các bất thường trên bề mặt có thể làm sai lệch kết quả đọc, vì ngay cả sự nhiễm bẩn bề mặt nhỏ cũng có thể làm sai lệch đáng kể kết quả. Mẫu thử được đặt trên đe của máy và đầu đo thích hợp, hình nón kim cương cho vật liệu cứng hơn hoặc quả bóng thép cho vật liệu mềm hơn, cùng với tải trọng cụ thể của thang đo chính xác, được chọn dựa trên loại vật liệu và phạm vi độ cứng dự kiến đang được thử nghiệm.
Bản thân quá trình thử nghiệm tuân theo trình tự tải gồm hai bước: trước tiên, một tải trọng nhỏ được đặt để đặt chắc chắn vết lõm vào bề mặt vật liệu và thiết lập một điểm tham chiếu ổn định, sau đó tải trọng lớn được tác dụng và giữ trong thời gian dừng xác định để cho phép vật liệu phản ứng hoàn toàn với lực tác dụng. Khi tải chính được loại bỏ trong khi tải nhỏ vẫn còn, máy sẽ đo sự khác biệt về độ sâu vết lõm giữa hai giai đoạn tải và chênh lệch độ sâu đó được chuyển đổi trực tiếp thành giá trị độ cứng Rockwell được hiển thị trên mặt số hoặc màn hình kỹ thuật số của người kiểm tra.
Để có kết quả chính xác, nhất quán, người vận hành nên thực hiện nhiều số đọc trên các điểm khác nhau trên mẫu thử thay vì dựa vào một phép đo duy nhất, vì sự không nhất quán nhỏ của vật liệu hoặc các biến thể bề mặt có thể khiến các số đọc riêng lẻ thay đổi. Khoảng cách các điểm kiểm tra cách nhau đủ xa để tránh nhiễu từ trường ứng suất được tạo ra bởi các vết lõm liền kề và duy trì hiệu chuẩn của người kiểm tra thông qua xác minh thường xuyên với các khối kiểm tra được chứng nhận, đều là những phương pháp cần thiết để tạo ra dữ liệu độ cứng Rockwell đáng tin cậy theo thời gian.
Máy kiểm tra độ cứng Vickers: Nó khác nhau như thế nào
A Máy đo độ cứng Vickers sử dụng đầu đo kim cương có hình dạng chính xác dưới dạng kim tự tháp hình vuông, được ép vào bề mặt vật liệu dưới tải trọng đã chọn và không giống như thử nghiệm Rockwell, giá trị độ cứng được tính từ chiều dài đường chéo đo được của vết lõm để lại thay vì từ độ sâu vết lõm được đo trong quá trình thử nghiệm. Phương pháp đo quang học này yêu cầu hệ thống kính hiển vi hoặc camera tích hợp có khả năng đo các đường chéo vết lõm với độ chính xác cao, vì ngay cả những sai số đo nhỏ cũng chuyển trực tiếp thành giá trị độ cứng không chính xác.
Một trong những ưu điểm chính của thử nghiệm Vickers là phạm vi độ cứng áp dụng cực kỳ rộng và khả năng kiểm tra nhiều loại vật liệu, từ kim loại rất mềm đến vật liệu cực kỳ cứng, giòn, sử dụng cùng một hình dạng đầu dò xuyên suốt, điều này không xảy ra với thử nghiệm Rockwell, trong đó các thang đo khác nhau yêu cầu các vết lõm và tải trọng khác nhau cho các phạm vi độ cứng khác nhau. Tính linh hoạt này làm cho máy thử nghiệm Vickers đặc biệt có giá trị trong môi trường nghiên cứu và kiểm soát chất lượng xử lý nhiều loại vật liệu và mức độ cứng khác nhau mà không cần phải chuyển đổi cấu hình thiết bị.
Các máy kiểm tra độ cứng Vickers hiện đại ngày càng tích hợp phần mềm đo quang học tự động để ghi lại hình ảnh vết lõm và tự động tính toán các phép đo đường chéo cũng như giá trị độ cứng thu được, làm giảm đáng kể tính chủ quan của người vận hành vốn là hạn chế của phép đo dựa trên kính hiển vi thủ công trước đây. Quá trình tự động hóa này đã giúp quá trình thử nghiệm Vickers nhanh hơn và nhất quán hơn đáng kể so với các phương pháp đo thủ công trước đó, trong khi vẫn duy trì độ chính xác cao và khả năng ứng dụng rộng rãi của vật liệu, khiến thử nghiệm Vickers trở thành phương pháp ưa thích để thử nghiệm độ cứng vi mô của lớp phủ mỏng, các bộ phận nhỏ và các lớp bề mặt được làm cứng.
So sánh các phương pháp kiểm tra độ cứng phổ biến theo loại đầu đo, cơ sở đo lường và ứng dụng điển hình.
