Định nghĩa về độ cứng vật liệu

Kiểm tra độ cứng vật liệu là phương pháp đo cường độ của vật liệu bằng cách xác định khả năng chống lại các xâm nhập do vật liệu cứng hơn.

Độ cứng không phải là một đặc tính của vật liệu giống như các đơn vị cơ bản của khối lượng, chiều dài và thời gian mà giá trị độ cứng là kết quả của một quy trình đo lường xác định.

Đặc điểm của độ cứng vật liệu

  • Độ cứng chỉ biểu thị tính chất bề mặt mà không biểu thị tính chất chung cho toàn bộ sản phẩm
  • Độ cứng biểu thị khả năng chống mài mòn của vật liệu, độ cứng càng cao thì khả năng mài mòn càng tốt
  • Đối với vật liệu đồng nhất (như trạng thái ủ) độ cứng có quan hệ với giới hạn bền và khả năng gia công cắt. Độ cứng cao thì giới hạn bền cao và khả năng cắt kém. Khó tạo hình sản phẩm.

Phân loại các phương pháp đo độ cứng

Các phương pháp đo độ cứng thường được phân loại theo 3 phương pháp đo chính là Ấn lõm, bật nảygạch xước.

Với phương pháp Ấn lõm cũng được phân chia thành hai loại độ cứng là độ cứng tế viđộ cứng thô đại. Độ cứng thường dùng là độ cứng thô đại, vì mũi đâm và tải trọng đủ lớn để phản ánh độ cứng của nền, pha cứng trên một diện tích tác dụng đủ lớn, sẽ có ý nghĩa hơn trong thực tế sản xuất. Đó là lý do bạn cần có hiểu biết để tránh việc quy đổi độ cứng không phản ánh được cơ tính thậm chí sai. Độ cứng tế vi thường được dùng trong nghiên cứu, vì mũi đâm nhỏ có thể tác dụng vào từng pha của vật liệu.

Nếu phân loại theo thang đo, ta cũng có rất nhiều phương pháp xác định độ cứng khác nhau:

  • Độ cứng theo phương pháp gạch xước, tiêu biểu là thang đo Mohs xác định độ cứng của mạch tinh thể vật liệu và thường ít được sử dụng trong công nghiệp.
  • Thang đo Vickers (HV), được phát triển như một phương pháp thay thế cho Brinell trong một số trường hợp. Thông thường phương pháp đo dựa trên Vicker được cho là dễ sử dụng hơn do việc tính toán kết quả không phụ thuộc vào kích cỡ đầu đo.
  • Thang đo Brinell (BHN hay HB)là một trong những thang đô độ cứng đầu tiên được phát triển và ứng dụng rộng rãi trong cơ khí và luyện kim.
  • Thang đo Rockwell (HR) xác định độ cứng dựa trên khả năng đâm xuyên vật liệu của đầu đo dưới tải. Có nhiều thang đo Rockwell khác nhau sử dụng tải và đầu ấn lõm khác nhau và cho kết quả ký hiệu bởi HRA, HRB, HRC…
  • Phương pháp bật nảy với thang đo Leeb (LRHT) là một trong 4 phương pháp được sử dụng phổ biến nhất khi kiểm tra độ cứng kim loại. Phương pháp cơ động này thường được sử dụng khi kiểm tra các vật mẫu tương đối lớn (trên 1kg). Phương pháp dựa trên hệ số bật nẩy lại và là phương pháp đo kiểm tra không phá hủy.
  • Thang đo Knoop là phương pháp đo tế vi, sử dụng để kiểm tra độ cứng của vật liệu dễ vỡ hoặc tấm mỏng do phương pháp đo chỉ gây ra một vết lõm nhỏ.

Bảng các giá trị độ cứng của vật liệu, đường kính bi và tải trọng đặt theo Brinell

Vật liệu Phạm vi đo cứng theo Brinell Chiều dày nhỏ nhất của mẫu thử (mm) Quan hệ giữa tải trọng và đường kính bi Đường kính bi (mm) Tải trọng (kg) Thời gian chịu tải (s)
Kim loại đen 140-150 Từ 6 đến 3

Từ 4 đến 2

Nhỏ hơn 2

F = 30D2 10,0

5,0

2,5

3000

750

187,5

10
< 140 Lớn hơn 6

Từ 6 đến 3

Nhỏ hơn 3

F = 10D2 10,0

5,0

2,5

1000

250

62.5

10
Kim loại màu > 130 Lớn hơn 6

Từ 4 đến 2

Nhỏ hơn 2

F = 30D2 10,0

5,0

2,5

3000

750

187.6

30
25 – 130 Lớn hơn 6

Từ 6 đến 3

F = 10D2 10,0

5,0

1000

250

20
Nhỏ hơn 3 2,5 62.5
8-35 Lớn hơn 6

Từ 6 đến 3

Nhỏ hơn 3

F = 2.5D2 10,0

5,0

2,5

 

 

250

62.5

15.6

60

Bảng các giá trị độ cứng và tính dẻo (khả năng gia công) của vật liệu phổ biến theo Rockwell

Vật liệu/Metal Tôi cứng/Temper Độ cứng Rockwell (thang B) Ứng suất đàn hồi (KSI) Ứng suất đàn hồi (MPa) Tính dẻo

1: rất dẻo

5: cứng

Aluminum A93003-H14 20 to 25 21 145 1
Aluminum A93003-H34 35 to 40 29 200 1
Aluminum A93003-H14 20 to 25 20 138 1
Aluminum A96061-T6 60 40 275 4
Copper 1/8 hard (cold rol I) 10 28 193 1
Gilding metal 1/4 hard 32 32 221 1
Commercial bronze 1/4 hard 42 35 241 2
Jewelry Bronze 1/4 hard 47 37 255 2
Red Brass 1/4  hard 65 49 338 2
Cartridge Brass 1/4 hard 55 40 276 1
Yellow Brass 1/4  hard 55 40 276 2
Muntz Metal 1/8 hard 55 35 241 3
Architect ural Bronze As Extruded 65 20 138 4
Phosphor Bronze 1/2 hard 78 55 379 3
Silicon Bronze 1/4 hard 75 35 241 3
Aluminum Bronze As Cast 77 27 186 5
Nickel Silver 1/8  hard 60 35 241 3
Steel (Low carbon) Cold-rolled 60 25 170 2
Cast Iron As Cast 86 60 344 5
Stainless Steel 304 Temper Pass 88 30 207 2
Lead Sheet Lead 5 0.81 5 1
Monel Temper Pass 60 27 172 3
Zinc-Cu-Tn Alloy Rolled 40 14 97 1
Titanium Annealed 80 37 255 3

Chuyển đổi giữa các giá trị độ cứng

Bảng quy đổi độ cứng chỉ mang tính tương đối. Khi đo độ cứng tùy vào vật liệu và diện tích bề mặt mẫu… cần lựa chọn loại máy đo độ cứng để ra kết quả chính xác nhất. Cần lưu ý: Độ cứng HV là độ cứng tế vi, do đó khi đo độ cứng cần chú ý tổ chức của mẫu để có giá trị đo đúng. Ví dụ nếu vết đâm đúng vào vị trí cacbit thì độ cứng sẽ cao, nền thép có độ cứng thấp hơn.

BẢNG 1. BẢNG CHUYỂN ĐỔI GIÁ TRỊ ĐỘ CỨNG THEO LOẠI VẬT LIỆU
(Áp dụng cho Vật liệu được làm cứng và Hợp kim cứng)
(Hardness Conversion Table)

ROCKWELL (HR)

VICKER

BRINELL

SHORE

C

A

D

G

15N

30N

45N

HV

HB/30

HS

80

92.0

86.5

96.5

92.0

87.0

1865

79

91.5

85.5

91.5

86.5

1787

78

91.0

84.5

96.0

91.0

85.5

1710

77

90.5

84.0

90.5

84.5

1633

76

90.0

83.0

95.5

90.0

83.5

1556

75

89.5

82.5

89.0

82.5

1478

74

89.0

81.5

95.0

88.5

81.5

1400

73

88.5

81.0

88.0

80.5

1323

72

88.0

80.0

94.5

87.0

79.5

1245

71

87.0

79.5

86.5

78.5

1160

70

86.5

78.5

94.0

86.0

77.5

1076

69

86.0

78.0

93.5

85.0

76.5

1004

68

85.5

77.0

84.5

75.5

942

97

67

85.0

76.0

93.0

83.5

74.5

894

95

66

84.5

75.5

92.5

83.0

73.0

854

92

65

84.0

74.5

92.0

82.0

72.0

820

91

64

83.5

74.0

81.0

71.0

789

88

63

83.0

73.0

91.5

80.0

70.0

763

87

62

82.5

72.5

91.0

79.0

69.0

739

85

61

81.5

71.5

90.5

78.5

67.5

716

83

60

81.0

71.0

90.0

77.5

66.5

695

614

81

59

80.5

70.0

89.5

76.5

65.5

675

600

80

58

80.0

69.0

75.5

64.0

655

587

78

57

79.5

68.5

89.0

75.0

63.0

636

573

76

56

79.0

67.5

88.5

74.0

62.0

617

560

75

55

78.5

67.0

88.0

73.0

61.0

598

547

74

54

78.0

66.0

87.5

72.0

59.5

580

534

72

53

77.0

65.5

87.0

71.0

58.5

562

522

71

52

77.0

64.5

86.5

70.5

57.5

545

509

69

51

76.5

64.0

86.0

69.5

56.0

528

496

68

50

76.0

63.0

85.5

68.5

55.0

513

484

67

49

75.5

62.0

85.0

67.5

54.0

498

472

66

48

74.5

61.5

84.5

66.5

52.5

485

460

64

47

74.0

60.5

84.0

66.0

51.5

471

448

63

46

73.5

60.0

83.5

65.0

50.0

458

437

62

45

73.0

59.0

83.0

64.0

49.0

446

426

60

44

72.5

58.5

82.5

63.0

48.0

435

415

58

43

72.0

57.5

82.0

62.0

46.5

424

404

57

42

71.5

56.5

81.5

61.5

45.5

413

393

56

41

71.0

56.0

81.0

60.5

44.5

403

382

55

40

70.5

55.5

80.5

59.5

43.0

393

372

54

39

70.0

54.5

80.0

58.5

42.0

383

362

52

38

69.5

54.0

79.5

57.5

41.0

373

352

51

37

69.0

53.0

79.0

56.5

39.5

363

342

50

36

68.5

52.5

78.5

56.0

38.5

353

332

49

35

68.0

51.5

78.0

55.0

37.0

343

322

48

34

67.5

50.5

77.0

54.0

36.0

334

313

47

33

67.0

50.0

76.5

53.0

35.0

325

305

46

32

66.5

49.0

76.0

52.0

33.5

317

297

44

31

66.0

48.5

75.5

51.5

32.5

309

290

43

30

65.5

47.5

92.0

75.0

50.5

31.5

301

283

42

29

65.0

47.0

91.0

74.5

49.5

30.0

293

276

41

28

64.5

46.0

90.0

74.0

48.5

29.0

285

270

41

27

64.0

45.5

89.0

73.5

47.5

28.0

278

265

40

26

63.5

44.5

88.0

72.5

47.0

26.5

271

260

39

25

63.0

44.0

87.0

72.0

46.0

25.5

264

255

38

24

62.5

43.0

86.0

71.5

45.0

24.0

257

250

37

23

62.0

42.5

84.5

71.0

44.0

23.0

251

245

36

22

61.5

41.5

83.5

70.5

43.0

22.0

246

240

35

21

61.0

41.0

82.5

70.0

42.5

20.5

241

235

35

20

60.5

40.0

81.0

69.5

41.5

19.5

236

230

34

BẢNG 2. BẢNG CHUYỂN ĐỔI GIÁ TRỊ ĐỘ CỨNG
(Áp dụng cho Vật liệu không được làm cứng và Thép mềm)
(Hardness Conversion Table)

ROCKWELL(HR)

BRINELL

B

F

G

E

K

A

15T

30T

45T

HB/5

HB/30

100

82.5

61.5

93.0

82.0

72.0

201

240

99

81.0

61.0

92.5

81.5

71.0

195

234

98

79.0

60.0

81.0

70.0

189

228

97

77.5

59.0

92.0

80.5

69.0

184

222

96

76.0

59.0

80.0

68.0

179

216

95

74.0

58.0

91.5

79.0

67.0

175

210

94

72.5

57.5

78.5

66.0

171

205

93

71.0

57.0

91.0

78.0

65.0

167

200

92

69.0

100.0

56.5

90.5

77.5

64.5

163

195

91

67.5

99.5

56.0

77.0

63.5

160

190

90

66.0

98.5

55.5

90.0

76.0

62.5

157

185

89

64.0

98.0

55.0

89.5

75.5

61.5

154

180

88

62.5

97.0

54.0

75.0

60.5

151

176

87

61.0

96.5

53.5

89.0

74.5

59.5

148

172

86

59.0

95.5

53.0

88.5

74.0

58.5

145

169

85

57.5

94.5

52.5

73.5

58.0

142

165

84

56.0

94.0

52.0

88.0

73.0

57.0

140

162

83

54.0

93.0

51.0

87.5

72.0

56.0

137

159

82

52.5

92.0

50.5

71.5

55.0

135

156

81

51.0

91.0

50.0

87.0

71.0

54.0

133

153

80

49.0

90.5

49.5

86.5

70.0

53.0

130

150

79

47.5

89.5

49.0

69.5

52.0

128

147

78

46.0

88.5

48.5

86.0

69.0

51.0

126

144

77

44.0

88.0

48.0

85.5

68.0

50.0

124

141

76

42.5

87.0

47.0

67.5

49.0

122

139

75

99.5

41.0

86.0

46.5

85.0

67.0

48.5

120

137

74

99.0

39.0

85.0

46.0

66.0

47.5

118

135

73

98.5

37.5

84.5

45.5

84.5

65.5

46.5

116

132

72

98.0

36.0

83.5

45.0

84.0

65.0

45.5

114

130

71

97.5

34.5

100.0

82.5

44.5

64.0

44.5

112

127

70

97.0

32.5

99.5

81.5

44.0

83.5

63.5

43.5

110

125

69

96.0

31.0

99.0

81.0

43.5

83.0

62.5

42.5

109

123

68

95.5

29.5

98.0

80.0

43.0

62.0

41.5

107

121

67

95.0

28.0

97.5

79.0

42.5

82.5

61.5

40.5

106

119

66

94.5

26.5

97.0

78.0

42.0

82.0

60.5

39.5

104

117

65

94.0

25.0

96.0

77.5

60.0

38.5

102

116

64

93.5

23.5

95.5

76.5

41.5

81.5

59.5

37.5

101

114

63

93.0

22.0

95.0

75.5

41.0

81.0

58.5

36.5

99

112

62

92.0

20.5

94.5

74.5

40.5

58.0

35.5

98

110

61

91.5

19.0

93.5

74.0

40.0

80.5

57.0

34.5

96

109

60

91.0

17.5

93.0

73.0

39.5

56.5

33.5

95

107

59

90.5

16.0

92.5

72.0

39.0

80.0

56.0

32.0

94

106

58

90.0

14.5

92.0

71.0

38.5

79.5

55.0

31.0

92

104

57

89.5

13.0

91.0

70.5

38.0

54.5

30.0

91

103

56

89.0

11.5

90.5

69.5

79.0

54.0

29.0

90

101

55

88.0

10.0

90.0

68.5

37.5

78.5

53.0

28.0

89

100

54

87.5

8.5

89.5

68.0

37.0

52.5

27.0

87

53

87.0

7.0

89.0

67.0

36.5

78.0

51.5

26.0

86

52

86.5

5.5

88.0

66.0

36.0

77.5

51.0

25.0

85

51

86.0

4.0

87.5

65.0

35.5

50.5

24.0

84

50

85.5

2.5

87.0

64.5

35.0

77.0

49.5

23.0

83

49

85.0

86.5

63.5

76.5

49.0

22.0

82

48

84.5

85.5

62.5

34.5

48.5

20.5

81

47

84.0

85.0

61.5

34.0

76.0

47.5

19.5

80

46

83.0

84.5

61.0

33.5

75.5

47.0

18.5

45

82.5

84.0

60.0

33.0

46.0

17.5

79

44

82.0

83.5

59.0

32.5

75.0

45.5

16.5

78

43

81.5

82.5

58.0

32.0

74.5

45.0

15.5

77

42

81.0

82.0

57.5

31.5

44.0

14.5

76

41

80.5

81.5

56.5

31.0

74.0

43.5

13.5

75

BẢNG 3. BẢNG CHUYỂN ĐỔI GIÁ TRỊ ĐỘ CỨNG
(Áp dụng cho Gang dẻo, Gang xám và kim loại màu)
(Hardness Conversion Table)

B

F

E

K

A

H

15T

30T

45T

HB/5

41

80.5

81.5

56.5

31.0

74.0

43.5

13.5

75

40

79.5

81.0

55.5

73.5

43.0

12.5

39

79.0

80.0

54.5

30.5

42.0

11.0

74

38

78.5

79.5

54.0

30.0

73.0

41.5

10.0

73

37

78.0

79.0

53.0

39.5

72.5

40.5

9.0

72

36

77.5

78.5

52.5

39.0

100.0

40.0

8.0

35

77.0

78.0

51.5

28.5

99.5

72.0

39.5

7.0

71

34

76.5

77.0

50.5

28.0

99.0

71.5

38.5

6.0

70

33

75.5

76.5

49.5

38.0

5.0

69

32

75.0

76.0

48.5

27.5

98.5

71.0

37.5

4.0

31

74.5

75.5

48.0

27.0

98.0

36.5

3.0

68

30

74.0

75.0

47.0

26.5

70.5

36.0

2.0

67

29

73.5

74.0

46.0

26.0

97.5

70.0

35.6

1.0

28

73.0

73.5

45.0

25.5

97.0

34.5

66

27

72.5

73.0

44.5

25.0

96.5

69.5

34.0

26

72.0

72.5

43.5

24.5

69.0

33.0

65

25

71.0

72.0

42.0

96.0

32.5

64

24

70.5

71.0

41.5

24.0

95.5

68.5

32.0

23

70.0

70.5

41.0

23.5

68.0

31.0

63

22

69.5

70.0

40.0

23.0

95.0

30.5

21

69.0

69.5

39.0

22.5

94.5

67.5

29.5

62

20

68.5

68.5

38.0

22.0

29.0

19

68.0

68.0

37.5

21.5

94.0

67.0

28.5

61

18

67.0

67.5

36.5

93.5

66.5

27.5

17

66.5

67.0

35.5

21.0

93.0

27.0

60

16

66.0

66.5

35.0

20.5

66.0

26.0

15

65.5

65.5

34.0

20.0

92.5

65.5

25.5

59

14

65.0

65.0

33.0

92.0

25.0

13

64.5

64.5

32.0

65.0

24.0

58

12

64.0

64.0

31.5

91.5

64.5

23.5

11

63.5

63.5

30.5

91.0

23.0

10

63.0

62.5

29.5

90.5

64.0

22.0

57

9

62.0

62.0

29.0

21.5

8

61.5

61.5

28.0

90.0

63.5

20.5

7

61.0

61.0

27.0

89.5

63.0

20.0

56

6

60.5

60.5

26.0

19.5

5

60.0

60.0

25.5

89.0

62.5

18.5

55

4

59.5

59.0

24.5

88.5

62.0

18.0

3

59.0

58.5

23.5

88.0

17.0

2

58.0

58.0

23.0

61.5

16.5

54

1

57.5

57.5

22.0

87.5

61.0

16.0

0

57.0

57.0

21.0

87.0

15.0

53