CÔNG TY cổ PHẦN ATT CÔNG NGHIỆP các PHƯƠNG PHÁP đo độ CỨNG vật LIỆU KIM LOẠI

CÔNG TY CỔ PHẦN ATT CÔNG NGHIỆP Web: atti.vn | E-mail: contact@atti.vn Tel: 04.3.7832.028 | Fax: 04.3.7832.032 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ CỨNG VẬT LIỆU KIM LOẠI Page | Độ cứng thuộc tính vật liệu, thuật ngữ độ cứng phản ánh tính chịu uốn, mài mòn, trày xước vật liệu Độ cứng vật liệu khả chống lại lún bề mặt chỗ ta ấn vào vật cứng Vật liệu khó lún độ cứng cao Như vậy, xác định độ cứng giúp sơ đánh giá độ bền độ dẻo vật liệu Có nhiều phương pháp đo độ cứng bề mặt vật liệu Bài viết Công ty ATTi giới thiệu số phương pháp đo độ cứng dựa sở: sử dụng đầu thử (có hình dạng đặc biệt cứng mẫu đo) với lực ấn tác động lên bề mặt mẫu thử Sau đó, trị số độ cứng tính tốn sở lực tác động độ sâu kích cỡ vết lõm Có phương pháp đo độ cứng biết đến nhiều theo phương pháp phương pháp Brinell, Vickers Rockwell Phương pháp đo độ cứng Brinell Đây phương pháp kiểm tra độ cứng lâu đời, phát minh kỹ sư người Thụy Điển tên Johan August Brinell vào tháng năm 1900 Phương pháp sử dụng rộng rãi tiêu chuẩn hóa để kiểm tra độ cứng vật liệu ngành kỹ thuật luyện kim Độ cứng Brinell xác định cách nhấn khối cầu thép cứng cacbit có đường kính D xác định tải trọng P cho trước, khoảng thời gian định, bi thép lún sâu vào mẫu thử (Mũi thử phương pháp đo bi thép có đường kính 10 mm với lực ấn 3000 kg ấn lõm vào bề mặt kim loại Đối với kim loại mềm, lực ấn giảm xuống 500 kg, kim loại cực cứng, sử dụng đến bi thử Cardbide Tungsten để giảm thiểu biến dạng đầu thử) Nguyễn Minh Tuấn Phòng Kinh Doanh Thiết bị QC e-mail: tuan@atti.vn Phone: 0988 736 838 Văn phịng: Số 23 lơ 13B khu thị Trung n, phố Trung Hồ, Quận Cầu Giấy, Hà Nội Phịng thí nghiệm tính ( ISO/IEC-17025:2005 ) : Số 166, Tựu Liệt,Tam Hiệp, Thanh Trì, Hà Nội CƠNG TY CỔ PHẦN ATT CƠNG NGHIỆP Web: atti.vn | E-mail: contact@atti.vn Tel: 04.3.7832.028 | Fax: 04.3.7832.032 Trong phương pháp này, trị số độ cứng gọi HB xác định áp lực trung bình, biểu thị Newton mm2 diện tích mặt cầu vết lõm để lại, độ cứng Brinell tính theo công thức: Page | HB = 2P/ Π.D.(D – sqrt(D2-Di2) Trong : P – Áp lực ấn vng góc với mặt mẫu thử qui định theo tiêu chuẩn (Bảng 1) D – Đường kính bi đo (mm) quy định theo TCVN (Bảng 1) Di – Đường kính vết lõm (mm) Vật liệu Kim đen Kim màu Phạm vi độ Chiều dày cứng bé theo Brinell mẫu thử (mm) 140-150 Từ đến Từ đến Nhỏ < 140 Lớn Từ đến Nhỏ loại loại Nguyễn Minh Tuấn Quan hệ Đường kính bi Tải trọng Thời gian (mm) (kg) chịu tải tải trọng (s) đường kính bi F = 30D 10,0 5,0 2,5 3000 750 187,5 1000 250 62.5 F = 10D 10,0 5,0 2,5 > 130 Lớn Từ đến Nhỏ F = 30D 10,0 5,0 2,5 3000 750 187.6 25 – 130 Lớn Từ đến F = 10D 10,0 5,0 1000 250 Phòng Kinh Doanh Thiết bị QC e-mail: tuan@atti.vn Phone: 0988 736 838 Văn phòng: Số 23 lô 13B khu đô thị Trung Yên, phố Trung Hồ, Quận Cầu Giấy, Hà Nội Phịng thí nghiệm tính ( ISO/IEC-17025:2005 ) : Số 166, Tựu Liệt,Tam Hiệp, Thanh Trì, Hà Nội 10 10 30 20 CÔNG TY CỔ PHẦN ATT CÔNG NGHIỆP Web: atti.vn | E-mail: contact@atti.vn Tel: 04.3.7832.028 | Fax: 04.3.7832.032 Nhỏ 8-35 Page | 2,5 Lớn Từ đến Nhỏ F 2.5D 10,0 = 5,0 2,5 62.5 250 62.5 15.6 60 Bảng Bảng tra để xác định đường kính bi tải trọng đặt vào Hình Phương pháp đo Brinell Người ta đo đường kính vết lõm dụng cụ chuyên dùng, với đường kính viên bi áp lực ấn xuống cho trước mà ta biết độ cứng HB Đường kính viên bi phụ thuộc vào chiều dày vật đo Vật đo mỏng đường kính viên bi nhỏ Đường kính bi đo tiêu chuẩn hóa, theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) 10mm; 5mm; 2,5mm 1mm Tải trọng P có giá trị xác định Nguyễn Minh Tuấn Phòng Kinh Doanh Thiết bị QC e-mail: tuan@atti.vn Phone: 0988 736 838 Văn phòng: Số 23 lô 13B khu đô thị Trung Yên, phố Trung Hồ, Quận Cầu Giấy, Hà Nội Phịng thí nghiệm tính ( ISO/IEC-17025:2005 ) : Số 166, Tựu Liệt,Tam Hiệp, Thanh Trì, Hà Nội CƠNG TY CỔ PHẦN ATT CÔNG NGHIỆP Web: atti.vn | E-mail: contact@atti.vn Tel: 04.3.7832.028 | Fax: 04.3.7832.032 Tải trọng đo phụ thuộc vào vật liệu đo, tỉ lệ thuận với tỷ số F/D2 Thực tế quy định sau: Page | + Thép Gang: 30 + Hợp kim đồng: 10 + Hợp kim ổ trượt: + Thiếc, chì hợp kim: Tuy nhiên, muốn kết đo xác ta nên chọn tải trọng cho đường kính vết lõm Di tạo nên nằm khoảng (0,2 - 0,6)D Thời gian tác dụng tải trọng ảnh hưởng đến kết đo nên chọn cho phù hợp Thời gian phụ thuộc vào độ cứng vật liệu đo Thời gian cài đặt tải tăng nhiệt độ chảy vật liệu thấp Thông thường chọn sau: + Với kim loại đen hợp kim đen HB = 140 ÷ 450 chọn 10s HB < 140 chọn 30s + Với kim loại màu hợp kim màu HB = 31,8 ÷ 130 chọn 30s HB = ÷ 35 chọn 60s Phương pháp dùng độ cứng vật liệu 450HB, với vật liệu cứng sai số lớn So với phương pháp thử độ cứng khác, bi thử Brinell tạo vết lõm sâu rộng nhất, phép thử bình qn độ cứng phạm vi rộng vật đo Đây phương pháp tối Nguyễn Minh Tuấn Phòng Kinh Doanh Thiết bị QC e-mail: tuan@atti.vn Phone: 0988 736 838 Văn phịng: Số 23 lơ 13B khu thị Trung Yên, phố Trung Hoà, Quận Cầu Giấy, Hà Nội Phịng thí nghiệm tính ( ISO/IEC-17025:2005 ) : Số 166, Tựu Liệt,Tam Hiệp, Thanh Trì, Hà Nội CƠNG TY CỔ PHẦN ATT CÔNG NGHIỆP Web: atti.vn | E-mail: contact@atti.vn Tel: 04.3.7832.028 | Fax: 04.3.7832.032 ưu để đo độ cứng khối hoặc độ cứng tổng thể loại vật liệu, đặc biệt vật liệu có cấu trúc không đồng Các vết xước độ nhám bề mặt không ảnh hưởng tới phép thử Brinell Tuy nhiên phương pháp thử không phù hợp với đo vật thể nhỏ Page | * Ưu, nhược điểm phạm vi ứng dụng : - Ưu điểm: + Phạm vi đo tương đối rộng + Có thể so sánh với tải trọng khác (với hệ số L/D2 xác định) + Ít nhạy cảm với chất lượng bề mặt kiểm tra + Có mối liên hệ tương độ bền kéo - Nhược điểm: + Do mũi thử bi có độ cứng tương đối cao, nên dùng độ cứng vật liệu 450HB, vật liệu cứng sai số đo lớn + Vết đo làm biến cứng vật liệu + Khơng thích hợp cho vật liệu mỏng, mạ phủ, vật liệu cứng, bề mặt cong + Độ xác kết đo chịu ảnh hưởng kỹ thuật người đo - Phạm vi ứng dụng: + Dùng cho thiết bị lớn, độ xác khơng q cao vật đúc, rèn + Không dùng cho vật liệu cứng, vật liệu mỏng, bề mặt cong Nguyễn Minh Tuấn Phòng Kinh Doanh Thiết bị QC e-mail: tuan@atti.vn Phone: 0988 736 838 Văn phịng: Số 23 lơ 13B khu thị Trung n, phố Trung Hồ, Quận Cầu Giấy, Hà Nội Phịng thí nghiệm tính ( ISO/IEC-17025:2005 ) : Số 166, Tựu Liệt,Tam Hiệp, Thanh Trì, Hà Nội CÔNG TY CỔ PHẦN ATT CÔNG NGHIỆP Web: atti.vn | E-mail: contact@atti.vn Tel: 04.3.7832.028 | Fax: 04.3.7832.032 Hình Máy đo độ cứng Brinell BH3000 mũi đo khối chuẩn Brinell Page | Phương pháp đo độ cứng Rockwell Vào năm 1908 giáo sư người Áo (tên Ludwig) đưa khái niệm phép đo độ cứng thông qua chiều sâu vi phân sách có tên Die Keglprole Dựa vào khái niệm ông Hugh M.Rockwell (1890-1957) Stanley P.Rockwell (1886-1940) tìm phương pháp thử độ cứng Rockwell, hai ông nhận sáng chế vào 15/7/1914 Phương pháp giúp xác định nhanh hiệu ứng nhiệt luyện kỹ thuật Theo phương pháp này, mũi nhọn kim cương có góc đỉnh 1200 bán kính cong R = 0,2mm hay viên bi thép tơi cứng có đường kính 1/16,1/8,1/4,1/2 inchs ấn lên bề mặt thử Độ cứng xác định cách ta tác dụng lên viên bi mũi kim cương với hai lực ấn nối tiếp, VD: lực ban đầu 100N, 600N 1000N, 1500N - tùy theo thang chia Quy trình đo sau : Tác động đầu thử vào vật mẫu với lực tối thiểu, thường 10kG 30kG đo mềm Khi đạt độ cân bằng, thiết bị đo (theo dõi dịch chuyển đầu đo phản hồi thay đổi chiều sâu tác động đầu đo) ghi lại giá trị xác định Tiếp đến, trì lực tác động tối thiểu, người ta tác động thêm lực tối đa Khi đạt độ cân bằng, tác động lực tối đa trì lực tác động tối thiểu ban đầu Khi lực tối đa thu về, độ sâu vết lõm bề mặt vật thử phục hồi phần Độ sâu vết lõm lại (kết phát lực thu lực tối đa) sử dụng để tính tốn độ cứng Rockwell Độ cứng Rockell xác định theo đại lượng quy ước, thứ nguyên, phụ thuộc vào chiều sâu vết lõm Chiều sâu lớn độ cứng nhỏ ngược lại Nguyễn Minh Tuấn Phòng Kinh Doanh Thiết bị QC e-mail: tuan@atti.vn Phone: 0988 736 838 Văn phòng: Số 23 lô 13B khu đô thị Trung Yên, phố Trung Hồ, Quận Cầu Giấy, Hà Nội Phịng thí nghiệm tính ( ISO/IEC-17025:2005 ) : Số 166, Tựu Liệt,Tam Hiệp, Thanh Trì, Hà Nội CƠNG TY CỔ PHẦN ATT CÔNG NGHIỆP Web: atti.vn | E-mail: contact@atti.vn Tel: 04.3.7832.028 | Fax: 04.3.7832.032 Page | Hình Nguyên lý đo Lực tác dụng ban đầu P1, mũi thử lún sâu vào vật liệu đoạn h1 Tiếp ta tác dụng lực tăng lên P2 , mũi thử lún sâu vào vật liệu đoạn h2.Chênh lệch hai lần thử h - đặc trưng cho độ cứng vật liệu thử Đơn vị đo độ cứng Rocwell có kí hiệu: HR; đơn vị HR tương ứng với độ lún 0,002mm Độ cứng Rockwell biểu diễn đại lượng qui ước phụ thuộc vào chiều sâu h vết lõm xác định theo công thức: HR = k- h/e Trong : k: số (dùng bi k= 130,dùng mũi kim cương k = 100.) e: giá trị độ chia e Đối với đo cứng e = 0,002mm Đối với đo mềm hay gọi đo cứng bế mặt e = 0,001mm 0,002 hay 0,001 giá trị vạch chia đồng hồ hay mũi thử ấn sâu thêm 0,002mm hay 0.001mm kim dịch vạch h: hiệu độ sâu hai lần ấn (mm) h = h2-h1 Nguyễn Minh Tuấn Phòng Kinh Doanh Thiết bị QC e-mail: tuan@atti.vn Phone: 0988 736 838 Văn phịng: Số 23 lơ 13B khu thị Trung n, phố Trung Hồ, Quận Cầu Giấy, Hà Nội Phịng thí nghiệm tính ( ISO/IEC-17025:2005 ) : Số 166, Tựu Liệt,Tam Hiệp, Thanh Trì, Hà Nội CÔNG TY CỔ PHẦN ATT CÔNG NGHIỆP Web: atti.vn | E-mail: contact@atti.vn Tel: 04.3.7832.028 | Fax: 04.3.7832.032 Tùy theo lực tác dụng mà người ta phân độ cứng Rockwell thang A,B,C tương ứng Có nhiều thang đo độ cứng Rockwell, ký hiệu RA, RB, RC, tuỳ thuộc vào loại kích thước đầu đo giá trị lực tác dụng sử dụng Page | Trên máy thử độ cứng Rockwell có hai thang chia Thang chia C (chữ đen) thử mũi nhọn kim cương với lực ấn 150 kg thang chia B (chữ đỏ) dùng viên bi với lực ấn 100KG Viên bi (ứng với thang chia B) dùng để thử độ cứng thép chưa tôi, đồng, đồng thau,…cịn vật liệu thật cứng phải thử mũi kim kim cương thang chia C với lực ấn 60KG, đọc thang chia kí hiệu chữ A Do đó, ghi độ cứng Rockwell ta phải rõ đơn vị độ cứng: HRC, HRB, HRA Khi đo theo thang B (HRB) dùng mũi đo viên bi thép cứng tải trọng tác dụng tổng cộng 100 kg Do dùng viên bi nên thang B sử dụng để đo vật liệu mềm, độ cứng trung bình khoảng HV=60÷240 hay HRB=25÷100 (thép, gang sau ủ thường hóa, hợp kim nhơm, đồng, ) Khi đo theo thang A C (HRA, HRC) dùng mũi đo kim cương hình nón Tải trọng tác dụng tổng cộng 60 kg với thang A, 150 kg với thang C Thang A dùng để đo vật liệu cứng hợp kim cứng, lớp thấm Cacbon-nitơ có độ cứng cao HV=700 Thang A có phạm vi đo từ HV=360÷900 hay từ HRA=70÷85 Thang C dùng để đo vật liệu có độ cứng trung bình cao (thép, gang sau ram) với độ cứng khoảng HV=240÷700 hay HRC=20÷670 Khi đo lớp có chiều dày nhỏ 0,3mm, ta phải dùng thang đo mềm Để thuận lợi cho việc lựa chọn phương pháp xác định độ cứng ta sơ phân loại sau: + Loại có độ cứng thấp : gồm loại vật liệu có độ cứng nhỏ HB220, HRC20, HRB100 + Loại có độ cứng trung bình : có giá trị độ cứng khoảng HB250÷450 HRC25÷45 + Loại có độ cứng cao : Có giá trị độ cứng từ HRC52 đến cao HRC60 chút + Loại có độ cứng cao : giá trị độ cứng lớn HRC62 hay HRA80 Nguyễn Minh Tuấn Phòng Kinh Doanh Thiết bị QC e-mail: tuan@atti.vn Phone: 0988 736 838 Văn phịng: Số 23 lơ 13B khu thị Trung Yên, phố Trung Hoà, Quận Cầu Giấy, Hà Nội Phịng thí nghiệm tính ( ISO/IEC-17025:2005 ) : Số 166, Tựu Liệt,Tam Hiệp, Thanh Trì, Hà Nội CƠNG TY CỔ PHẦN ATT CÔNG NGHIỆP Web: atti.vn | E-mail: contact@atti.vn Tel: 04.3.7832.028 | Fax: 04.3.7832.032 Ưu, nhược điểm ứng dụng - Ưu điểm: + Không cần hệ thống quang học Page | + Nhanh chóng dễ dàng + Khơng phụ thuộc vào người vận hành + Ít bị ảnh hưởng độ nhám bề mặt - Nhược điểm: Nhiều thang đo khác với mũi đo tải trọng khác - Phạm vi ứng dụng: + Các chi tiết nhỏ, xác + Vật liệu mỏng + Vật liệu mạ phủ Hình Máy đo độ cúng ROCKWELL-ATK-600 Nguyễn Minh Tuấn Phòng Kinh Doanh Thiết bị QC e-mail: tuan@atti.vn Phone: 0988 736 838 Văn phòng: Số 23 lô 13B khu đô thị Trung Yên, phố Trung Hồ, Quận Cầu Giấy, Hà Nội Phịng thí nghiệm tính ( ISO/IEC-17025:2005 ) : Số 166, Tựu Liệt,Tam Hiệp, Thanh Trì, Hà Nội CƠNG TY CỔ PHẦN ATT CÔNG NGHIỆP Web: atti.vn | E-mail: contact@atti.vn Tel: 04.3.7832.028 | Fax: 04.3.7832.032 Phương pháp đo độ cứng Vickers Được phát minh vào năm 1924 kỹ sư công ty Vicker Smith Sandland, vương quốc Anh Phương pháp thay cho phương pháp đo Brinell Sử dụng Page | 10 dễ dàng tiêu chuẩn để đo độ cứng kim loại, đặc biệt bề mặt vật liệu vô cứng Phương pháp coi độ cứng chuẩn nghiên cứu khoa học Chủ yếu sử dụng phịng thí nghiệm nghiên cứu * Phương pháp đo: Hình Sơ đồ phương pháp đo Vickers Nguyễn Minh Tuấn Phòng Kinh Doanh Thiết bị QC e-mail: tuan@atti.vn Phone: 0988 736 838 Văn phòng: Số 23 lô 13B khu đô thị Trung Yên, phố Trung Hồ, Quận Cầu Giấy, Hà Nội Phịng thí nghiệm tính ( ISO/IEC-17025:2005 ) : Số 166, Tựu Liệt,Tam Hiệp, Thanh Trì, Hà Nội CƠNG TY CỔ PHẦN ATT CÔNG NGHIỆP Web: atti.vn | E-mail: contact@atti.vn Tel: 04.3.7832.028 | Fax: 04.3.7832.032 Các tính tốn phương pháp thử Vicker khơng phụ thuộc kích cỡ đầu thử Đầu thử sử dụng cho loại vật liệu Phép thử sử dụng mũi thử kim cương hình chóp cạnh có kích thước tiêu chuẩn, góc mặt phẳng đối diện 136o(±3o) Mũi thử ấn vào vật liệu Page | tác dụng tải trọng 50N,100N, 200N, 300N, 500N, 1000N 11 Sau cắt tải trọng, tiến hành đo đường chéo d vết lõm, tra theo bảng có trị số độ cứng Vickers (hoặc giá trị cho hình dùng máy hiển thị số) Độ cứng vickers tính F/S Lấy lực thử F chia cho diện tích bề mặt lõm S Bề mặt lõm S tính theo độ dài trung bình hai đường chéo d Bề mặt lõm tạo thành tác dụng lực vào mẫu thử với mũi đột kim cương, hình chóp Hình Hình dạng vết lõm mẫu thử Độ cứng Vickers tính theo cơng thức: HV = k.F/S= 0,102.F/S = {0,102 F.sin(θ/2)}/d2 Trong đó: HV: Độ cứng Vickers k: Là số (k = 0,102); F: Lực F; S: Diện tích bề mặt lõm; d: Độ dài đường kính trung bình : d =(d1+d2)/2 θ: Góc hợp với hai mặt đối diện = 1360 Nguyễn Minh Tuấn Phòng Kinh Doanh Thiết bị QC e-mail: tuan@atti.vn Phone: 0988 736 838 Văn phịng: Số 23 lơ 13B khu thị Trung n, phố Trung Hồ, Quận Cầu Giấy, Hà Nội Phịng thí nghiệm tính ( ISO/IEC-17025:2005 ) : Số 166, Tựu Liệt,Tam Hiệp, Thanh Trì, Hà Nội CÔNG TY CỔ PHẦN ATT CÔNG NGHIỆP Web: atti.vn | E-mail: contact@atti.vn Tel: 04.3.7832.028 | Fax: 04.3.7832.032 * Ưu, nhược điểm ứng dụng: - Ưu điểm: + Có thể so sánh với nhiều tải trọng Page | 12 + Một phương pháp cho tất vật liệu + Có thể kiểm tra diện tích nhỏ pha riêng lẻ -Nhược điêm: + Yêu cầu phải chuẩn bị mẫu kỹ - Phạm vi ứng dụng: + Các chi tiết nhỏ, xác + Vật liệu mỏng + Vật liệu mạ phủ Hình Máy đo độ cứng Vickers hình dạng mũi đo Vickers Trên đây, giới thiệu số phương pháp thường dùng để xác định độ cứng bề mặt vật liệu Hiện nay, sinh viên ngành cơng nghệ khí điện tử Khoa CNCK nắm bắt nguyên lý thiết kế, chế tạo thành công mô hình máy đo độ cứng theo phương pháp đo Brinell Nguyễn Minh Tuấn Phòng Kinh Doanh Thiết bị QC e-mail: tuan@atti.vn Phone: 0988 736 838 Văn phịng: Số 23 lơ 13B khu thị Trung n, phố Trung Hồ, Quận Cầu Giấy, Hà Nội Phịng thí nghiệm tính ( ISO/IEC-17025:2005 ) : Số 166, Tựu Liệt,Tam Hiệp, Thanh Trì, Hà Nội ... Nội CƠNG TY CỔ PHẦN ATT CÔNG NGHIỆP Web: atti.vn | E-mail: contact@atti.vn Tel: 04.3.7832.028 | Fax: 04.3.7832.032 ưu để đo độ cứng khối hoặc độ cứng tổng thể loại vật liệu, đặc biệt vật liệu có... tương độ bền kéo - Nhược điểm: + Do mũi thử bi có độ cứng tương đối cao, nên dùng độ cứng vật liệu 450HB, vật liệu cứng sai số đo lớn + Vết đo làm biến cứng vật liệu + Khơng thích hợp cho vật liệu. .. Sandland, vương quốc Anh Phương pháp thay cho phương pháp đo Brinell Sử dụng Page | 10 dễ dàng tiêu chuẩn để đo độ cứng kim loại, đặc biệt bề mặt vật liệu vô cứng Phương pháp coi độ cứng chuẩn nghiên