Thí nghiệm kiểm tra độ cứng Vickers cho kim loại và hợp kim

Giới thiệu

Một trong số những phương pháp đo độ cứng phổ biến là thí nghiệm đo độ cứng Vickers ở đây là thí nghiệm đo độ cứng tế vi. Trong thí nghiệm đo độ cứng này, một tải trọng được ép lên bề mặt cần đo, kết quả tạo ra một vết đâm. Độ dài của đường chéo cho phép tính toán  độ cứng HV theo công thức. Độ cứng như Rockwell và độ cứng Brinell được sử dụng nhiều trong công nghiệp. Trong khi đó độ cứng HV được sử dụng với lớp phủ và sử dụng trong phòng thí nghiệm. Độ cứng HV đôi khi còn được hiểu là độ cứng tế vi, vết đâm không nhìn thấy được phải thông qua kính hiển vi quang học để xác định.

Đặc tính cơ bản của thí nghiệm xác định độ cứng Vickers có ảnh hưởng hiệu quả tới nghiên cứu và mục đích phát triển là:

• Có thể sử dụng đối với vật liệu mềm và vật liệu cứng, mẫu nhỏ và mỏng
• Vết đâm không bị biến dạng trong quá trình hoạt động
• Chỉ một thang đo được sử dụng là tuyến tính và nhất quán
• Có thể sử dụng để đo độ cứng pha.
• Đo độ cứng lớp thấm, lớp phủ

Cấu tạo máy đo độ cứng HV:

Cấu tạo chính của máy đo độ cứng tế vi gồm:

• Mắt kính dùng để nhìn
• Nguồn ánh sáng, điều khiển cường độ ánh sáng
• Bàn đặt mẫu
• Bàn xoay kính
• Mũi đâm kim cương
• Màn hình hiện thị độ cứng

TIÊU CHUẨN ĐO ĐỘ CỨNG VICKERS

Dưới đây là những tiêu chuẩn đo độ cứng Vickers, trong đó miêu tả cách xây dựng tiêu chuẩn và những điểm riêng biệt của độ cứng:

• ASTM E 384 (Cho độ cứng tế vi)
• ASTM E 92 (Cho độ cứng thô đại)
• ISO 6507

Phương pháp xác định độ cứng tế vi HV

Nguyên lý

Độ cứng tế vi được thực hiện với sự hỗ trợ của kính hiển vi quang học (X200, X400 hoặc X500 lần). Đầu đam xuống với tải trọng và thời gian tiêu chuẩn. Sau đó xác định kích thước đường chéo vết đâm cho phép xác định độ cứng tế vi. Chiều dài đường kính vết đâm được xác định thông qua sự hỗ trợ của kính hiển vi quang học. Hiện nay các máy đo độ cứng đều cho phép xác định độ cứng trực tiếp bằng phần mền tính toán. Với máy cũ hơn, có thể sử dụng công thức để tính toán.

Làm việc

Trong thí nghiệm đô độ cứng HV, bề mặt mẫu được đâm bởi mũi đo kim cương. Mũi đâm có hình tháp bao gồm góc tạo giữa hai mặt đối diện nhau một góc 136 độ và tải 120 kg được sử dụng.

Thời gian đặt tải thông thường từ 10-15 giây. Vết đâm có hình thoi. Sau khi loại bỏ tải, các đường chéo đối diện của đáy hình vuông được đo và đường kính trung bình được coi là thông số cuối cùng để tìm diện tích hình vuông. Số chỉ độ cững đạt được bằng phép chia tải đặt vào chia cho diện tích của vết đâm.

Công thức tính toán độ cứng HV:

HV = 2Psin (136/2)/ d2 = 1,854P/d2

Trong đó:

P = Tải trọng/ Kg.

d = Độ dài các đường chéo trung bình.

Dạng độ cứng Vicker

Độ cứng HV được xác định theo tải đặt vào;

1.         Độ cứng HV thô đại

2.         Độ cứng HV tế vi

Chỉ có một thang đo độ cứng là lợi thế của phương pháp đo HV so với Rockwell và Brillme. Độ cứng đơn giản là hàm của tải và chiều dài của đường chéo vết đâm. Máy đo độ cứng bao gồm chương trình với công thức xác định độ cứng. Do đó, máy sẽ cho kết quả đo độ cứng cuối cùng.

Cách đọc độ cứng HV

Hình vẽ dưới đây mô tả quy ước và cánh đọc độ cứng tế vi:

Giá trị đo HV tải trọng/ thời gian đo

• Độ cứng HV có thể biểu diễn theo HVN, DPH và VPN.
• Ví dụ độ cứng 330HV, thì chỉ cho biết đây là độ cứng 330 Vicker
• Cách khác biểu diễn độ cứng là 440HV30. Cách này cho biết độ cứng là là 440 Vicker và tải 30 kg đã được áp dụng.
• Biểu diễn độ cứng tế vi còn có thể theo cách  440HV30/20 cho biết độ cứng là  440 Vickers tải 30kgf được giữ trong thời gian 20 giây.

Tại sao sử dụng độ cứng Vickers:

Độ cứng Vicker liên quan tới những ưu điểm của phép đo độ cứng sau đây:

• Chỉ có một thang đo độ cứng, không phức tạp
• Số đọc nhất quán/tuyến tính
• Vết đâm rất nhỏ, không thể quan sát bằng mắt thường
• Thí nghiệm có thể thực hiện với vật liệu từ mềm đến rất là cứng. Phương pháp này cũng thực hiện được trên vật liệu gốm
• Đây là phương pháp được ưu chuộng vì chỉ sử dụng duy nhất một mũi kim cương, có độ cứng rất cao do đó có thể đo độ cứng trong một khoảng rộng.
• Diện tích đo đạc có hình vuông do đó dễ để so sánh hơn hình tròn. Ít có lỗi hơn
• Thí nghiệm dễ dàng thực hiện không phụ thuộc vào kích thước đầu đo
• Cực kì chính xác trong khi đọc và đo.
• Extremely accurate readings and measurements.

Giới hạn sử dụng của phương pháp đo Vickers (HV)

• Để đo độ cứng tế vi HV cần chuẩn bị bề mặt rất cẩn thận, bởi vì bề mặt cực kỳ mịn được yêu cầu khi thực hiện thí nghiệm đo.
• Thí nghiệm bao gồm sử dụng kính hiển vi quang học. Do đó cần cẩn thận khi thực hiện thao tác bằng tay
• Khi nâng hạ mẫu, cần quan sát tránh va đầu kim cương gây hỏng
• Quá trình đo độ cứng Vicker (HV) khá tốn thời gian so với các phương pháp đo Rocwell và Bilmel

Để tìm hiểu ảnh hưởng quá trình tôi và ram đến đến độ cứng tham khảo các bài viết trước của chúng tôi !