Phương pháp đo độ cứng Brinell, được phát minh bởi Johan August Brinell vào năm 1900, là một trong những phương pháp kiểm tra độ cứng lâu đời và phổ biến nhất trong ngành cơ khí và khoa học vật liệu. Phương pháp này đánh giá độ cứng của vật liệu bằng cách đo mức độ kháng lại vết lõm do viên bi thép hoặc wolfram carbide tạo ra trên bề mặt. Nhiều loại máy đo độ cứng cầm tay hiện nay trên thị trường áp dụng nguyên lý của phương pháp Brinell, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả trong kiểm tra vật liệu.
Nguyên lý đo độ cứng Brinell
Cách đo
Đặt mẫu thử dưới một máy đo độ cứng Brinell. Một viên bi, có đường kính nhất định (thường là 10 mm), được ấn vào bề mặt mẫu dưới một lực tác động từ 500 đến 3000 kgf, tùy thuộc vào độ cứng của vật liệu. Sau khi dỡ bỏ lực, đường kính vết lõm được đo để tính toán độ cứng
Mũi đo độ cứng Brinell
Có thể làm từ thép cứng hoặc wolfram carbide. Viên bi thép thường được sử dụng cho các vật liệu mềm hơn, trong khi viên bi wolfram carbide dùng cho các vật liệu cứng hơn để tránh làm biến dạng mũi đo.
Công thức tính độ cứng Brinell
Trong đó:
- HBW: Chỉ số độ cứng Brinell (với "W" ám chỉ việc sử dụng viên bi wolfram carbide)
- F: Lực tác dụng (kgf)
- D: Đường kính viên bi (mm)
- d: Đường kính vết lõm (mm)
Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả đo độ cứng Brinell
- Kích thước và vật liệu của viên bi đo
- Lực tác dụng lên vật liệu
- Độ nhẵn và chuẩn bị bề mặt của mẫu thử
- Nhiệt độ môi trường khi đo
Ưu và nhược điểm của phương pháp Brinell
Ưu điểm
- Phương pháp này dễ thực hiện, cho kết quả chính xác và không đòi hỏi nhiều về kỹ thuật cũng như thiết bị phức tạp
- Có khả năng áp dụng trên một phạm vi rộng các vật liệu khác nhau, từ kim loại cứng như thép không gỉ, đồng, đến các kim loại mềm hơn như nhôm, đồng thau
- Phương pháp này đã được công nhận bởi nhiều tiêu chuẩn quốc tế như ASTM và ISO.
Nhược điểm
- Không phù hợp cho các vật liệu mỏng hoặc giòn do lực tác dụng tương đối lớn trong quá trình đo
- Vết lõm lớn và dễ nhìn thấy
- Khó áp dụng cho vật liệu có độ cứng cao như thép đã qua nhiệt luyện
