Hiệu chuẩn máy đo độ cứng. Độ cứng là gì? Những ký hiệu độ cứng như HRC, HV, HL mang ý nghĩa gì, chúng khác nhau như thế nào? Liệu ký hiệu HRB và HB mang tương đương nhau? Bạn cần lựa tậu một máy đo độ cứng nhưng chưa rõ những ứng dụng của từng loại máy, làm sao để lựa tậu ưng ý? Làm thế nào để kiểm tra, hiệu chuẩn?
Qua bài viết dưới đây, Techmaster hy vọng sẽ cung cấp những thông tin hữu ích, giúp bạn trả lời những thắc mắc trên, cũng như tìm được máy đo ưng ý với nhu cầu sử dụng.
1. Độ cứng là gì
Trước lúc tìm hiểu về Máy đo độ cứng, chúng ta cần biết được độ cứng là gì. Đây là câu hỏi đơn thuần nhưng rất dễ gây nhầm lẫn. Chúng ta cần làm rõ độ cứng ở đây là độ cứng của kim loại/vật liệu rắn, độ cứng của nước (dung dịch), độ cứng cao su (vật liệu đàn hồi), hay độ cứng viên nén (thuốc viên),… Trong bài viết này, chúng tôi chỉ xin kể sâu về độ cứng kim loại, hay vật liệu rắn.
Độ cứng kim loại hay vật liệu rắn là khả năng chịu đựng (chống lại sự biến dạng) của vật liệu rắn dưới tác dụng của một lực nào đó, thường là lực xuyên thấu (đâm thủng). Điều này mang ý nghĩa rất quan yếu, trong lĩnh vực gia công tạo hình sản phẩm.
Vì sao?
Vì chỉ mang xoàn mới cắt được xoàn. Một vật chỉ mang thể cắt được, hay tạo hình lên một vật khác lúc nó cứng hơn vật bị tạo hình. Từ đó, lúc phay, tiện sản phẩm, bạn sẽ lựa tậu mũi dao gia công ưng ý với sản phẩm cần gia công.
Đối với một số vật liệu, sau lúc trải qua quá trình trui rèn, sẽ trở thành “cứng” hơn so với trước đó. Và để xác định được điều này, người ta đã phát minh ra rất nhiều phương pháp đo, xây dựng thang đo tương ứng.
2. Những thang đo độ cứng, ký hiệu, nguyên lý
2.1. Độ cứng MOHS
Là loại thang đo độ cứng chủ yếu dành cho những loại khoáng vật. Thang đo này đặc trưng cho khả năng làm trầy xước hoặc chống lại trầy xước, dựa trên những loại khoáng vật khác nhau. Khoáng vật nào mang độ cứng to hơn sẽ làm trầy được khoáng vật mang độ cứng bé hơn.
Như hình trên, rất dễ nhận thấy, KIM CƯƠNG là vật liệu cứng nhất. Giả sử bạn mang một vật liệu mang thể làm trầy tinh thể FLOURITE, và bị làm trầy bởi APATITE, thì vật liệu đó sẽ mang độ cứng trong khoảng 4~5MOHS.
Phương pháp này chỉ mang tính chất so sánh tương đối, ko đưa ra kết quả chuẩn xác, chỉ mang ý nghĩa trong nghiên cứu tính chất của tinh thể, ít được ứng dụng trong gia công, đo lường thực tế.
2.2. Độ cứng BRINELL
- Là loại thang đo độ cứng lâu đời nhưng được ứng dụng khá rộng rãi. Đây là phương pháp đo thuộc dạng ấn lõm. Mũi thử mang đầu là một viên bi mang đường kính D và lực ấn P xác định, tác dụng lực vuông góc lên bề mặt mẫu thử trong một khoảng thời kì xác định, tạo nên vết lõm. Sau đó, xác định đường kính vết lõm, tính được độ cứng, ký hiệu là HB.
- Đường kính đầu bi mang thể là 10mm, 5mm hoặc 1mm với lực ấn là 3000kgf, 750kgf hoặc 30kgf. Mối quan hệ P/D2 được chuẩn hóa để kết quả đo được ổn định ứng với nhiều loại vật liệu khác nhau. Ví dụ với thép, tỷ lệ này là 30:1, với nhôm tỷ lệ này là 5:1.
- Công thức:
Với,
F: lực tác dụng vuông góc với bề mặt mẫu thử, N
D: đường kính viên bi của mũi thử, mm
d: đường kính vết lõm trên bề mặt mẫu thử, mm
hoặc công thức:
Với,
P: lực tác dụng vuông góc với bề mặt mẫu thử, kgf
D: đường kính viên bi của mũi thử, mm
d: đường kính vết lõm trên bề mặt mẫu thử, mm
* Đặc trưng của phương pháp Brinell:
_ Cần kính lúp mang vạch đo, hoặc kính hiển vi, máy đo quang quẻ học để xác định vết lõm.
_ Lực ấn lõm chỉ tác dụng 1 lần trên bề mặt mẫu thử.
_ Phương pháp đo nhanh, độ chuẩn xác ko quá cao
_ Ko vận dụng cho vật liệu quá cứng, tấm mỏng, bề mặt cong.
2.3. Độ cứng ROCKWELL
- Đây cũng là một loại thang đo độ cứng phổ quát hiện nay, dựa trên phương pháp đo thuộc dạng ấn lõm. Điểm khác biệt so với phương pháp Brinell, đó là phương pháp Rockwell sẽ ấn 2 lần lên bề mặt mẫu thử. Chênh lệch độ nhún sâu giữa 2 lần ấn lực sẽ được tiêu dùng để tính toán độ cứng. Như vậy, phương pháp này ko cần hệ thống quang quẻ học để đo kích thước vết lõm. Đơn vị chung của thang đo Rockwell là HR (Hardness Rockwell).
- Phương pháp này sử dụng 2 loại mũi đo: đầu bi (Carbide Tungsten) và mũi xoàn dạng chóp, góc đỉnh 120º (xoàn).
- Phương pháp này mang rất nhiều thang đo cùng hệ, tùy thuộc vào dạng mũi đo, lực ấn. Do đó, chúng ta sẽ thấy nhiều loại đơn vị đo của Rockwell, như HRA, HRB, HRC,… đều khởi đầu bằng ký hiệu HR, ký hiệu thứ 3 theo bảng bên dưới để phân biệt.
Bảng độ cứng Rockwell:
Như vậy, rõ ràng đơn vị HB (Brinell) và HRB (Rockwell) là hoàn toàn khác nhau.
Với,
U = 100 lúc đo độ cứng bằng mũi xoàn
U = 130 lúc đo độ cứng bằng mũi viên bi
T = 0.002mm lúc đo độ cứng thông thường (Common Rockwell Hardness)
U = 0.001mm lúc đo độ cứng bề mặt (Superficial Rockwell Hardness)
Δh: chênh lệch chiều cao giữa 2 lực ấn lõm (mm)
Máy đo độ cứng Rockwell điện tử MITUTOYO HR-400/500 collection Máy đo độ cứng Rockwell đồng hồ MITUTOYO HR-200 Collection
_ Ko cần kính hiển vi, máy đo quang quẻ học để xác định vết lõm.Đặc trưng của phương pháp Rockwell:
_ Lực ấn lõm tác dụng 2 lần trên bề mặt mẫu thử, cần thời kì để đạt đúng chiều sâu ở mỗi lần ấn lực.
_ Phương pháp đo nhanh, độ chuẩn xác cao.
_ Chỉ vận dụng với khía cạnh mang phạm vi nhỏ.
_ Ko ưng ý với vật liệu tấm mỏng, xi mạ.
_ Thang đo rộng do mang nhiều loại đơn vị đo, mang thể chuyển đổi đơn vị đo cùng hệ Rockwell.
2.4. Độ cứng VICKER
- Đây cũng là một loại thang đo độ cứng phổ quát hiện nay, dựa trên phương pháp đo thuộc dạng ấn lõm. Phương pháp sắp giống với phương pháp Brinell, nhưng độ chuẩn xác cao hơn.
Trước nhất, điều chỉnh hệ thống quang quẻ học để nhìn thấy rõ bề mặt của mẫu. Sau đó, mũi chóp xoàn sẽ ấn với lực chỉ định một lần . 2 đường chéo của vết lõm và lực ấn sẽ được tiêu dùng để tính toán độ cứng, đơn vị đo là HV. Phương pháp này sử dụng mũi xoàn dạng chóp, góc 2 cạnh đối diện 136º.
Trong đó,
HV: độ cứng theo thang Vicker,
F: lực tác dụng, N
d: chiều dài trung bình 2 đường chéo (D1,D2) của vết lõm, mm
hoặc:
Trong đó,
HV: độ cứng theo thang Vicker,
F: lực tác dụng, kgf
d: chiều dài trung bình 2 đường chéo (D1,D2) của vết lõm, µm
Máy độ cứng Vicker MITUTOYO HV-200
- Đặc trưng của phương pháp Vicker:
_ Cần kính hiển vi, máy đo quang quẻ học để xác định bề mặt mẫu cũng như vết lõm.
_ Lực ấn lõm tác dụng 1 lần trên bề mặt mẫu thử, cần thời kì để hình thành vết lõm rõ ràng.
_ Phương pháp đo được độ cứng những khía cạnh nhỏ, đòi hỏi bề mặt được gia công kỹ lưỡng.
_ Đo được độ cứng vật liệu mỏng, lớp phủ.
2.5. Độ cứng LEEB
- Độ cứng Leeb thuộc phương pháp đo theo kiểu bật nẩy của bi đo. Theo nguyên lý động lực Leeb, giá trị độ cứng được tính từ sự mất năng lượng của vật thể va chạm xác định sau lúc tác động lên một mẫu kim loại. Chỉ số Leeb (vi, vr) được lấy làm thước đo tổn thất năng lượng do biến dạng dẻo: mẫu thử càng cứng thì tốc độ phản lực của bị đo phục hồi nhanh hơn so với mẫu mềm hơn. Một bộ từ tính bên trong ống đo điện áp thay đổi lúc bị đo nẩy lại, di chuyển qua cuộn dây đo.
- Công thức:
Trong đó,
HL: độ cứng theo thang Leeb,
vi: véc tơ vận tốc tức thời ban sơ lúc viên bi được bắn ra, chưa va đập với mẫu
vr: véc tơ vận tốc tức thời phản lại của bi đo sau lúc va đập với mẫu thử.
Máy đo độ cứng Leeb cầm tay MITUTOYO HH-411
Phương pháp Leeb cũng mang khá nhiều đơn vị đo, khách hàng mang thể xem bảng dưới đây để dễ phân biệt sự khác nhau:
Đặc trưng của phương pháp Leeb
_ Là phương pháp đo cơ động và nhanh chóng.
_ Đo được những mẫu mang kích thước to và khối lượng >1kg.
_ Với thể chuyển đổi sang nhiều đơn vị đo khác.
_ Độ chuẩn xác và độ lặp lại ở mức tương đối, thấp hơn so với những loại máy bàn của Rockwell, Vicker.
Quy trình hiệu chuẩn máy đo độ cứng
Lưu ý: Đây là quy trình theo chuẩn chung, quy trình cụ thể trên thực tế sẽ mang những điểm khác biệt nhất định, phụ thuộc vào nhu cầu của khách hàng.
3. Phương tiện hiệu chuẩn Máy đo độ cứng
Phải sử dụng phương tiện hiệu chuẩn ghi trong bảng 2. Những phương tiện hiệu chuẩn được sử dụng phải mang phạm vi đo ưng ý.
4. Điều kiện hiệu chuẩn
- Lúc tiến hành hiệu chuẩn phải đảm bảo những điều kiện sau:
- Nhiệt độ nơi đặt máy phải đảm bảo 27oC + 5oC.
- Vị trí đặt máy phải tránh được thúc đẩy của ăn mòn hóa chất và chấn động.
- Máy phải được lắp đặt vững chắc theo thuyết minh hướng dẫn lắp đặt, sử dụng. Việc hiệu chuẩn được thực ngày nay nơi lắp đặt máy.
5. Tiến hành hiệu chuẩn Máy đo độ cứng
5.1 Kiểm tra bên ngoài
Kiểm tra theo những yêu cầu sau đây:
5.1.1 Máy phải mang nhãn hiệu ghi số máy, nơi gia công.
5.1.2 Máy phải mang toàn bộ những phòng ban và phụ kiện theo thuyết minh sử dụng.
5.1.3 Mặt số của phòng ban chỉ thị giá trị độ cứng hoặc mặt số của những thang chỉ lực thử phải rõ ràng.
5.2 Kiểm tra kỹ thuật
- Kiểm tra theo những yêu cầu sau đây:
- Kiểm tra trạng thái thăng bằng của máy
- Tiêu dùng Nivô kiểm tra độ thăng bằng của máy. Độ lệch theo phương nằm ngang và phương thẳng đứng ko quá 1mm/m.
- Kiểm tra trạng thái làm việc của máy
- Kiểm tra phòng ban tạo lực
- Điều khiển những phòng ban truyền động để tạo lực thử ở những mức lực. Phòng ban tạo lực (bao gồm cả phòng ban tăng giảm tốc độ lực thử, nếu mang) phải đảm bảo sao cho lực được tạo ra một cách đều đặn, liên tục, ko biến động đột ngột.
5.2.1.2. Kiểm tra mặt bàn đặt mẫu thử và phòng ban nâng hạ bàn
Kiểm tra phòng ban đo độ cứng Kiểm tra độ ko phẳng của mặt bàn đặt mẫu bằng thước tóc và bộ căn lá. Độ ko phẳng ko vượt quá 0,1 mm/100 mm. Điều khiển để bàn đặt mẫu dịch chuyển, bàn phải lên xuống nhẹ nhõm, ko bị giật cục, trục vít me đỡ bàn ko được rơ.
5.2.1.3. Kiểm tra phòng ban đo độ cứng Kiểm tra độ ko phẳng của mặt bàn đặt mẫu bằng thước tóc và bộ căn lá.
a – Kiểm tra phòng ban đo độ cứng của máy thử độ cứng Rockwell
Thanh đo của đồng hồ đo chiều sâu vết nén phải di chuyển nhẹ nhõm trên toàn bộ phạm vi đo. Trong quá trình di chuyển, kim ko được nhẩy bước. Sau lúc tác dụng một lực nhỏ lên đầu đo, kim phải trở lại vị trí ban sơ. Đồng hồ đo phải ưng ý với TCVN 257-2 : 2000 (Kiểm tra xác nhận và hiệu chuẩn máy thử độ cứng Rocwell).
b – Kiểm tra phòng ban đo của máy thử độ cứng Brinell và Vickers
– Với máy mang phòng ban đo là quang quẻ học, phải đảm bảo những yêu cầu sau đây:
+ Vùng quan sát phải được chiếu sáng đều;
+ Tâm vết nén phải nằm giữa trường quan sát;
+ Vết nén và những vạch số của thước vạch phải rõ nét.
– Kiểm tra độ chuẩn xác của thước vạch bằng thước vạch chuẩn.
+ Với máy thử độ cứng Brinell, sai số ko được vượt quá 1%;
+ Với máy thử độ cứng Vickers, sai số ko được vượt quá 0,1%.
Kiểm tra phòng ban gá kẹp mẫu thử
Phòng ban gá kẹp mẫu thử phải giữ chặt được mẫu thử trên bàn đặt mẫu trong suốt quá trình thử.
Kiểm tra mũi đo
Sử dụng ống kính phóng đại để quan sát mũi đo. Bề mặt mũi đo ko được mang vết nứt hoặc khuyết tật.
Mũi đo phải ưng ý với TCVN 256 – 2 : 2000 (Kiểm tra xác nhận và hiệu chuẩn máy thử độ cứng Brinell) hoặc TCVN 257 – 2: 2000 hoặc TCVN 258 – 2 : 2000 (Kiểm ta xác nhận và hiệu chuẩn máy thử độ cứng Vickers).
Kiểm tra đo lường
Quy định chung
Quy định đối với kiểm tra lực thử
– Với máy thử độ cứng Rockwell, phải kiểm tra lực ban sơ và những mức lực tổng;
– Với máy thử độ cứng Brinell và Vickers phải kiểm tra tất cả những mức lực;
– Những mức lực được kiểm tra theo chiều lực tăng, mỗi mức được kiểm tra ít nhất 3 lần.
Quy định đối với sai số và tản mạn của giá trị cứng
– Với máy thử độ cứng Rockwell, phải kiểm tra sai số tuyệt đối và độ tản mạn giá trị độ cứng đối với tất cả những thang đo. Trường hợp chỉ tiêu dùng 1 thang đo thì tiến hành kiểm tra sai số đối với thang đo được sử dụng.
– Với máy mang 2 phương pháp thử độ cứng Rockwell Brinell, hoặc Vickers – Brinell, phải kiểm tra sai số độ cứng và độ tản mạn tương đối với cả 2 phương pháp. Trường hợp chỉ tiêu dùng 1 phương pháp thì tiến hành kiểm tra sai số đối với phương pháp được sử dụng.
– Sai số tương đối cho phép to nhất của lực thử cho trong bảng 3.
– Sai số tuyệt đối và độ tản mạn cho phép to nhất của giá trị độ cứng đối với máy thử độ cứng Rockwell cho trong bảng 4.
– Sai số tương đối của giá trị độ cứng và độ tản mạn tương đối cho phép to nhất của đường kính hoặc đường chéo vết lõm với máy thử độ cứng Brinell hoặc Vickers cho bảng 5.
7. Tiến hành kiểm tra
7.1. Kiểm tra sai số tương đối của lực thử
Sai số tương đối của lực thử tại những mức được kiểm tra theo chiều lực tăng, mỗi mức được kiểm tra 3 lần.
Sai số tương đối của lực thử biểu thị bằng % được xác định theo công thức:
Kiểm tra sai số tuyệt đối và độ tản mạn của giá trị độ cứng với máy thử độ cứng Rockwell.
Với mỗi thang đo độ cứng, phải sử dụng ít nhất là 3 tấm chuẩn độ cứng để kiểm tra máy. Giá trị độ cứng của những tấm chuẩn phải nằm trong giới hạn sau:
Phải tiến hành 5 phép đo trên mỗi tấm chuẩn sau lúc đã loại bỏ 2 phép đo trước hết. Vị trí những vết thử phải phân bố tương đối đều trên bề mặt tấm chuẩn.
a – Kiểm tra sai số tuyệt đối của giá trị độ cứng Rockwell
Sai số tuyệt đối của giá trị độ cứng Rockwell được xác định theo công thức:
Ä = ⎯H – H (HR)
Trong đó:
Ä : sai số tuyệt đối của giá trị độ cứng Rockwell;
H : giá trị độ cứng danh nghĩa của tấm chuẩn độ cứng;
H : giá trị trung bình của 5 giá trị độ cứng đo được trên một tấm chuẩn độ cứng. b – Kiểm tra độ tản mạn của giá trị độ cứng Rocwell
Độ tản mạn của giá trị độ cứng được xác định theo công thức:
RH = Hmax – Hmin (HR)
Trong đó:
R: độ tản mạn
Hmax, Hmin : giá trị độ cứng to nhất và nhỏ nhất trong 5 giá trị đo được trên 1 tấm chuẩn độ cứng.
7.2. Kiểm tra sai số tương đối của giá trị độ cứng:
Brinell hoặc Vickers và độ tản mạn tương đối của đường kính vết lõm hoặc đường chéo vết nứt.
– Với máy thử độ cứng Brinell, phải sử dụng ít nhất là 2 tấm chuẩn độ cứng Brinell với cùng một mức lực thử để kiểm tra máy. Giá trị độ cứng của 2 tấm chuẩn độ cứng phải nằm trong giới hạn sau:
Với máy thử độ cứng Vickers, phải sử dụng ít nhất 3 tấm chuẩn độ cứng Vickers với cùng một mức lực thử để kiểm tra máy. Giá trị độ cứng của 3 tấm chuẩn phải nằm trong giới hạn sau:
– Vị trí những vết đo phải phân bố tương đối đều trên bề mặt tấm chuẩn. Phải tiến hành 5 phép đo trên mỗi tấm chuẩn độ cứng.
– Kiểm tra sai số tương đối của giá trị độ cứng Brinell và Vickers.
Sai số tương đối của giá trị độ cứng biểu thị bằng % được xác định theo công thức sau:
Chú thích (*): Đường kính trung bình của vết hoặc đường chéo trung bình của vết nén là giá trị trung bình của đường kính hoặc đường chéo của một vết lõm hoặc một vết nén đo theo hai phương vuông góc với nhau.
