Làm thế nào để kiểm tra độ cứng của vật liệu xây dựng

Độ cứng của vật liệu được định nghĩa là khả năng chống lại vết lõm hoặc biến dạng dẻo của vật liệu đó. Do đó, độ cứng là thước đo khả năng chống mài mòn, cắt và trầy xước của vật liệu.

Kiểm tra độ cứng thường được sử dụng để xác định biến dạng vĩnh viễn gây ra trong vật liệu do tải trọng tập trung. Độ cứng của vật liệu càng cao thì khả năng giữ được hình dạng của nó dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài càng cao.

Bằng cách hiểu mức độ cứng của vật liệu, có thể biết được vật liệu có thể được gia công dễ dàng như thế nào hoặc hành vi của nó trong quá trình ứng dụng.

Bài viết này giải thích năm thử nghiệm chính được sử dụng để xác định độ cứng của vật liệu.

5 thử nghiệm để đo độ cứng của vật liệu xây dựng
Vật liệu có thể được kiểm tra độ cứng bằng các phương pháp khác nhau, trong đó mỗi kỹ thuật thể hiện cách xác định độ cứng trên thang đo của nó.

Năm thử nghiệm chính được sử dụng để đo độ cứng của vật liệu là:

- Kiểm tra độ cứng Brinell
- Kiểm tra độ cứng Rockwell
- Kiểm tra độ cứng Vickers
- Kiểm tra độ cứng Knoop
- Kiểm tra độ cứng Mohs

1. Kiểm tra độ cứng Brinell
Kiểm tra độ cứng Brinell đo độ cứng của vật liệu theo vết lõm do lực tập trung tác dụng liên tục. Lực được tác dụng bằng cách sử dụng đầu đo trên mẫu. Dụng cụ đo được sử dụng là một hộp hình cầu được làm bằng thép hoặc cacbua. Thử nghiệm cuối cùng đo đường kính của vết lõm.

Đầu dò bi thép ban đầu được đặt tiếp xúc với vật liệu trước khi tác dụng lực không đổi. Lực tác dụng duy trì trên vật liệu trong thời gian từ 10 đến 15 giây. Thời gian này được gọi là thời gian dừng. Khi thời gian dừng kết thúc, đầu đo được loại bỏ, để lại vết lõm hình cầu trên vật liệu.

Công thức xác định độ cứng Brinell (HB):

HB = Lực tác dụng tính bằng (kgF) / Diện tích bề mặt vết lõm (mm² )

Trong số tất cả năm phương pháp kiểm tra độ cứng được đề cập trong bài viết này, kiểm tra độ cứng Brinell làm cho vết lõm có giá trị chiều rộng và chiều sâu cao hơn. Do đó, thử nghiệm này có thể được tiến hành trên mẫu vật liệu có diện tích bề mặt lớn hơn. Thực hiện thử nghiệm trên một diện tích bề mặt lớn giúp xem xét các bất thường trên bề mặt và hạt của kim loại.

So với bốn phương pháp còn lại, thử nghiệm độ cứng Brinell diễn ra chậm và để lại dấu ấn lâu dài trên mẫu thử.

2. Kiểm tra độ cứng Rockwell
Kiểm tra độ cứng Rockwell đo độ cứng của vật liệu về độ sâu vết lõm vĩnh viễn gây ra do ứng dụng tải tập trung. Tải trọng được tác dụng bằng cách sử dụng một dụng cụ đo bi làm từ một viên bi kim cương hoặc thép. Ban đầu, một áp lực sơ bộ được áp dụng cho đầu đo. Độ sâu vết lõm do tải trước này gây ra sẽ được ghi lại và lấy làm điểm tham chiếu.

Sau khi tải trước được áp dụng, tải chính sẽ được thêm vào đầu đo trong một khoảng thời gian dừng cụ thể. Tải trọng này tiếp tục thụt vào vật liệu. Sự khác biệt giữa vị trí tham chiếu và chiều sâu vết lõm gây ra do tải trọng lớn được coi là chiều sâu vết lõm cố định.

Thử nghiệm ít phá hủy hơn và rẻ hơn thử nghiệm Brinell. Vì độ cứng được đo ở các độ sâu khác nhau nên có thể tránh được sai số do bề mặt không hoàn hảo. Không cần thiết bị bổ sung để đọc giá trị độ cứng.

3. Kiểm tra độ cứng Vickers
Kiểm tra độ cứng Vickers đo độ cứng của vật liệu theo diện tích bề mặt của vết lõm hình thành trên vật liệu bằng tải thử. Mũi nhọn được sử dụng là một kim tự tháp vuông bốn cạnh.

Ban đầu, mẫu được nâng lên bằng cách điều chỉnh thiết bị cho đến khi nó tiếp xúc với mẫu. Dụng cụ đo từ từ tác dụng lực thử lên mẫu cho đến khi đạt giá trị tải quy định. Lực được duy trì trong một thời gian dừng cụ thể. Cuối cùng, diện tích của vết lõm hình thoi hoặc hình vuông được tính toán.

Khi đó độ cứng Vickers (HV) được tính theo công thức:

HV = Lực tác dụng tính bằng kilogam lực (kgF) / Diện tích bề mặt của vết lõm

Vì thử nghiệm độ cứng Vickers sử dụng một hình chóp vuông làm mũi đo nên lực tạo ra cho vết lõm ít hơn với mức độ chính xác cao hơn so với thử nghiệm Brinell và Rockwell.

Chi phí của việc kiểm tra độ cứng Vickers cao vì nó đòi hỏi thiết bị đo lường và quang học cũng như sự chuẩn bị cho cuộc kiểm tra. Việc kiểm tra cũng rất tốn thời gian.

4. Kiểm tra độ cứng Knoop
Kiểm tra độ cứng Knoop hoạt động theo cách tương tự như kiểm tra độ cứng Vickers. Nó sử dụng một mũi nhọn hình kim cương hoặc hình kim tự tháp để tạo vết lõm. Đầu vào được giữ trong một thời gian dừng cụ thể. Dụng cụ đo Knoop là một viên kim cương thon dài được sử dụng để kiểm tra độ cứng của vật liệu mỏng và giòn mà không hình thành vết nứt.

Đầu đo Knoop có đường chéo dài hơn đường chéo Vickers ba lần. Chiều dài này giúp xuyên qua khoảng một nửa độ sâu của thử nghiệm Vickers. Do đó, nó phù hợp để kiểm tra các vật liệu giòn như gốm sứ.

Vết lõm được tạo ra bởi phép kiểm tra độ cứng Knoop là hình thoi. Một trong các đường chéo của vết lõm này lớn hơn bảy lần so với các đường chéo khác.

Công thức này có thể được sử dụng để tính độ cứng Knoop HK:

HK = Lực thử ứng dụng tính bằng kgF / Diện tích bề mặt của vết lõm tính bằng mm²

5. Kiểm tra độ cứng Mohs
Kiểm tra độ cứng Mohs đo độ cứng của vật liệu bằng cách xác định khả năng chống trầy xước của vật liệu. Ở đây, một vật liệu có độ cứng đã biết bị trầy xước trên bề mặt mẫu vật và quan sát thấy mức độ vết xước trên mẫu vật.

Ở đây, không giống như các phương pháp khác, không sử dụng đầu dò. Các vật liệu được xếp hạng dựa trên thang đo độ cứng gọi là thang Mohs. Thang Mohs bao gồm 10 khoáng chất. Thử nghiệm này chỉ đo độ cứng tương đối của khoáng chất và không được sử dụng để kiểm tra độ cứng của kim loại.

Không có thang đo hoặc đơn vị đo phổ quát nào để xác định độ cứng của vật liệu. Sự hiểu biết về ưu và nhược điểm của từng bài kiểm tra sẽ giúp xác định phương pháp tốt nhất.

Internet