Kiểm tra- Thử nghiệm

1. Phương pháp đo độ cứng Rockwell là gì?

Thử nghiệm độ cứng Rockwell là phương pháp thử dựa trên phép đo độ sâu của một vết lõm bị ép bởi một tải trọng chính (lớn) vượt quá độ sâu do tải trọng ban đầu (nhỏ) đã áp dụng trước đó. Quá trình thực hiện phép đo Rockwell được kiểm tra theo trình tự như hình mô tả sau:

Sơ đồ quy trình thử nghiệm Rockwell sử dụng mũi đo kim cương

• Đầu tiên áp dụng tải trọng nhỏ để ghi nhận vị trí 'Zero'.
• Sau đó áp dụng dần dần tải trọng cho đến khi đạt được tải trọng chính. Vị trí độ sâu thâm nhập tối đa sẽ được ghi lại.
• Loại bỏ tải cho đến khi đạt đến tải trọng nhỏ

Số đo Rockwell là kết quả đại diện cho sự khác biệt về độ sâu so với vị trí mốc Zero do việc áp dụng tải trọng lớn. Toàn bộ quy trình chỉ cần vài giây, vì vậy ưu điểm chính của thử nghiệm Rockwell là kết quả thu được nhanh chóng và trực tiếp mà không cần yêu cầu đo kích thước vết lõm.

2. Các loại thử nghiệm Rockwell (thang đo):

Có hai loại thử nghiệm Rockwell:

1. Rockwell: tải trọng ban đầu là 10 kgf, tải trọng chính là 60, 100 hoặc 150 kgf.
2. Rockwell bề mặt: tải trọng ban đầu là 3 kgf và tải trọng chính là 15, 30 hoặc 45 kgf.

Một số thang đo phổ biến trong thử nghiệm Rockwell và Rockwell bề mặt

Trong cả hai loại thử nghiệm, vết lõm có thể là hình nón (mũi đo kim cương) hoặc hình tròn (quả bóng cacbua vonfram), tùy thuộc vào đặc tính của vật liệu được thử nghiệm. Giá trị độ cứng Rockwell được biểu thị bằng sự kết hợp của một số độ cứng và một ký hiệu thang đo thể hiện phần lõm và tải trọng nhỏ và chính. Số độ cứng được thể hiện bằng ký hiệu HR và ký hiệu thang đo. 

Loại đầu đo phổ biến nhất là hình nón kim cương có góc 120 độ để kiểm tra thép cứng, thép cacbon. Các vật liệu mềm hơn thường được thử nghiệm bằng cách sử dụng các quả bóng cacbua vonfram có đường kính từ 1/16 đến 1/2 inch. Sự kết hợp giữa đầu đo và lực kiểm tra tạo nên thang đo Rockwell. Những sự kết hợp này tạo thành 30 thang đo khác nhau và được biểu thị bằng số độ cứng thực tế, theo sau là các chữ cái HR và sau đó là thang đo tương ứng. 

Số độ cứng được ghi lại là 63HRC biểu thị độ cứng 63 trên thang Rockwell C. Giá trị cao hơn cho thấy vật liệu cứng hơn như thép cứng hoặc cacbua vonfram. Chúng có thể có giá trị HRC vượt quá 70HRC. Lực thử Rockwell có thể được áp dụng bằng cảm biến lực vòng lặp kín (close loop, tối ưu) hoặc hệ thống trọng lượng tĩnh (dead weight, truyền thống).

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác và độ lặp lại cho thử nghiệm Rockwell
Một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến độ chính xác và độ tin cậy trong thử nghiệm Rockwell là bản thân máy thử nghiệm. Sự thay đổi trong kết quả thử nghiệm là tổng của sự thay đổi từ thiết bị và sự thay đổi từ người vận hành và điều kiện môi trường. Kiểm tra độ chính xác và độ lặp lại của máy đo có thể cho thấy mức độ mà sự thay đổi của máy chiếm dung sai trong quy trình có sẵn. Khả năng thay đổi cao dẫn đến chỉ số cao. Thử nghiệm trên các thiết bị khác nhau được sử dụng cho cùng một quy trình cho phép người dùng so sánh trực tiếp sự biến thiên tích hợp của các giá trị máy (giá trị càng thấp, hiệu suất của thiết bị càng tốt), xem hình trên. Thực nghiệm đã chỉ ra rằng hệ thống tải vòng kín (close loop) cho phép đo chính xác và độ lặp lại cực tốt.

Kiểm tra Rockwell thường được coi là một trong những phương pháp kiểm tra đơn giản hơn và thực sự về nguyên tắc, nó có thể rất nhanh và chính xác. Tuy nhiên, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng tình trạng của máy, mẫu vật và thiết lập đúng để đảm bảo kết quả đồng nhất và chính xác. Trên thực tế, có nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng xấu đến kết quả Rockwell. Đối với hầu hết các phần, chúng có thể tránh được bằng cách đảm bảo rằng thực hiện đúng quy trình và bằng cách hiệu chuẩn và bảo trì thường xuyên.

Một trong những nguyên nhân phổ biến hơn của lỗi chỉ đơn giản là hư hỏng mũi đo. Các mũi đo bằng kim cương rất cứng, nhưng cũng tương đối giòn, và do đó, chúng có thể bị hỏng khi va chạm mạnh. Những hư hỏng như vậy (hoặc mài mòn quá mức của đầu mút) sẽ làm thay đổi khả năng chống xuyên thủng, và thường dẫn đến kết quả đo độ cứng cao hơn thực tế. Tương tự như vậy, một mũi đầu bi bị biến dạng có thể tạo ra các kết quả đọc cao hơn.

Một nguyên nhân phổ biến khác của lỗi là sự lệch hướng. Điều này có thể đến từ nhiều nguồn, tất cả đều gây ra kết quả đo độ cứng Rockwell thấp. Nếu đe bị hư hỏng, hoặc vật liệu đe có một vết lõm vào trong, thì bất kỳ vật liệu nào nâng lên trên bề mặt sẽ hấp thụ một số độ lệch khi chịu tải. Tương tự, nếu có bụi bẩn hoặc dầu mỡ ở khu vực tiếp xúc giữa đe và vít nâng hoặc bản thân cơ cấu vít nâng, điều này sẽ gây ra độ lệch dư thừa và thay đổi số đọc độ cứng.

Bản thân mẫu vật rõ ràng có tầm quan trọng trong việc thu được kết quả tốt. Mặc dù thử nghiệm Rockwell không nhạy cảm với việc chuẩn bị bề mặt so với các phương pháp thử nghiệm quang học, nhưng điều kiện bề mặt càng tốt thì kết quả càng chính xác và lặp lại. Mặt dưới của mẫu thử cũng phải tiếp xúc với đe một cách an toàn và không bị các mảnh vụn hoặc vật liệu rời khác cản trở. Các mẫu thử phải luôn được làm sạch trước khi thử nghiệm. Mẫu thử cũng phải được giữ cố định trong suốt quá trình thử nghiệm, vì bất kỳ chuyển động nào của mẫu đều có thể ảnh hưởng đáng kể đến kết quả. Một chuyển động 2µm tương đương với 1 điểm Rockwell. Rung động quá mức từ môi trường địa phương hoặc bàn không phù hợp có thể gây ra các vấn đề tương tự.

Ở trên cần thấy rõ rằng nếu người vận hành được đào tạo đầy đủ về các kỹ thuật lắp đặt và thử nghiệm phù hợp, môi trường thích hợp để thử nghiệm, và các chế độ vệ sinh và bảo dưỡng thích hợp được thực hiện thì có thể tránh được hầu hết các vấn đề được mô tả ở trên.

4. Bảng lựa chọn thang đo phù hợp với từng ứng dụng kiểm tra vật liệu thực tế: