Các yếu tố luyện kim ảnh hưởng đến độ cứng của kim loại

Độ cứng của kim loại đề cập đến khả năng của kim loại chống lại vết lõm hoặc biến dạng vĩnh viễn khi tiếp xúc với đầu đâm dưới tải. Khả năng chống mài mòn và trầy xước của kim loại phụ thuộc vào độ cứng của nó. Các công cụ, bộ phận máy móc và lưỡi cắt có độ cứng cao. Độ cứng cũng là một chỉ báo về độ bền của kim loại.

Bài viết này thảo luận về các yếu tố luyện kim ảnh hưởng đến độ cứng của kim loại và phương pháp thử độ cứng.

Xem thêm:

• Tại sao thép không gỉ là sự lựa chọn hoàn hảo
• Công dụng của thép hợp kim trong môi trường nhiệt độ cao
• Những đổi mới trong sản xuất thép không gỉ
• Các loại thép không gỉ thường được sử dụng phổ biến trong nhà bếp 

Kiểm soát độ cứng của kim loại

Độ cứng và độ bền của kim loại phụ thuộc vào độ dễ dàng của chuyển động sai lệch qua kim loại. Sai lệch là các cấu trúc vi mô di chuyển qua kim loại khi ứng suất tác dụng vượt quá ứng suất cần thiết để gây ra biến dạng vĩnh viễn. Chuyển động sai lệch cho phép biến dạng xảy ra. Nếu không có sự hiện diện của sai lệch, kim loại sẽ rất giòn và sẽ nứt hoặc gãy khi ứng suất tác dụng vượt quá độ bền của kim loại.

Một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chuyển động dễ dàng của sự sai lệch và được sử dụng để thay đổi độ cứng của kim loại:

• Hợp kim: Thêm các nguyên tố khác vào kim loại nguyên chất có thể khiến các sai lệch khó di chuyển qua kim loại hơn, dẫn đến tăng độ cứng. Các nguyên tố bổ sung cũng có thể tạo ra các pha trong kim loại cản trở chuyển động sai lệch, dẫn đến tăng độ cứng.

• Xử lý nhiệt như ủ, làm nguội và tôi luyện sẽ thay đổi cấu trúc vi mô của kim loại, ảnh hưởng đến khả năng chuyển động trật khớp dễ dàng hơn. Thay đổi cấu trúc vi mô có thể khiến chuyển động trật khớp dễ dàng hơn hoặc khó khăn hơn.

• Làm nguội kim loại sẽ làm tăng số lượng vị trí sai lệch trong kim loại, khiến các vị trí sai lệch khó di chuyển hơn, dẫn đến độ cứng tăng lên.

Kiểm tra độ cứng

Kiểm tra độ cứng là một phương pháp đơn giản và không tốn kém để xác định đặc tính cơ học của vật liệu. Việc kiểm tra không yêu cầu chuẩn bị mẫu phức tạp, liên quan đến thiết bị kiểm tra khá rẻ tiền và tương đối nhanh. Nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng để đo độ cứng của kim loại:

• Kiểm tra độ cứng Brinel : Một viên bi thép cứng được ép vào bề mặt kim loại với một lực cụ thể. Đường kính của vết lõm được đo để xác định độ cứng.

• Kiểm tra độ cứng Rockwell: Một hình nón kim cương hoặc bi thép được ép vào bề mặt kim loại với một lực cụ thể. Độ sâu thâm nhập được đo để xác định độ cứng.

• Các thử nghiệm độ cứng vi mô Vickers và Knoop được sử dụng với các mẫu quá nhỏ để đánh giá bằng thử nghiệm độ cứng Brinell hoặc Rockwell hoặc khi cần đánh giá độ cứng theo hàm độ sâu vào mặt cắt ngang của mẫu. Với thử nghiệm độ cứng vi mô, một đầu kim cương nhỏ được ấn vào bề mặt kim loại với một lực cụ thể. Chiều dài đường chéo của vết lõm được đo để xác định độ cứng.

Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương pháp thử độ cứng và thông số thử nghiệm bao gồm:

• Độ cứng mong đợi: Loại đầu đo, kích thước của đầu đo và tải trọng thử nghiệm phụ thuộc vào độ cứng mong đợi. Có đầu đo bi cacbua và đầu đo kim cương.

• Độ dày mẫu vật: Khuyến cáo độ dày của mẫu vật phải ít nhất gấp 10 lần độ sâu của vết lõm với mũi kim cương và 15 lần với mũi bi.

• Kích thước và hình dạng mẫu: Hình dạng lý tưởng để thử độ cứng là khối vuông có kích thước đủ lớn để có thể tạo bất kỳ loại vết lõm nào cần thiết. Những điều kiện như vậy thường không xảy ra, đòi hỏi phải sử dụng giá đỡ mẫu đặc biệt để chứa các hình dạng khác nhau.

• Độ phẳng bề mặt mẫu và tình trạng bề mặt
• Vị trí thụt lề
• Loại vật liệu đang được thử nghiệm

Khi độ cứng được đo

Độ cứng được đo trong một số trường hợp khác nhau:

• Đối với kiểm soát chất lượng nhà cung cấp đầu vào. Đối với nhiều thành phần, độ cứng được chỉ định là một đặc tính bắt buộc vì dễ đo hơn so với đo đặc tính kéo. Trong trường hợp này, độ cứng của các thành phần đầu vào được đo như một phần của đánh giá chất lượng nhà cung cấp để xác minh rằng các thành phần đáp ứng các yêu cầu.

• Để xác minh rằng xử lý nhiệt đã được thực hiện đúng cách. Mục đích của xử lý nhiệt là gây ra những thay đổi đối với cấu trúc vi mô của kim loại để có được các đặc tính mong muốn, thường bao gồm độ cứng của kim loại. Vì vậy, độ cứng được đo trên các mẫu sau khi xử lý nhiệt để xác minh rằng quy trình đã được thực hiện đúng cách.

• Trong quá trình phân tích lỗi của các thành phần bị hỏng trong quá trình sử dụng để xác định xem kim loại có đáp ứng thông số kỹ thuật hay không hoặc để xác định xem độ cứng có phù hợp với ứng dụng hay không. 

Mối quan hệ giữa độ cứng và độ bền

Độ cứng thường có mối tương quan với độ bền kéo, là ứng suất tối đa mà vật liệu có thể chịu được trước khi bị đứt dưới tác động của lực kéo. Nhìn chung, kim loại cứng hơn có xu hướng có độ bền kéo cao hơn. Tuy nhiên, mối quan hệ này không phải lúc nào cũng hoàn toàn tuyến tính và các yếu tố khác như độ dẻo và độ dai có thể ảnh hưởng đến mối tương quan này.

Tầm quan trọng của độ cứng của kim loại

Độ cứng của kim loại rất cần thiết trong nhiều ứng dụng:

• <

  span style=”font-weight: 400;”>Thành phần cấu trúc. Kim loại cứng được sử dụng trong các cấu trúc phải chịu được tải trọng và ứng suất cao, chẳng hạn như cầu, tòa nhà và máy móc

• Dụng cụ cắt. Kim loại cứng được sử dụng để tạo ra dụng cụ cắt có khả năng loại bỏ vật liệu khỏi các vật liệu khác một cách hiệu quả.

• Bề mặt chống mài mòn. Kim loại cứng được sử dụng trong các ứng dụng mà bề mặt phải chịu ma sát và mài mòn, chẳng hạn như ổ trục và bánh răng.

Mọi thắc mắc về Tài liệu thép không gỉ hoặc nhận báo giá các mặt hàng thép không gỉ, vui lòng liên hệ:

• Hotline: 1800 6968
• Fanpage: Inox Đại Dương

Ban biên tập: Đại Dương