Máy kiểm tra độ cứng: Hiểu rõ về các lựa chọn để đạt được kết quả tốt nhất
Máy kiểm tra độ cứng là gì? Máy kiểm tra độ cứng là một thiết bị được sử dụng để đo độ cứng của một vật liệu. Độ cứng của vật liệu thường liên quan đến khả năng của nó chống lại sự làm biến dạng, va đập, hoặc cắt. Các máy kiểm tra độ cứng thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như sản xuất kim loại, chế tạo, xây dựng, và nhiều lĩnh vực khác.
Điều quan trọng là nắm vững kiến thức về đa dạng các loại và hệ thống kiểm tra độ cứng khác nhau, bởi vì sự hiểu biết sâu sắc về chúng có thể chính là chìa khóa để xác định giải pháp tối ưu cho các thách thức cụ thể. Trong quá trình phát triển, chức năng kiểm tra độ cứng đã trải qua sự tiến bộ đáng kể, mở ra khả năng sử dụng các thiết bị đẳng cấp thế giới, được tinh chỉnh một cách đặc biệt để đáp ứng đầy đủ các yêu cầu và ứng dụng hiện có của người dùng. Điều này không chỉ mang lại lợi ích về độ chính xác và độ tin cậy mà còn mở rộng phạm vi của các ứng dụng có thể thực hiện, tạo ra một cơ sở vững chắc để nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Kiểm tra độ cứng được xác định
Phép thử độ cứng là một khía cạnh quan trọng trong nghiên cứu vật liệu, đặc biệt là khi muốn đánh giá khả năng chịu tải và ứng dụng thực tế của chúng. Trong lĩnh vực này, phép thử độ cứng bằng vết lõm là một trong những phương pháp chủ yếu được sử dụng, và trong số này, phép thử độ cứng Rockwell, phép thử độ cứng Brinell, và phép thử độ cứng Vickers nổi bật nhất.
Phép thử độ cứng Rockwell hiện đại, mặc dù có tính phổ biến cao, nhưng cũng đi kèm với các phương pháp khác như Brinell và Vickers. Các phép thử này chủ yếu tập trung vào việc đo lường sự biến dạng của vật liệu khi nó bị xuyên thủng bởi mũi ấn. Trong trường hợp của phép thử Rockwell, hai mức lực được áp dụng lên đầu đo ở tốc độ và thời gian cố định để xác định độ cứng của vật liệu. Phương pháp này khác biệt với Brinell và Vickers, nơi kích thước của vết lõm được đo sau khi đầu dòng thụt vào vật liệu. Độ cứng Rockwell được xác định dựa trên sự chênh lệch về độ sâu của vết lõm tại hai thời điểm cụ thể trong quá trình thử nghiệm.
Quy trình kiểm tra Rockwell, bất kể sử dụng thang đo Rockwell nào hay dụng cụ đo đầu dò cụ thể, đều bao gồm các bước chung. Đầu đo tiếp xúc với vật liệu, và một lực sơ bộ, hay tải trọng nhỏ, được áp dụng lên đầu đo. Lực sơ bộ này thường được giữ ổn định trong một khoảng thời gian nhất định, được gọi là thời gian dừng, trước khi đo độ sâu của vết lõm. Sau bước đo đầu tiên, một lực bổ sung được áp dụng để tăng tổng lực tác động lên vật liệu (gọi là tải trọng chính). Tổng lực được giữ không đổi trong một khoảng thời gian nhất định, sau đó lực bổ sung được loại bỏ, trở về mức lực ban đầu. Sau khi giữ lực ban đầu không đổi trong một khoảng thời gian cố định, độ sâu của vết lõm được đo lần thứ hai, sau đó là loại bỏ vết lõm khỏi vật liệu thử. Sự chênh lệch đo được giữa phép đo độ sâu vết lõm thứ nhất và thứ hai, được ký hiệu là “h” được sử dụng để tính toán giá trị độ cứng Rockwell.
Trong khi hệ thống độ cứng Rockwell cũ hơn có thể đòi hỏi sự can thiệp thủ công trong quá trình kiểm tra, nhiều máy hiện đại đã tự động hóa toàn bộ quy trình kiểm tra. Điều này giúp tối ưu hóa độ chính xác và đồng đều của kết quả, đồng thời giảm bớt sự phụ thuộc vào người vận hành. Ngoài ra, khi không thể tạo ra vết lõm hoặc dấu vết nào trên vật liệu, công nghệ siêu âm không phá hủy có thể được áp dụng để đánh giá độ cứng mà không làm thay đổi tính chất của vật liệu.
Độ cứng Rockwell
Rockwell độ cứng là một quá trình quan trọng khi đánh giá độ bền và chất lượng của các vật liệu đa dạng như thép cacbon, thép hợp kim, gang, kim loại màu và nhựa kỹ thuật. Máy đo độ cứng Rockwell kỹ thuật số, được thiết kế để đo trực tiếp trên các thang đo độ cứng Rockwell thông thường, đang trở thành công cụ không thể thiếu trong nghiên cứu vật liệu và sản xuất công nghiệp.
Các máy đo độ cứng Rockwell hiện đại không chỉ đơn giản là thiết bị đo lường, mà còn cung cấp nhiều tính năng tiện ích để đảm bảo độ chính xác và khả năng linh hoạt trong quá trình kiểm tra. Trong số những tính năng quan trọng là khả năng chuyển đổi giá trị độ cứng Rockwell thành các thang đo khác như HB (Brinell), HV (Vickers), HK và nhiều thang đo khác. Điều này mở ra khả năng so sánh và đối chiếu dữ liệu kiểm tra với nhiều tiêu chuẩn đo lường khác nhau.
Để đáp ứng đa dạng nhu cầu của người sử dụng, các máy kiểm tra độ cứng được thiết kế với khả năng thu được kết quả chính xác, có phạm vi đo rộng và khả năng linh hoạt trong việc lựa chọn thang đo và lực kiểm tra. Một số tính năng quan trọng khác bao gồm quy trình tải/dỡ tải hoàn toàn tự động, màn hình cảm ứng thân thiện với người dùng để tăng tốc độ hoạt động và khả năng sử dụng đầu ra USB sang ổ đĩa flash, giúp dễ dàng di chuyển và lưu trữ dữ liệu kiểm tra. Tính năng tự động của máy đo độ cứng Rockwell, bao gồm quy trình tải/dỡ tải, đảm bảo rằng quá trình kiểm tra diễn ra với độ nhạy và độ chính xác cao. Nó cung cấp sự thuận lợi không chỉ trong việc thực hiện kiểm tra mà còn trong việc đảm bảo tính nhất quán và độ lặp lại trong kết quả đo.
Các hệ thống máy đo độ cứng Rockwell thường tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế về độ cứng Rockwell, như ASTM E-18. Điều này đồng nghĩa với việc máy đo độ cứng có khả năng cung cấp kết quả có độ lặp lại tốt trên tất cả các thang đo độ cứng Rockwell bề ngoài. Điều này làm cho chúng trở thành công cụ lý tưởng cho nhiều môi trường kiểm tra như phòng thí nghiệm kiểm tra, cơ sở xử lý nhiệt, phòng dụng cụ, nhà xưởng và phòng thí nghiệm.
Đặc biệt, các hệ thống máy đo độ cứng Rockwell được thiết kế để kiểm tra độ cứng trên bề mặt của các phôi mỏng và mềm. Điều này giúp chúng trở thành công cụ linh hoạt cho nhiều ứng dụng khác nhau, từ nghiên cứu vật liệu đến sản xuất công nghiệp. Một tính năng độc đáo của một số hệ thống là khả năng kiểm tra cả bên trong và bên ngoài của các vật liệu có đường kính lỗ như mũi cá heo. Những hệ thống này thường có kích thước lớn hơn, mang lại độ chính xác và độ sâu thử nghiệm lớn hơn.
Sự linh hoạt của máy đo độ cứng Rockwell còn được tăng cường thông qua việc sử dụng hệ thống mũi cá heo và cơ chế tải trước tự động. Các mẫu mũi cá heo thường đi kèm với tay cầm thủ công để kích hoạt hệ thống tải trước, hoặc có thể sử dụng hệ thống tải trước trục Z tự động tiên tiến. Việc này đặc biệt quan trọng để đảm bảo rằng trọng lượng rơi chính xác và đồng đều trong quá trình kiểm tra.
Đối với người vận hành, sự thuận tiện của việc sử dụng máy đo độ cứng Rockwell được đặc biệt chú ý, với việc có thể di chuyển dữ liệu dễ dàng qua cổng USB và giao diện màn hình cảm ứng. Sự tự động hóa toàn bộ quá trình kiểm tra cũng giảm thiểu sự phụ thuộc vào người vận hành và đồng thời nâng cao hiệu suất làm việc.
Độ cứng Brinell
Phương pháp kiểm tra độ cứng Brinell thường được áp dụng để đánh giá độ cứng của các vật liệu có tính chất mềm hơn, đặc biệt là đối với kim loại như vật đúc. Các máy kiểm tra độ cứng Brinell hiện đại, đặt trên bàn làm việc, đã trở thành những công cụ không thể thiếu trong nghiên cứu và sản xuất công nghiệp. Chúng có khả năng xử lý các ứng dụng phổ biến nhất về độ cứng Brinell và tích hợp công nghệ vòng kín tiên tiến nhất.
Trong quá trình kiểm tra, tải thử nghiệm được áp dụng thông qua hệ thống điều khiển vòng kín, sử dụng cảm biến tải trọng để tạo ra một lực thử nghiệm lên đến 3.000kg. Sự kết hợp giữa động cơ DC và bộ điều khiển và đo lường điện tử đảm bảo kết quả đo độ cứng Brinell có độ chính xác cao, thậm chí đến 0,5%. Các hệ thống này loại bỏ hệ thống vượt tải hoặc thiếu tải thông thường, thường được biết đến là trọng lượng chết truyền thống hoặc hệ thống vòng hở. Điều này không chỉ giúp loại bỏ vấn đề ma sát mà còn làm cho máy ít nhạy cảm hơn với những ảnh hưởng của rung động.
Đặc biệt, sự áp dụng của hệ thống không sử dụng trọng lượng cơ học giúp giảm độ nhạy cảm của thiết bị đối với sai lệch do rung động. Các máy kiểm tra độ cứng Brinell này được thiết kế để phục vụ cho nhiều môi trường kiểm tra khác nhau như phòng thí nghiệm, nhà xưởng, phòng dụng cụ và phòng thí nghiệm kiểm tra.
Một cải tiến đáng chú ý là sử dụng hệ thống quang học kỹ thuật số, được điều khiển bằng phần mềm, thay vì kính hiển vi thủ công truyền thống. Điều này mang lại nhiều lợi ích hơn, với khả năng kết nối với PC, máy tính xách tay hoặc máy tính bảng. Người vận hành có thể thực hiện các phép đo tự động và nhận kết quả ngay lập tức chỉ bằng một cú nhấn nút. Tất cả dữ liệu đồ họa cũng có thể được lưu trữ cùng với kết quả kiểm tra, thuận lợi cho việc theo dõi và phân tích thông tin trong định dạng Word hoặc Excel.
Độ cứng Vickers/Knoop
Phương pháp kiểm tra độ cứng Vickers/Knoop thường được thực hiện thông qua việc sử dụng máy kiểm tra độ cứng Micro Vickers/Knoop để bàn. Đây là sự lựa chọn hiệu quả về chi phí, đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu kiểm tra độ cứng Vickers nhưng không thực hiện nhiều kiểm tra khối lượng mỗi ngày. Thường được ưu tiên sử dụng trên các phôi mỏng hoặc nhỏ, máy này thường được áp dụng để đánh giá độ cứng của các lớp mỏng, lớp mạ, và các lớp phủ trên bề mặt các bộ phận nhỏ trong môi trường phòng thí nghiệm. Việc chuẩn bị cẩn thận là quan trọng, đặc biệt là việc đánh bóng mẫu, để đảm bảo tính chính xác của kết quả thử nghiệm.
Máy kiểm tra độ cứng Vickers/Knoop thường đi kèm với ba loại điều khiển tháp pháo. Loại đầu tiên là tháp pháo thủ công cơ bản, yêu cầu sự can thiệp thủ công để chuyển đổi giữa chế độ quang học và chế độ thụt đầu dòng, sau đó chuyển trở lại chế độ quang học để đo. Loại thứ hai tích hợp một tháp pháo tự động, giúp người vận hành dễ dàng thay đổi vị trí tháp pháo thông qua một nút trên bàn phím máy kiểm tra. Máy kiểm tra độ cứng Vickers/Knoop phổ biến nhất thường có tùy chọn điều khiển tháp pháo bằng phần mềm, cho phép kiểm soát toàn bộ quá trình kiểm tra thông qua một cú nhấp chuột, kết hợp với tính năng phát hiện cạnh tự động được điều chỉnh. Phần mềm đo lường và video chính xác giúp người vận hành nhấp chọn các cạnh thụt trên màn hình và lấy số đọc độ cứng một cách hiệu quả.
Thiết kế của máy kiểm tra độ cứng Vickers vĩ mô được tối ưu hóa để đo độ cứng của các bộ phận có độ chính xác nhỏ, vật liệu mỏng, lớp vỏ cứng, và mọi loại thành phần thép. Sử dụng tải trọng lớn hơn lên đến 50kg, loại thử nghiệm này giúp thu hẹp khoảng cách giữa máy kiểm tra độ cứng Vickers và máy kiểm tra độ cứng Rockwell bề mặt. Các hệ thống này thường được trang bị tháp pháo thủ công để đảm bảo hiệu suất kiểm tra ổn định và chính xác.
Máy đo độ cứng Shore
Máy đo độ cứng Shore di động được thiết kế đặc biệt để thử nghiệm độ cứng của các vật liệu như cao su, nhựa mềm và da. Ngoài ra, máy này cũng có sẵn các phiên bản được tối ưu hóa để kiểm tra các loại nhựa cứng như bóng bowling và mũ cứng. Được trang bị công nghệ điện tử, máy đo này có khả năng đo giá trị Shore A và Shore D, hai thang đo phổ biến trong việc đánh giá độ cứng của vật liệu.
Thiết kế của máy đo độ cứng Shore làm cho nó dễ sử dụng và chắc chắn trong tay người dùng, đồng thời cung cấp độ chính xác cần thiết cho các ứng dụng đo lường độ cứng đa dạng. Với khả năng di động, máy đo Shore trở thành một công cụ linh hoạt, giúp người sử dụng kiểm tra và đánh giá độ cứng của các vật liệu một cách nhanh chóng và thuận tiện trong mọi tình huống.
Máy đo độ cứng cầm tay
Để kiểm tra độ cứng di động, có hai phương pháp kỹ thuật số phổ biến, trong đó phương pháp đầu tiên được gọi là “tác động động”. Phương pháp này dựa trên nguyên lý độ cứng Leeb, được phát triển bởi Dietmar Leeb vào những năm 1970. Trong quá trình này, một vật va được chịu tải bằng lò xo được đẩy lên bề mặt thử nghiệm, gây ảnh hưởng đến lực bật lại. Tốc độ đẩy và giá trị bật lại ban đầu được đo ở chế độ không tiếp xúc, sau đó chuyển đổi tự động thành các giá trị độ cứng Rockwell C, B, Brinell, Vickers và Shore. Ưu điểm của phương pháp này là khả năng di động, cho phép kiểm tra trên các bộ phận lớn và/hoặc cồng kềnh một cách thuận tiện. Phương pháp này nhanh chóng, chính xác và hiệu quả.
Tuy nhiên, khi cần tránh vết hoặc vết lõm trên phôi, kiểm tra siêu âm là một lựa chọn xuất sắc. Máy kiểm tra độ cứng cầm tay không phá hủy sử dụng siêu âm với công nghệ trở kháng tiếp xúc siêu âm (UCI). Điều này cho phép máy kiểm tra các bề mặt đặc biệt trên phôi nhỏ và mỏng mà không gây tổn thương bề mặt. Các thiết bị này có thể kiểm tra kim loại mỏng tới 2 mm trên mọi thang đo cứng hoặc mềm. Công nghệ UCI có sẵn cả trên hệ thống thủ công và cơ giới. Hệ thống đầu dò có động cơ được sử dụng để kiểm tra lớp phủ và lớp mạ rất mỏng hoặc các bề mặt có độ bóng rất cao.
Phương pháp UCI hoạt động dựa trên một viên kim cương ở đầu thanh rung được đặt lên bề mặt thử nghiệm với một tải trọng cố định. Sự khác biệt về tần số rung siêu âm sau đó được chuyển đổi thành giá trị độ cứng. Mặc dù quy trình kiểm tra UCI chậm hơn so với phương pháp tác động động, nhưng nó mang lại lợi ích của việc không phá hủy, đặc biệt là khi kiểm tra các bộ phận gia công mỏng và nhỏ.
Trước đây, việc tạo ra vết lõm hoặc hủy diệt trên các mẫu đã làm cho chúng không thể sử dụng nữa. Sử dụng kiểm tra siêu âm đã loại bỏ vấn đề này. Các hệ thống này có kiến trúc mở và có thể được hiệu chuẩn để đọc bất kỳ kim loại nào, ở bất kỳ thang đo cứng nào, với các mẫu tham chiếu để thực hiện hiệu chuẩn ban đầu. Kiểm tra siêu âm di động lý tưởng cho nhiều ứng dụng, như vòng bi, piston và van, cùng nhiều ứng dụng khác. Các ngành công nghiệp chính sử dụng loại kiểm tra này bao gồm hàng không vũ trụ, ô tô và sản xuất bộ phận y tế, cũng như sản xuất lưỡi dao, chỉ là một số ví dụ.
