Phương pháp đo độ cứng Rockwell: Nguyên Lý, Ứng Dụng và Hạn Chế

Nguyên Lý và Phương Pháp đo độ cứng Rockwell (HR)

Thử nghiệm Rockwell đo độ sâu vĩnh viễn của vết lõm dưới tải trọng kiểm soát, gồm 2 bước:

1. Tải trọng phụ (Preload): Lực sơ bộ 3–10 kgf tạo điểm tham chiếu "0" để loại bỏ ảnh hưởng của bề mặt không đồng đều.
2. Tải trọng chính (Major Load): Áp lực bổ sung (15–3,000 kgf tùy thang đo) được thêm vào và sau đó loại bỏ, giữ lại tải phụ. Giá trị độ cứng được tính từ chênh lệch độ sâu trước và sau khi áp tải chính.

Công thức tính:

Trong đó:

• N và h: Hằng số theo thang đo.
• d: Chênh lệch độ sâu (mm).

Thang Đo và Mũi Đột

Rockwell sử dụng hơn 30 thang đo, chia thành hai nhóm:

• Thang thường (HR):
  • HRC: Mũi đột kim cương, tải 150 kgf (thép tôi cứng, ví dụ: 60–65 HRC).
  • HRB: Bi carbide 1/16", tải 100 kgf (kim loại mềm như nhôm, đồng).
• Thang siêu nông (HRN/HRT):
  • HR15N: Dùng cho vật liệu mỏng hoặc lớp thấm cứng bề mặt.

Ở Việt Nam, chuẩn đo lường quốc gia về độ cứng được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt thể hiện đơn vị đo độ cứng theo HRC.

Đơn vị đo độ cứng HRC (Hardness Rockwell C) là đơn vị đo lượng độ cứng của vật liệu như thép SKD11, SKD61, SCM440, DC11. Trên máy đo độ cứng sử dụng đơn vị đo Rockwell thì có thang đo C (chữ đen) với mũi nhọn kim cương và lực ấn 150 kg. Thang C dùng để đo các vật liệu có độ cứng trung bình và cao.

Lưu ý: Chọn thang đo phù hợp với loại vật liệu, độ dày và dải độ cứng để tránh sai số.

Ứng Dụng

• Kiểm soát chất lượng: Xác nhận nhanh độ đồng nhất vật liệu trong sản xuất ô tô, hàng không, dụng cụ.
• Lựa chọn vật liệu: Đánh giá khả năng chịu tải trọng cao thông qua mối tương quan giữa độ cứng và độ bền kéo.
• Kiểm tra nhiệt luyện: Đảm bảo thép được tôi cứng đúng quy trình.

Ưu Điểm

• Tốc độ cao: Có kết quả trong vài giây, phù hợp sản xuất hàng loạt.
• Chuẩn bị mẫu đơn giản: Không cần đánh bóng bề mặt.
• Không phá hủy: Chỉ để lại vết lõm nhỏ.
• Đa dạng: Áp dụng cho kim loại, nhựa, vật liệu tổng hợp.

Hạn Chế

• Ảnh hưởng bề mặt: Dầu, bụi hoặc bề mặt cong làm sai lệch kết quả.
• Thang đo không tương đồng: Giá trị độ cứng không so sánh trực tiếp giữa các thang.
• Mài mòn mũi đột: Mũi kim cương giảm độ chính xác sau thời gian dài.
• Giới hạn độ dày: Mẫu cần dày gấp 10 lần độ sâu vết lõm.

Cải Tiến Gần Đây

• Tự động hóa: Máy đo tự động (ví dụ: Affri Dako Jominy) tích hợp màn hình cảm ứng và thay tải tự động.
• Thiết bị cầm tay: Kiểm tra tại chỗ cho các bộ phận lớn.
• Độ chính xác cao: Cảm biến tải kép và phần mềm nâng cao giảm sai số.

So Sánh với Phương Pháp Khác

Cách sử dụng Tốt Nhất

• Hiệu chuẩn định kỳ bằng khối chuẩn.
• Làm sạch và làm phẳng bề mặt mẫu.
• Tuân thủ thời gian giữ tải để tránh biến dạng.

Bảng chuyển đổi đơn vị đo độ cứng

Các dòng máy đo độ cứng Rockwell nổi bật

Dòng máy đo độ cứng AFFRI - Ý

Là dòng máy kiểm tra độ cứng tự động theo phương pháp Rockwell, Superficial Rockwell, tự động với khả năng kiểm tra mẫu lớn hoặc nhỏ.

Là dòng thiết bị kiểm tra độ cứng Rockwell bán tự động có thể áp dụng cho những chi tiết lớn và đo với độ chính xác cao.