Độ cứng của kim loại và thép – phương pháp đo, thang đo độ cứng và quy đổi

độ cứng Độ cứng là một trong những tính chất cơ học cơ bản của kim loại và hợp kim. Nó xác định khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ của vật liệu do tác động của đầu đo cứng hơn. Việc đo độ cứng cho phép, trong số những ứng dụng khác, đánh giá tình trạng của vật liệu sau khi xử lý nhiệt, so sánh các lô vật liệu khác nhau, theo dõi tác động của quá trình làm cứng và gián tiếp ước tính một số tính chất cơ học nhất định.
Trong thực tiễn công nghiệp, các phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là: Brinell (HBW), Rockwell (HRA, HRB, HRC) oraz Vickers (HV)Phương pháp này cũng được sử dụng trong các thử nghiệm độ cứng vi mô và thử nghiệm lớp rất mỏng. Knoop (HK).

Độ cứng của vật liệu là gì?

Độ cứng không phải là một hằng số vật liệu duy nhất, độc lập như mật độ. Kết quả đo phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm phương pháp đo, loại và hình dạng của đầu đo, tải trọng, quá trình chuẩn bị bề mặt và cấu trúc của vật liệu được kiểm tra.
Do đó, kết quả độ cứng luôn phải được ghi kèm với thang đo đã sử dụng, ví dụ:

• Tải Tập 220 – Độ cứng Brinell,
• 35 HRC – Độ cứng Rockwell trên thang C,
• 280 HV – Độ cứng Vickers,
• KHAI THÁC HK – Độ cứng của Knoop.

Không nên so sánh các giá trị số một cách đơn thuần mà không xem xét phương pháp đo được sử dụng.

Các phương pháp quan trọng nhất để đo độ cứng

Các phương pháp được sử dụng phổ biến nhất bao gồm:

• Brinell – HBW,
• Rockwell – HRA, HRB, HRC và các loại cân Rockwell khác,
• Vickers – HV,
• Knoop – HK.

Mỗi phương pháp này sử dụng một cách xác định độ cứng khác nhau và có những ứng dụng khác nhau.

Phương pháp Brinell – Độ cứng HBW

Trong phương pháp Brinell, một áp suất được tác dụng lên bề mặt của vật liệu cần kiểm tra. một quả bóng được làm bằng cacbua vonframSau khi loại bỏ vật tải, đường kính của vết lõm tạo thành sẽ được đo.
Dựa trên đường kính của vết lõm, đường kính của viên bi và lực tác dụng, giá trị được tính toán. Độ cứng Brinell được đánh dấu bằng biểu tượng H.B.W..
Một ví dụ về mục nhập có thể trông như thế này:
250 HBW 10/3000
Trong đó, ký hiệu bao gồm giá trị độ cứng và các thông số của phép thử được thực hiện.
Phương pháp Brinell đặc biệt hữu ích để kiểm tra:

• thép kết cấu,
• thép sau khi ủ và chuẩn hóa,
• gang,
• hợp kim nhôm,
• hợp kim đồng,
• lớn vật rèn và các sản phẩm đúc,
• Vật liệu có cấu trúc không đồng nhất.

Vết lõm tương đối lớn cho thấy kết quả có thể phản ánh khá chính xác độ cứng trung bình của vật liệu chứa các thành phần cấu trúc khác nhau.

Phương pháp Rockwell – HRC, HRB và HRA

Phương pháp Rockwell khác với Brinell i Vickers chủ yếu dựa vào phương pháp đo. Độ cứng được xác định dựa trên cơ sở... độ sâu của vết lõm vĩnh viễn Được tạo ra dưới một tải trọng nhất định.
Điều này giúp cho quá trình thử nghiệm nhanh chóng và rất phù hợp cho việc kiểm soát sản xuất hàng loạt.
Tùy thuộc vào loại vật liệu, người ta sử dụng các phương pháp khác nhau. Thang Rockwell.

Thang đo phổ biến nhất cho thép tôi cứng là HRC.

Phương pháp Vickers – Độ cứng HV

Trong phương pháp Vickers, đầu ấn là Kim tự tháp hình thoi có đáy hình vuôngSau khi lấy dấu, hai đường chéo của dấu được đo để xác định giá trị độ cứng.
Ví dụ về các ký hiệu:

• 200 HV 10,
• 350 HV 30,
• 650 HV 10.

Một lợi thế lớn Phương pháp Vickers Nó có thể được sử dụng trong phạm vi độ cứng rất rộng.
Phương pháp HV được sử dụng, trong số những ứng dụng khác, khi kiểm tra:

• thép kết cấu,
• thép tôi cứng,
• thép không gỉ,
• hợp kim niken,
• các lớp cacbon hóa và nitơ hóa,
• các mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt,
• Cấu trúc vi mô của vật liệu.

Ở tải trọng thấp, phương pháp Vickers có thể được sử dụng để đo độ cứng vi mô.

Phương pháp Knoop – Độ cứng HK

Phương pháp Knoop sử dụng một đầu ấn kim cương hình thuôn dài để tạo ra một vết lõm đặc trưng, ​​nông.
Do độ xuyên thấu nông, phương pháp này đặc biệt hữu ích để kiểm tra:

• các lớp rất mỏng,
• lớp phủ,
• các vùng nhỏ của cấu trúc vi mô,
• vật liệu dễ vỡ,
• các lớp được làm cứng bề mặt.

Phương pháp Knoop chủ yếu là phương pháp thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và được sử dụng trong kiểm tra độ cứng vi mô.

So sánh các phương pháp Brinell, Rockwell và Vickers

Chuyển đổi độ cứng HBW, HV và HRC

Trên thực tế, việc so sánh kết quả thu được bằng các phương pháp khác nhau thường là cần thiết. Bảng quy đổi độ cứng được sử dụng để ước tính các giá trị sau:

• HBW về HRC,
• HBW trên HV,
• HV trên HRC,
• HRC trên HV,
• HRB sang HBW hoặc HV.

Xin lưu ý rằng Việc chuyển đổi độ cứng không phải là một phép tính toán học đơn giản.Mối quan hệ giữa các thang đo phụ thuộc vào loại vật liệu, cấu trúc và trạng thái xử lý của nó.
Các giá trị gần đúng cho thép được hiển thị bên dưới.

Các giá trị trên chỉ mang tính chất tham khảo . Để quy đổi độ cứng kỹ thuật , hãy sử dụng các bảng và tiêu chuẩn thích hợp cho từng nhóm vật liệu cụ thể.

Độ cứng và độ bền kéo Rm

Đối với một số loại thép, có một mối quan hệ gần đúng giữa... Độ cứng Brinell và sức bền kéo Rm.
Đối với nhiều loại thép cacbon và thép hợp kim thấp, có thể xem các nguyên tắc sau đây như một hướng dẫn:
Rm ≈ 3,4–3,6 × HBW
trong đó Rm được biểu thị bằng MPa.
Ví dụ, thép có độ cứng xấp xỉ Tải Tập 200 có thể có độ bền kéo xấp xỉ 700 MPa.
Tuy nhiên, mối quan hệ này chỉ là gần đúng và Không thể áp dụng một cách thiếu suy xét cho tất cả các vật liệu.Các mối phụ thuộc khác có thể xảy ra, trong số đó, đối với thép austenit, song công và siêu song công, hợp kim nikenThép tôi cứng bằng kết tủa, gang và hợp kim nhôm.

Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến độ cứng của thép

Độ cứng của thép có thể thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào phương pháp xử lý nhiệt được sử dụng.
Các quá trình ảnh hưởng đến độ cứng bao gồm:

• đông cứng,
• buông bỏ,
• ủ nhiệt,
• chuẩn hóa,
• độ bão hòa vượt mức,
• lão hóa.

Thép không gỉ được tôi cứng bằng phương pháp kết tủa là một ví dụ điển hình. 1.4542 / 17-4PHĐộ cứng và các tính chất cơ học của nó phụ thuộc vào trạng thái xử lý nhiệt, ví dụ như H900, H1025, H1075, H1100 hoặc H1150.
Việc thay đổi trạng thái xử lý cho phép thu được các tổ hợp khác nhau về độ cứng, độ bền, độ dẻo và độ bền va đập.

Sự cứng hóa và độ cứng của vật liệu

Kim loại cũng có thể tăng độ cứng do biến dạng dẻo nguội.
Hiện tượng này được gọi là làm cứng bằng ứng suất.
Khi mức độ biến dạng tăng lên, thường thì:

• Độ cứng tăng lên,
• độ bền kéo tăng lên,
• Độ bền kéo tăng lên,
• Độ giãn dài và độ dẻo giảm.

Hiện tượng này đặc biệt quan trọng trong trường hợp thép không gỉ austenit như... 1.4301 / AISI 304, 1.4307 / 304L, 1.4401 / 316 và 1.4404/316L.
Do đó, độ cứng của cùng một loại thép có thể thay đổi tùy thuộc vào trạng thái của vật liệu, chẳng hạn như trạng thái ủ, cán nguội, kéo hoặc tôi cứng thêm.

Độ cứng của các nhóm thép không gỉ khác nhau

Các nhóm thép không gỉ khác nhau có cơ chế đạt được độ cứng khác nhau.

Chuẩn bị bề mặt để đo độ cứng

Độ chính xác của phép thử không chỉ phụ thuộc vào thiết bị đo mà còn phụ thuộc vào quá trình chuẩn bị mẫu.
Bề mặt cần phải:

• lau dọn,
• không có cặn và tạp chất,
• Độ mịn phù hợp với phương pháp được sử dụng.
• Được hỗ trợ ổn định trong suốt quá trình kiểm tra.

Điều này đặc biệt quan trọng trong các phương pháp Vickers i Knoop, trong đó các bản in có thể rất nhỏ.
Cần phải duy trì độ dày mẫu phù hợp và khoảng cách cần thiết giữa các vết lõm và mép của chi tiết cần kiểm tra.

Tiêu chuẩn đo độ cứng

Các phép thử độ cứng được mô tả trong các tiêu chuẩn quốc tế ISO và ASTM.

Khi thực hiện các thử nghiệm phục vụ mục đích nghiệm thu, chứng nhận hoặc kiểm soát chất lượng, cần áp dụng các yêu cầu của tiêu chuẩn liên quan ở phiên bản hiện hành.

Độ cứng có phải là yếu tố quyết định tất cả các đặc tính của thép?

Không. Độ cứng là một thông số kiểm soát rất hữu ích, nhưng nó không thể thay thế việc kiểm tra đầy đủ các tính chất cơ học.
Hai vật liệu có độ cứng tương đương có thể khác nhau ở nhiều khía cạnh, bao gồm:

• điểm chảy,
• độ bền kéo,
• sự kéo dài,
• sức chịu lực,
• khả năng chống mỏi,
• Khả năng chống nứt.

Do đó, kết quả đo độ cứng cần được diễn giải liên quan đến loại vật liệu, cấu trúc vi mô, điều kiện vận chuyển và quá trình xử lý nhiệt hoặc biến dạng dẻo được áp dụng.
Đo độ cứng là một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để kiểm tra các đặc tính của kim loại và thép. Brinell, Rockwell, Vickers i Knoop Chúng khác nhau về loại đầu đo, phương pháp đo và phạm vi ứng dụng.
H.B.W. Nó đặc biệt hữu ích cho các phần tử lớn và vật liệu có cấu trúc không đồng nhất. HRC và HRB cho phép thực hiện các phép đo sản xuất rất nhanh, trong khi HV Cung cấp nhiều ứng dụng và cho phép bạn đo các khu vực nhỏ. HK Nó được sử dụng chủ yếu trong nghiên cứu độ cứng vi mô, các lớp mỏng và lớp phủ.
Chuyển đổi giá trị giữa HBW, HV, HRC và các thang đo khác. Nên xem đây chỉ là phép tính gần đúng và thực hiện theo các bảng và tiêu chuẩn thích hợp cho từng nhóm vật liệu cụ thể.

Ứng dụng – Bộ chuyển đổi độ cứng Brinell HB, Rockwell HRC, Vickers HV, Knoop, Mohs
Độ cứng của kim loại và thép – phương pháp đo, thang đo độ cứng và quy đổi
Độ cứng Rockwell HRC, HRB và HRA – Phương pháp đo, thang đo và ứng dụng
Độ cứng Brinell (HBW) – Phương pháp đo, thang đo, công thức và ứng dụng
Độ cứng Vickers (HV) – Phương pháp đo, công thức và ứng dụng
Độ cứng Knoop HK – Phương pháp đo, độ cứng vi mô và ứng dụng
Thang Mohs – bảng độ cứng của khoáng vật và vật liệu
Bảng quy đổi độ cứng HBW, HRC, HRB và HV