Phương Pháp Đo Độ Cứng ROCKWELL

        1/ Giới Thiệu:

Vào những năm 1908 giáo sư người Viennese tên là Ludwig đã đưa ra khái niệm cơ bản về phép đo độ cứng thông qua chiều sâu vi phân trong cuốn sách có tên là Die Keglprole. Dựa vào những khái niệm cơ bản trên 2 ông Hugh M Rockwell (1890-1957) và Stanley P Rockwell (1886-1940) tìm ra phương pháp thử độ cứng Rockwell , hai ông này nhận được bằng sáng chế vào 15/7/1914. Phương pháp này giúp xác định nhanh hiệu ứng của nhiệt luyện trong kỹ thuật.

2/ Phương Pháp Thử: 

•  Dùng một mũi nhọn kim cương có góc ở đỉnh là 120⁰ và bán kính cong R = 0,2mm hay viên bi thép tôi cứng có đường kính 1/16,1/8,1/4,1/2 inchs để ấn lên bề mặt thử
• Độ cứng được xác định bằng cách ta lần lượt tác dụng lên viên bi hoặc mũi kim cương hai lực ấn nối tiếp, lực ban đầu là 100N, tiếp theo là 600N hoặc 1000N hoặc 1500N tùy theo thang chia..
• Quy trình đo cơ bản như sau : tác động đầu thử vào vật mẫu với một lực tối thiểu, thường là 10kG hoặc 30kG nếu đo mềm. Khi đạt độ cân bằng, thiết bị đo (theo dõi dịch chuyển đầu đo và các phản hồi về thay đổi chiều sâu tác động của đầu đo) ghi lại giá trị xác định. Tiếp đến, trong khi vẫn duy trì lực tác động tối thiểu, người ta tác động thêm một lực tối đa. Khi đạt được độ cân bằng, thôi tác động lực tối đa nhưng vẫn duy trì lực tác động tối thiểu ban đầu. Khi lực tối đa được thu về, độ sâu vết lõm trên bề mặt vật thử sẽ được phục hồi một phần. Độ sâu vết lõm còn lại (kết quả của phát và thu lực tối đa) được sử dụng để tính toán độ cứng Rockwell.
• Độ cứng Rockell được xác định theo một đại lượng quy ước, không có thứ nguyên, phụ thuộc vào chiều sâu vết lõm. Chiều sâu càng lớn thì độ cứng càng nhỏ và ngược lại.

Nguyên Lý Đo

 

•  Lực tác dụng ban đầu  P₁, mũi thử lún sâu vào vật liệu 1 đoạn h₁ .Tiếp ta tác dụng 1 lực tăng lên P₂ , mũi thử lún sâu vào vật liệu đoạn h₂.Chênh lệch hai lần thử là h - đặc trưng cho độ cứng vật liệu thử.
• Đơn vị đo độ cứng Rocwell có kí hiệu: HR; một đơn vị HR tương ứng với độ lún bằng 0,002mm
• Độ cứng Rockwell được biểu diễn bởi một đại lượng qui ước phụ thuộc vào chiều sâu  h của vết lõm và xác định theo công thức:

HR = k- h/e

Trong đó :

- k: là hằng số (dùng bi k= 130,dùng mũi kim cương  thì k = 100.)

- e: là giá trị một độ chia của e. Đối với đo cứng e = 0,002mm. Đối với  đo mềm hay còn gọi là đo cứng bế mặt e = 0,001mm

- 0,002 hay 0,001là giá trị của vạch chia đồng hồ hay khi mũi thử ấn sâu thêm 0,002mm hay 0.001mm thì kim dịch đi một vạch.

- h: là hiệu độ sâu hai lần ấn (mm).

                              h = h₂-h₁

• Tùy theo lực tác dụng mà người ta phân độ cứng Rockwell ra 3 thang A,B,C tương ứng
• Có nhiều thang đo độ cứng Rockwell, ký hiệu là RA, RB, RC, ... tuỳ thuộc vào loại và kích thước đầu đo cũng như giá trị lực tác dụng được sử dụng
• Trên máy thử độ cứng Rockwell có hai thang chia. Thang chia C (chữ đen) khi thử bằng mũi nhọn kim cương với lực ấn 150KG và thang chia B( chữ đỏ) khi dùng viên bi với lực ấn 100KG. Viên bi(ứng với thang chia B) được dùng để thử độ cứng của thép chưa tôi, đồng, đồng thau,…còn các vật liệu thật cứng thì phải thử bằng mũi kim kim cương như ở thang chia C nhưng với lực ấn bằng 60KG, đọc trên thang chia kí hiệu bằng chữ A. Do đó, khi ghi độ cứng Rockwell ta phải rõ đơn vị của độ cứng: HRC, HRB, HRA
• Khi đo theo thang B (HRB) dùng mũi đo bằng viên bi thép tôi cứng và tải trọng tác dụng tổng cộng là 100kG. Do dùng viên bi nên thang B sử dụng để đo các vật liệu mềm, độ cứng trung bình trong khoảng HV60÷240 hay HRB25÷100 (thép, gang sau khi ủ và thường hóa, hợp kim nhôm, đồng, ..)
• Khi đo theo thang A và C (HRA, HRC) dùng mũi đo kim cương hình nón. Tải trọng tác dụng tổng cộng là 60kG với thang A, 150kG với thang C. Thang A dùng để đo các vật liệu rất cứng như hợp kim cứng, lớp thấm Cacbon-nitơ có độ cứng cao hơn HV700. Thang A có phạm vi đo từ HV360÷900 hay từ HRA70÷85. Thang C dùng để đo các vật liệu có độ cứng trung bình và cao (thép, gang sau khi tôi và ram) với độ cứng trong khoảng HV240÷700 hay HRC20÷670. 
• Để đo các lớp có chiều dày nhỏ hơn 0,3mm phải dùng các thang đo mềm. 
• Để thuận lợi cho việc lựa chọn phương pháp xác định độ cứng ta sơ bộ phân loại như sau :
           + Loại có độ cứng thấp : gồm các loại vật liệu có độ cứng nhỏ hơn HB220, HRC20, HRB100.
            + Loại có độ cứng trung bình : có giá trị độ cứng trong khoảng HB250÷450 và HRC25÷45.
            + Loại có độ cứng cao : Có giá trị độ cứng từ HRC52 đến cao hơn HRC60 một chút.
            + Loại có độ cứng rất cao : giá trị độ cứng lớn hơn HRC62 hay HRA80.
   
  Ví dụ: Như thép tôi được thử ở thang đo C với đầu thử kim cương và lực tác động tối đa 150kg sẽ nằm trong khoảng  RC 20 tới RC 70. Với các vật liệu mềm hơn được thử ở thang đo B bi thử đk 1/16 inch và lực thử tối đa 100 kg, kết quả đo trong phạm vi RB 0 tới RB100. Thang đo A (với đầu thử kim cương và lực thử tối đa 60kg) thường dùng dải phạm vi vật liệu đồng nhiệt luyện tới carbide. 
  Các thiết bị đo độ cứng Rockwell có công suất phát lực thử tới 103N (100kg) có khả năng tạo một điểm lõm trên các vật liệu thử. Các thiết bị đo hiện đại có thể sử dụng các công nghệ điện tử và tự động để tối ưu tính năng.  Người sử dụng cũng có thể sử dụng kính hiển vi để định vị đầu đo kim cương cực nhỏ để xung lực chỉ vài N để đo độ cứng của một hạt kim loại.  Đây còn được biết đến như các phép thử độ cứng tế vi (micro harness).

  

  Máy đo độ cúng ROCKWELL: ATK-600

  
  
   Nguồn: Tổng hợp;  www.calce.umd.edu; www.gordonengland.co.uk