Độ cứng Brinell là gì?

Phương pháp đo độ cứng Brinell 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. Phát minh bởi Johan August Brinell vào năm 1900, phương pháp này cho phép đánh giá độ cứng của một vật liệu bằng cách đo lường sự kháng lại vết lõm do một viên bi thép hoặc wolfram carbide tạo ra trên bề mặt của vật liệu. Một số các loại máy đo độ cứng cầm tay trên thị trường hiện nay là ứng dụng của phương pháp đo độ cứng này.

Nguyên lý đo độ cứng Brinell

Cách đo

Quy trình đo bao gồm 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 đô độ cứng Brinell

Mũi đo, hay viên bi tạo vết lõm, 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

Kết quả đo độ cứng Brinell có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm:

• 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

• Dễ thực hiện và cho kết quả chính xác, không yêu cầu nhiều về mặt kỹ thuật và thiết bị. Nhờ vào quy trình tiêu chuẩn, phương pháp này cho kết quả chính xác khi áp dụng cho các vật liệu có kích thước lớn, từ các tấm kim loại cho đến các khối lớn trong sản xuất công nghiệp.
• 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. Việc sử dụng các viên bi thép hoặc wolfram carbide cũng giúp phương pháp này có tính linh hoạt cao trong nhiều điều kiện đo khác nhau​.
• Phương pháp này đã được công nhận bởi nhiều tiêu chuẩn quốc tế như ASTM và ISO, điều này đảm bảo rằng kết quả đo lường có thể được so sánh và đối chiếu giữa các nhà sản xuất và khu vực khác nhau

Nhược điểm

• Không phù hợp cho các vật liệu mỏng hoặc giòn do lực tác dụng tương đối lớn trong quá trình đo, phương pháp Brinell không thích hợp cho các vật liệu mỏng hoặc giòn, vì chúng dễ bị vỡ hoặc biến dạng quá mức khi tiến hành kiểm tra. Điều này có thể làm hỏng mẫu thử hoặc gây ra các kết quả không chính xác​.
• Vết lõm lớn và dễ nhìn thấy là một nhược điểm lớn của phương pháp Brinell là vết lõm sau khi đo có kích thước lớn và dễ thấy trên bề mặt mẫu. Điều này có thể làm ảnh hưởng đến thẩm mỹ hoặc tính toàn vẹn của sản phẩm, đặc biệt là đối với các ứng dụng yêu cầu bề mặt hoàn thiện.
• Khó áp dụng cho vật liệu có độ cứng cao vì dù có thể đo được nhiều loại vật liệu, nhưng với các vật liệu có độ cứng cực cao như thép đã qua nhiệt luyện, phương pháp Brinell gặp khó khăn trong việc tạo vết lõm đáng kể, dẫn đến việc phải sử dụng các phương pháp đo khác như Rockwell hoặc Vickers​.