Độ cứng Rockwell

Độ cứng Rockwell là một phương pháp phổ biến trong việc đo lường độ cứng của vật liệu thông qua độ sâu của vết lõm khi tác dụng lực, đồng thời cũng được ứng dụng trong việc chế tạo nên máy đo độ cứng Rockwell phục vụ cho việc đo lường thuận lợi. Phương pháp này giúp đánh giá khả năng chống lại sự biến dạng của vật liệu khi chịu tác động của lực nén.

Nguyên lý hoạt động

Phương pháp đo độ cứng Rockwell bao gồm hai giai đoạn áp lực, được thực hiện để đo độ sâu của vết lõm trên vật liệu:

Lực sơ bộ (minor load), thường khoảng 10 kgf (~98 N) được tác dụng lên vật liệu nhằm tạo ra sự tiếp xúc ban đầu giữa đầu đo và bề mặt mẫu. Giai đoạn này giúp loại bỏ các ảnh hưởng không mong muốn từ độ nhám hoặc sai lệch ban đầu trên bề mặt mẫu. Lực sơ bộ đóng vai trò cố định và ổn định đầu đo để đảm bảo phép đo chính xác hơn khi lực chính được áp dụng sau đó.
Lực chính (60, 100, hoặc 150 kgf) được thêm vào, gây ra vết lõm sâu hơn trên bề mặt mẫu. Lực chính này có thể thay đổi tùy thuộc vào loại thang đo được sử dụng và loại vật liệu cần đo độ cứng. Lực lớn hơn (ví dụ 150 kgf) thường dùng để đo các vật liệu cứng như thép, trong khi lực nhỏ hơn phù hợp cho các vật liệu mềm hơn như đồng hay nhôm.
Sau khi lực chính được áp dụng và gỡ bỏ, hệ thống chỉ còn lại lực sơ bộ, và độ sâu của vết lõm được đo. Quá trình đo này ghi nhận sự chênh lệch về độ sâu giữa hai giai đoạn (sau khi áp lực chính được áp dụng và gỡ bỏ), từ đó tính toán giá trị độ cứng của vật liệu.

Các thang đo Rockwell

HRA (Rockwell A) sử dụng đầu đo kim cương và lực chính 60 kgf. Thang này dùng cho vật liệu cứng như thép đã được xử lý nhiệt và các hợp kim cứng.
HRB (Rockwell B) sử dụng đầu đo bi thép với đường kính 1/16 inch và lực chính 100 kgf. Thang này thường dùng cho đồng, nhôm và các hợp kim mềm hơn.
HRC (Rockwell C) sử dụng đầu đo kim cương và lực chính 150 kgf. Đây là thang đo phổ biến nhất để đo độ cứng của thép cứng và các vật liệu kim loại chịu nhiệt.

Ưu điểm của phương pháp Rockwell

Phương pháp đo Rockwell được ưa chuộng nhờ tính nhanh chóng và dễ thực hiện. Không giống như phương pháp Vickers hay Brinell, Rockwell cho kết quả tức thì và không cần thực hiện các phép tính phức tạp sau khi đo. Hơn nữa, vì vết lõm khá nhỏ nên phương pháp này không gây hư hại đáng kể đến mẫu vật.
Phương pháp này có thể áp dụng cho nhiều loại vật liệu khác nhau, từ kim loại đến vật liệu composite, nhựa hay gốm. Đặc biệt, với các thang đo khác nhau, phương pháp Rockwell có thể điều chỉnh để đo độ cứng của cả các vật liệu cứng lẫn vật liệu mềm.

Một số lưu ý khi sử dụng phương pháp Rockwell

Bề mặt cần được làm sạch và phẳng trước khi đo.
Thiết bị đo cần được hiệu chuẩn định kỳ để tránh sai số.
Cần chọn thang đo phù hợp với tính chất của vật liệu để đảm bảo tính chính xác.

Phương pháp đo độ cứng Rockwell là một công cụ quan trọng trong việc đánh giá và kiểm tra chất lượng vật liệu trong các ngành công nghiệp như cơ khí, luyện kim và chế tạo. Một số máy đo độ cứng cầm tay hiện nay trên thị trường là ứng dụng của phương pháp này, Với tính linh hoạt và độ chính xác cao, đây là một phương pháp không thể thiếu trong quá trình sản xuất và kiểm soát chất lượng sản phẩm.