Các dụng cụ, dụng cụ đo lường, khuôn mẫu… dùng trong chế tạo cơ khí phải có đủ độ cứng để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ. Hôm nay BTV sẽ trao đổi với các bạn về chủ đề liên quan đến “độ cứng”. Độ cứng là thước đo khả năng chống biến dạng cục bộ của vật liệu, đặc biệt là biến dạng dẻo, vết lõm hoặc vết trầy xước. Nói chung, vật liệu càng cứng thì khả năng chống mài mòn càng tốt. Ví dụ, các bộ phận cơ khí như bánh răng đòi hỏi độ cứng nhất định để đảm bảo đủ khả năng chống mài mòn và tuổi thọ sử dụng. Các loại độ cứng Các loại độ cứng/Click để xem hình ảnh lớn hơn Như minh họa trong hình trên, có rất nhiều loại độ cứng... Hôm nay tôi sẽ giới thiệu cho các bạn cách kiểm tra độ cứng bằng vết lõm phổ biến và thực tế trong độ cứng kim loại. Định nghĩa độ cứng 1. Độ cứng Brinell/Độ cứng Brinell Phương pháp kiểm tra độ cứng Brinell (ký hiệu HB) là phương pháp đầu tiên được phát triển và tóm tắt trong số các thông số kỹ thuật về độ cứng được công nhận, góp phần vào sự xuất hiện của các phương pháp kiểm tra độ cứng khác. Nguyên lý của phép kiểm tra độ cứng Brinell là: đầu đo (bi thép hoặc bi cacbua, đường kính Dmm) tác dụng lực thử F, sau khi ép mẫu, diện tích tiếp xúc S (mm2) giữa đầu đo bi và mẫu được tính toán từ đường kính d (mm) của phần lõm do mũi nhọn để lại và giá trị thu được bằng cách chia lực thử. Ký hiệu là HBS khi vết lõm là bi thép và HBW khi vết lõm là bi cacbua. k là một hằng số (1/g= 1/9.80665=0.102). 2. Độ cứng Vickers Độ cứng Vickers (ký hiệu HV) là phương pháp thử có phạm vi ứng dụng rộng nhất, có thể thử bằng bất kỳ lực thử nào, đặc biệt trong trường có độ cứng vi mô dưới 9,807N. Độ cứng Vickers là giá trị thu được bằng cách chia lực thử F(N) cho diện tích tiếp xúc S (mm2) giữa tấm tiêu chuẩn và mũi nhọn, được tính dựa trên chiều dài đường chéo d (mm, trung bình của các chiều dài trong hai hướng) của vết lõm được hình thành trên tờ giấy tiêu chuẩn bởi mũi nhọn (kim cương hình chóp vuông, góc mặt tương đối=136˚) dưới lực thử F (N). k là một hằng số (1/g=1/9.80665). 3. Độ cứng Knoop Độ cứng Knoop (ký hiệu HK) là giá trị được tính bằng cách chia lực thử cho diện tích hình chiếu vết lõm A (mm2) như trong công thức sau, được tính dựa trên chiều dài đường chéo dài hơn d (mm) của vết lõm hình thành trên tấm tiêu chuẩn bằng cách nhấn một mũi nhọn kim cương hình thoi (góc cạnh tương đối 172˚30' và 130˚) dưới lực thử F. Độ cứng Knoop cũng có thể được đo bằng cách thay thế đầu đo Vickers của máy đo độ cứng vi mô với đầu đo Knoop.
4. Độ cứng bề mặt Rockwell và Rockwell Độ cứng Rockwell Trước khi đo độ cứng Rockwell (ký hiệu HR) hoặc độ cứng bề mặt Rockwell, cần sử dụng mũi đo kim cương (góc đầu hình nón: 120˚, bán kính đầu: {{15} }.2mm) hoặc mũi lõm hình cầu (bi thép hoặc bi cacbua) để tác dụng lực tải trước lên tấm tiêu chuẩn, sau đó tác dụng lực thử và khôi phục lực tải trước. Giá trị độ cứng được lấy từ công thức độ cứng, được biểu thị bằng chênh lệch độ sâu vết lõm h (μm) giữa lực tải trước và lực thử. Bài kiểm tra độ cứng Rockwell sử dụng lực tải trước là 98,07N, trong khi bài kiểm tra độ cứng bề mặt Rockwell sử dụng lực tải trước là 29,42N. Ký hiệu cụ thể được cung cấp cùng với loại đầu đo, lực kiểm tra và công thức độ cứng được gọi là thang đo. Tiêu chuẩn Công nghiệp Nhật Bản (JIS) xác định các thang đo độ cứng liên quan khác nhau. Máy kiểm tra độ cứng tương đối đơn giản và vận hành nhanh, có thể kiểm tra trực tiếp trên nguyên liệu thô hoặc bề mặt của bộ phận nên được sử dụng rộng rãi. Hướng dẫn chọn phương pháp kiểm tra độ cứng để bạn tham khảo: Hướng dẫn lựa chọn độ cứng Chuyển đổi lựa chọn độ cứng 1. Chuyển đổi giữa độ cứng Knoop và độ cứng Vickers (1) Dựa trên giả định rằng các vật có cùng độ cứng có điện trở như nhau đối với vết lõm Knoop và Vickers, ứng suất của vết lõm Vickers và Knoop khi chịu tải được suy ra, sau đó dựa trên σHK=σHV, người ta kết luận rằng: HV=0.968HK. Công thức này được đo dưới tải thấp và có sai số tương đối lớn. Ngoài ra, khi giá trị độ cứng lớn hơn HV900 thì sai số của công thức này rất lớn và mất đi giá trị tham chiếu. (2) Sau khi rút ra và hiệu chỉnh, đề xuất công thức chuyển đổi giữa độ cứng Knoop và độ cứng Vickers. Sau khi xác minh bằng dữ liệu thực tế, sai số chuyển đổi tương đối tối đa của công thức này là 0,75%, có giá trị tham chiếu cao.
2. Chuyển đổi giữa độ cứng Rockwell và độ cứng Vickers
(1) Sau khi sửa đổi công thức chuyển đổi Qvarnstorm do Hans Qvarnstorm đề xuất, thu được công thức chuyển đổi giữa độ cứng Rockwell và độ cứng Vickers: Công thức này sử dụng dữ liệu tiêu chuẩn về độ cứng kim loại màu được công bố ở nước tôi để chuyển đổi. Sai số HRC của nó về cơ bản nằm trong phạm vi ±0.4HRC và sai số tối đa của nó chỉ là ±0.9HRC. Sai số HV tối đa là ±15HV. (2) Theo ứng suất σHRC=σHV của các vết lõm khác nhau, công thức thu được bằng cách phân tích đường cong quan hệ giữa độ cứng Rockwell và độ sâu vết lõm độ cứng Vickers. Công thức này được so sánh với giá trị chuyển đổi thử nghiệm tiêu chuẩn quốc gia. Sai số giữa kết quả chuyển đổi và giá trị thử nghiệm tiêu chuẩn là ±0.1HRC. (3) Dựa trên dữ liệu thực nghiệm thực tế, việc chuyển đổi giữa độ cứng Rockwell và độ cứng Vickers được thảo luận bằng phương pháp hồi quy tuyến tính và thu được công thức: Công thức này có phạm vi ứng dụng nhỏ và sai số lớn, nhưng tính toán đơn giản và có thể sử dụng khi yêu cầu độ chính xác không cao. 3. Chuyển đổi giữa độ cứng Rockwell và độ cứng Brinell (1) Phân tích mối quan hệ giữa độ sâu vết lõm Brinell và vết lõm Rockwell và thu được công thức chuyển đổi dựa trên ứng suất của vết lõm σHRC=σHB. Kết quả tính toán được so sánh với giá trị thực nghiệm chuẩn quốc gia. Sai số giữa kết quả tính toán công thức chuyển đổi và giá trị thử nghiệm tiêu chuẩn là ±0.1HRC. (2) Công thức thu được bằng phương pháp hồi quy tuyến tính dựa trên số liệu thực nghiệm thực tế. Sai số công thức lớn, phạm vi ứng dụng nhỏ nhưng phép tính đơn giản, có thể sử dụng khi yêu cầu độ chính xác không cao. 4. Chuyển đổi giữa độ cứng Brinell và độ cứng Vickers Mối quan hệ giữa độ cứng Brinell và độ cứng Vickers cũng được tính theo σHB=σHV. Kết quả chuyển đổi của công thức này được so sánh với giá trị chuyển đổi tiêu chuẩn quốc gia và sai số chuyển đổi là ±2HV. 5. Chuyển đổi giữa độ cứng Knoop và độ cứng Rockwell Do các đường cong tương ứng của độ cứng Knoop và độ cứng Rockwell tương tự như parabol nên công thức chuyển đổi gần đúng thu được từ đường cong tương đối chính xác và có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo.
