Thông tin kiểm tra
Thử nghiệm độ cứng Brinell là phương pháp đo độ cứng kim loại bằng cách ép một bi thép hoặc bi cacbua vonfram (thường đường kính 10 mm) vào bề mặt mẫu thử với tải trọng xác định trong thời gian quy định, sau đó đo đường kính vết lõm để tính giá trị độ cứng HBW; ZHONGXI Testing cung cấp dịch vụ kiểm tra và đánh giá kỹ thuật cho hạng mục thử nghiệm này. Phương pháp Brinell được áp dụng rộng rãi cho gang, thép đúc, thép rèn, hợp kim nhôm, hợp kim đồng, kim loại màu và các vật liệu có cấu trúc vi mô không đồng đều, phục vụ các ngành chế tạo máy, đúc, luyện kim, kết cấu thép, đóng tàu, đường ống công nghiệp và phụ tùng ô tô.
Mục đích của thử nghiệm độ cứng Brinell là định lượng khả năng chống biến dạng dẻo vĩnh viễn của vật liệu dưới tải trọng tĩnh tập trung, từ đó suy ra mối tương quan với giới hạn bền kéo, đánh giá tính đồng đều của tổ chức kim loại sau nhiệt luyện, kiểm soát chất lượng mối hàn và mối đúc, cũng như phát hiện các sai lệch thành phần hoặc quá trình xử lý nhiệt. Kỹ thuật involved bao gồm ép tiêu chuẩn theo nguyên lý tải trọng tĩnh, đo quang học đường kính vết lõm bằng kính lúp đo có thước chia hoặc hệ thống phân tích hình ảnh, và quy đổi giá trị HBW theo biểu thức chuẩn dựa trên tải trọng F, đường kính bi D và đường kính vết lõm trung bình d.
Quy trình thử nghiệm điển hình gồm các bước: chuẩn bị bề mặt mẫu (làm sạch, mài phẳng, độ nhám bề mặt đủ để đọc vết lõm chính xác), lựa chọn cặp điều kiện thử F/D² phù hợp với vật liệu (thường 30 cho thép, 10 cho đồng hợp kim, 5 hoặc 2,5 cho hợp kim mềm), tải trong thời gian duy trì 10–15 giây theo vật liệu, tháo tải và đo hai đường kính vuông góc của vết lõm, rồi tính HBW = 0,102·F / A với A là diện tích mặt cầu vết lõm. Các thông số cốt lõi cần kiểm soát gồm đường kính bi, cấp tải, tốc độ tải, thời gian duy trì tải, khoảng cách tâm vết lõm đến mép mẫu (tối thiểu 2,5d) và khoảng cách giữa hai vết lõm liền kề (tối thiểu 3d).
Kết quả thử nghiệm được ghi theo ký hiệu HBW kèm điều kiện thử, ví dụ 185 HBW 10/3000, trong đó 10 là đường kính bi tính bằng mm và 3000 là tải trọng tính bằng kilogram lực. Việc ghi đầy đủ điều kiện thử là cần thiết vì cùng một vật liệu ở các cặp F/D² khác nhau có thể cho giá trị chênh lệch, đặc biệt với vật liệu dẻo hoặc có gia cố pha rắn thô. Đánh giá kỹ thuật của ZHONGXI Testing bao gồm so sánh kết quả với dải yêu cầu kỹ thuật của bản vẽ, tiêu chuẩn vật liệu hoặc quy trình nhiệt luyện do khách hàng cung cấp.
Phạm vi kiểm tra
- Thép cacbon thường dùng các mác Q235, Q345, SS400, S235JR với độ cứng Brinell tham chiếu khoảng 110–180 HBW
- Thép các bon thấp và thép các bon trung bình mác C15, C35, C45, S45C ở trạng thái tôi và ram
- Thép hợp kim thấp Cr-Mo như 42CrMo, 35CrMo, SCM440 dùng cho trục, bánh răng, bu lông cường độ cao
- Thép công cụ cacbon và thép công cụ hợp kim SKS3, 9SiCr, Cr12 sau tôi ram với độ cứng 200–650 HBW tùy trạng thái
- Thép không gỉ austenit SUS304, SUS316, 06Cr19Ni10 ở trạng thái ủ mềm, độ cứng thường 130–200 HBW
- Thép không gỉ martensit và lưỡng pha SUS420J2, SUS440C, 2205 sau xử lý nhiệt
- Gang xám HT150, HT200, HT250, HT300 với tổ chức graphit tấm, độ cứng 150–280 HBW
- Gang cầu QT400-15, QT500-7, QT600-3 dùng cho hub, tay biên, vỏ hộp giảm tốc
- Gang trắng, gang hợp kim crôm cao và vật liệu chịu mài mòn Ni-Hard
- Thép đúc ZG230-450, ZG270-500, ZG310-570 và thép đúc hợp kim dùng trong phụ tùng mỏ, nghiền
- Hợp kim nhôm đúc AC4B, A356, ADC12 dùng trong vỏ máy, bloc xi lanh, độ cứng tham chiếu 60–110 HBW
- Hợp kim nhôm biến dạng 6061-T6, 7075-T6, 2024-T4 dùng trong kết cấu và chi tiết máy
- Hợp kim đồng thau H62, H68, đồng thanh QSn6.5-0.1, độ cứng tham chiếu 50–140 HBW
- Đồng thau chứa chì HPb59-1 dùng cho chi tiết tiện tự động
- Hợp kim đồng-nhôm QAl9-4, QAl10-4-4 dùng cho ổ trượt, bánh răng ăn khớp
- Kim loại màu mềm như kẽm nguyên chất, chì hợp kim, thiếc hàn với bi nhỏ và tải thấp
- Mối hàn hồ quang tay, hàn MIG/MAG trên tấm thép các bon, đo độ cứng vùng nhiệt ảnh HAZ
- Mối hàn tấm phủ và lớp phủ bọc cứng bằng hàn tay, hàn bổ sung crôm, vonfram
- Chi tiết sau thấm các bon, thấm nitơ hoặc cảm ứng cao tần, đo độ cứng lớp mặt ở cặp điều kiện phù hợp
- Phôi rèn và chi tiết rèn khuôn die từ thép các bon và thép hợp kim
- Đúc liên tục, thép tấm nóng cán, thép thanh cán nóng, ống đúc và phôi vuông
- Hợp kim titan và các vật liệu hàng không thử ở tải nhỏ với bi cacbua vonfram
- Khuôn mẫu thép làm việc nguội Cr12MoV, làm việc nóng H13, SKD61 sau nhiệt luyện
- Vật liệu bột thiêu kết và vật liệu kết cấu đa lỗ với quy trình tải và đọc kết quả điều chỉnh theo tỷ trọng
Tình huống ứng dụng
Trong xưởng đúc gang và thép đúc, thử nghiệm độ cứng Brinell được dùng để kiểm soát từng mẻ đúc trước khi phôi đi tiếp vào gia công. Gang cầu QT500-7 cho vỏ hộp giảm tốc thường yêu cầu dải 170–230 HBW, và kết quả đo thấp hơn ngưỡng cho thấy quá trình ủ chưa đủ hoặc tỷ lệ ferit quá cao, cần xử lý nhiệt lại. Với phôi lớn dạng bánh đúc hoặc khung máy, việc đo theo ma trận điểm trên nhiều mặt giúp phát hiện chảy lệch thành phần trong đúc khuôn cát.
Trong chế tạo kết cấu thép và phụ kiện đường ống, phép đo Brinell bằng búa gõ tại hiện trường phục vụ kiểm tra nhanh tấm thép, mặt bích và mối hàn vòng đã lắp. Kết quả HBW của vùng nhiệt ảnh mối hàn cho biết vùng này có bị mềm hóa dưới 120 HBW gây trượt bulong hoặc giòn hóa vượt quá dải an toàn theo quy trình hay không. Với bích rèn và tấm ép cường độ cao, giá trị Brinell còn dùng suy ra giới hạn bền kéo xấp xỉ để rà nhanh chứng từ vật liệu.
Trong ngành phụ tùng ô tô và máy công trình, trục các đăng, tay biên gang cầu, bánh răng 20CrMnTi sau thấm các bon đều được kiểm tra độ cứng lớp mặt và lõi. Vì lớp thấm mỏng, kỹ thuật viên chọn bi 5 mm với tải tương ứng, hoặc chuyển sang thang Vickers khi độ sâu lớp dưới ngưỡng áp dụng của Brinell, và ghi rõ điều kiện thử để hai phương pháp đối chiếu được.
Trong sửa chữa và tái chế khuôn mẫu, đòn bẩy máy ép và trục lô cán, phép đo Brinell trên bề mặt làm việc đánh giá mức độ mòn và quyết định khả năng gia công lại. Khuôn H13 sau nhiều chu trình nhiệt có thể mềm hóa cục bộ xuống dưới 400 HBW tại vùng gần kênh nhựa, và bản đồ độ cứng nhiều điểm là căn cứ để khoan bỏ vùng suy giảm hoặc quy hoạch đường hàn bổ sung.
Thiết bị kiểm tra
- Máy đo độ cứng Brinell kiểu tĩnh tải với đầu bi cacbua vonfram đường kính 10 mm, 5 mm và 2,5 mm
- Máy đo độ cứng Brinell kiểu động tải dạng búa gõ Poldi cho đo nhanh tại hiện trường
- Máy đo độ cứng便 mang cầm tay theo nguyên lý độ sâu lõm dùng đo tại công trường kết cấu thép
- Kính lúp đo Brinell có thước chia 0,1 mm hoặc 0,05 mm để đọc đường kính vết lõm
- Hệ kính hiển vi đo vết lõm có buret micromet và chiếu sáng vòng cho vật liệu có độ phản chiếu thấp
- Hệ phân tích hình ảnh vết lõm bằng camera độ phân giải cao tự động nhận diện biên vết lõm
- Khối chuẩn độ cứng Brinell để hiệu chuẩn định kỳ tải trọng và hệ đo quang học
- Cảm biến lực loadcell gắn đầu ép dùng kiểm chứng cấp tải của máy tĩnh
- Máy đo độ cứng Rockwell và Vickers dùng đối chiếu chéo khi mẫu mỏng hoặc lớp cứng mặt
- Máy mài kim tướng và máy cắt mẫu để chuẩn bị bề mặt và mặt cắt ngang trước đo
- Kính hiển vi kim tướng quang học dùng quan sát vi cấu trúc liên quan đến giá trị độ cứng
- Thiết bị đo độ nhám bề mặt dùng kiểm tra điều kiện bề mặt mẫu trước khi ép
- Caliper và micromet ngoài dùng đo độ dày và kích thước mẫu trước thử nghiệm
- Máy đúc nhựa nhiệt để cố định mẫu nhỏ và mẫu hình dạng phức tạp khi mài mặt cắt
- Tủ sấy và dung môi làm sạch bề mặt loại dầu, gỉ và lớp oxit trước khi đo
Câu hỏi thường gặp
Thời gian thử nghiệm độ cứng Brinell mất bao lâu?
Thời gian hoàn thành thường từ 7 đến 15 ngày làm việc, tùy số lượng điểm đo, số mẫu, việc có cần mài mặt cắt hay phân tích vi cấu trúc kèm theo hay không. Với các mẫu đơn lẻ chỉ đo bề mặt và bề mặt đã sẵn sàng, thời gian có thể rút ngắn; các hợp đồng đo ma trận điểm trên phôi lớn hoặc kèm phân tích nguyên nhân chênh lệch độ cứng sẽ mất thêm thời gian xử lý.
Chi phí thử nghiệm độ cứng Brinell được tính như thế nào?
Chi phí được xác định theo số hạng mục đo, số mẫu, số điểm đo trên mỗi mẫu và các phân tích bổ sung như mài mặt cắt, ảnh vi cấu trúc hoặc đo đối chiếu nhiều thang đo. Khách hàng cung cấp thông tin vật liệu, kích thước mẫu và yêu cầu kỹ thuật, bộ phận kỹ thuật sẽ gửi báo giá chi tiết cho từng hạng mục.
Thử nghiệm độ cứng Brinell bao gồm những hạng mục nào?
Hạng mục đo phụ thuộc vào loại vật liệu và tiêu chuẩn áp dụng. Với thép và gang thường gồm đo HBW bề mặt theo cặp điều kiện F/D² = 30, kiểm tra độ đồng nhất nhiều điểm và so sánh với dải yêu cầu. Với mối hàn bao gồm đo vùng nóng chảy, biên nóng chảy và vùng nhiệt ảnh. Với chi tiết thấm các bon gồm đo lớp mặt và lõi trên mặt cắt ngang. Danh sách hạng mục cụ thể được thống nhất với khách hàng trước khi tiến hành.
Chuẩn bị mẫu thử độ cứng Brinell cần bao nhiêu và yêu cầu gì?
Mẫu cần có độ dày tối thiểu bằng 8 lần độ sâu vết lõm dự kiến, bề mặt đo phẳng, sạch gỉ và dầu, độ nhám đủ để viền vết lõm đọc rõ bằng kính lúp. Với chi tiết lớn không thể cắt, phép đo được thực hiện trực tiếp trên bề mặt làm việc tại vị trí quy định. Kích thước mẫu thông dụng từ 50 đến 200 mm chiều dài, độ dày từ 10 mm trở lên đối với bi 10 mm tải 3000 kgf; mẫu mỏng hơn sẽ chuyển sang bi 5 mm hoặc 2,5 mm với tải tương ứng.
Tóm tắt
Thử nghiệm độ cứng Brinell tại ZHONGXI Testing bao gồm đo giá trị HBW trên thép, gang, hợp kim nhôm, đồng và mối hàn theo các cặp điều kiện F/D² phù hợp, kèm đánh giá độ đồng nhất, profile độ cứng lớp mặt đến lõi và vùng nhiệt ảnh mối hàn. Thời gian hoàn thành từ 7 đến 15 ngày làm việc tùy số hạng mục và loại mẫu, với phạm vi áp dụng cho cả mẫu cắt trong phòng và đo trực tiếp trên chi tiết lớn tại hiện trường.