Khả năng của vật liệu kim loại chống lại sự lún lõm trên bề mặt do các vật cứng gây ra được gọi là độ cứng. Theo các phương pháp thử nghiệm và phạm vi ứng dụng khác nhau, độ cứng có thể được chia thành độ cứng Brinell, độ cứng Rockwell, độ cứng Vickers, độ cứng Shore, độ cứng vi mô và độ cứng ở nhiệt độ cao. Có ba loại độ cứng thường được sử dụng cho ống: độ cứng Brinell, độ cứng Rockwell và độ cứng Vickers.
A. Độ cứng Brinell (HB)
Sử dụng một viên bi thép hoặc bi cacbua có đường kính nhất định để ấn vào bề mặt mẫu với lực thử (F) đã xác định. Sau thời gian giữ đã xác định, loại bỏ lực thử và đo đường kính vết lõm (L) trên bề mặt mẫu. Giá trị độ cứng Brinell là thương số thu được bằng cách chia lực thử cho diện tích bề mặt của quả cầu bị lõm. Được biểu thị bằng HBS (bi thép), đơn vị là N/mm2 (MPa).
Công thức tính toán là:
Trong công thức: F – lực thử tác dụng lên bề mặt mẫu kim loại, N;
D – Đường kính của viên bi thép dùng để thử nghiệm, mm;
d – đường kính trung bình của vết lõm, mm.
Phương pháp đo độ cứng Brinell cho kết quả chính xác và đáng tin cậy hơn, nhưng nhìn chung chỉ phù hợp với vật liệu kim loại có độ cứng dưới 450 N/mm2 (MPa), không phù hợp với thép cứng hơn hoặc tấm mỏng hơn. Trong các tiêu chuẩn ống thép, độ cứng Brinell được sử dụng rộng rãi nhất. Đường kính vết lõm d thường được dùng để biểu thị độ cứng của vật liệu, vừa trực quan vừa tiện lợi.
Ví dụ: 120HBS10/1000130: Có nghĩa là giá trị độ cứng Brinell đo được bằng cách sử dụng một quả cầu thép đường kính 10mm dưới lực thử 1000Kgf (9,807KN) trong 30 giây là 120N/mm2 (MPa).
B. Độ cứng Rockwell (HR)
Thử nghiệm độ cứng Rockwell, giống như thử nghiệm độ cứng Brinell, là một phương pháp thử nghiệm độ cứng bằng cách ấn lõm. Điểm khác biệt là nó đo độ sâu của vết lõm. Nghĩa là, dưới tác động tuần tự của lực thử ban đầu (Fo) và tổng lực thử (F), đầu ấn (hình nón hoặc bi thép của máy cán thép) được ấn vào bề mặt mẫu. Sau thời gian giữ quy định, lực chính được loại bỏ. Lực thử được sử dụng để tính toán giá trị độ cứng dựa trên độ sâu vết lõm còn lại đo được (e). Giá trị này là một số không xác định, được biểu thị bằng ký hiệu HR, và các thang đo được sử dụng bao gồm 9 thang, gồm A, B, C, D, E, F, G, H và K. Trong đó, các thang đo thường được sử dụng để kiểm tra độ cứng thép thường là A, B và C, tức là HRA, HRB và HRC.
Giá trị độ cứng được tính bằng công thức sau:
Khi kiểm tra với thang đo A và C, HR=100-e
Khi thử nghiệm với thang đo B, HR=130-e
Trong công thức, e – độ sâu vết lõm dư – được biểu thị bằng đơn vị xác định là 0,002mm, nghĩa là khi độ dịch chuyển dọc trục của đầu ấn là một đơn vị (0,002mm), nó tương đương với sự thay đổi độ cứng Rockwell đi một đơn vị. Giá trị e càng lớn thì độ cứng của kim loại càng thấp, và ngược lại.
Phạm vi áp dụng của ba thang đo nêu trên như sau:
HRA (đầu đo độ cứng hình nón kim cương) 20-88
HRC (đầu đo độ cứng hình nón kim cương) 20-70
HRB (đầu ấn bi thép đường kính 1,588mm) 20-100
Phương pháp đo độ cứng Rockwell hiện nay được sử dụng rộng rãi, trong đó HRC được sử dụng nhiều thứ hai trong tiêu chuẩn ống thép, chỉ sau độ cứng Brinell HB. Độ cứng Rockwell có thể được dùng để đo độ cứng của các vật liệu kim loại từ cực mềm đến cực cứng. Nó khắc phục được những nhược điểm của phương pháp Brinell. Phương pháp này đơn giản hơn phương pháp Brinell và giá trị độ cứng có thể được đọc trực tiếp từ mặt số của máy đo độ cứng. Tuy nhiên, do vết lõm nhỏ, giá trị độ cứng đo được không chính xác bằng phương pháp Brinell.
C. Độ cứng Vickers (HV)
Thử nghiệm độ cứng Vickers cũng là một phương pháp thử nghiệm độ cứng bằng cách ấn một đầu kim cương hình chóp vuông có góc tạo bởi hai mặt đối diện là 1360 độ vào bề mặt cần thử với một lực thử (F) đã chọn, và lấy đầu kim ra sau thời gian giữ lực quy định. Sau khi xác định lực, đo chiều dài của hai đường chéo của vết lõm.
Độ cứng Vickers được tính bằng thương số của lực thử chia cho diện tích bề mặt vết lõm. Công thức tính toán như sau:
Trong công thức: HV – Ký hiệu độ cứng Vickers, N/mm2 (MPa);
F – lực thử nghiệm, N;
d – trung bình cộng của hai đường chéo của vết lõm, mm.
Lực thử F được sử dụng trong phép đo độ cứng Vickers là 5 (49,03), 10 (98,07), 20 (196,1), 30 (294,2), 50 (490,3), 100 (980,7) Kgf (N) và sáu mức khác. Giá trị độ cứng có thể đo được nằm trong khoảng 5~1000HV.
Ví dụ về phương pháp biểu thị: 640HV30/20 có nghĩa là giá trị độ cứng Vickers đo được với lực thử 30Hgf (294,2N) trong 20S (giây) là 640N/mm2 (MPa).
Phương pháp đo độ cứng Vickers có thể được sử dụng để xác định độ cứng của các vật liệu kim loại rất mỏng và các lớp bề mặt. Nó có những ưu điểm chính của phương pháp Brinell và Rockwell và khắc phục được những nhược điểm cơ bản của chúng, nhưng nó không đơn giản như phương pháp Rockwell. Phương pháp Vickers hiếm khi được sử dụng trong các tiêu chuẩn ống thép.
Thời gian đăng bài: 03/04/2024
