Thang đo độ cứng là gì? Các loại thang đo thông dụng nhất

Xác định độ cứng của vật liệu là bước quan trọng trong nghiên cứu, sản xuất và kiểm định chất lượng. Thang đo độ cứng là công cụ không thể thiếu, cho phép đo mức độ chống trầy xước hoặc biến dạng dưới lực tác động. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu thang đo độ cứng là gì và điểm qua các loại thang đo thông dụng, giúp bạn nắm rõ phương pháp đánh giá vật liệu hiệu quả.

Thang đo độ cứng là gì?

Độ cứng là một trong những đặc tính vật lý quan trọng của vật liệu, thể hiện khả năng chống biến dạng, trầy xước hoặc lõm khi chịu tác động lực từ bên ngoài. Trong nghiên cứu vật liệu, đặc biệt là kim loại, khoáng sản, nhựa hay cao su, việc đánh giá độ cứng là bước quan trọng để xác định chất lượng, tính ứng dụng và độ bền của sản phẩm.

Thang đo độ cứng là hệ thống đo lường được sử dụng để đánh giá và phân loại độ cứng của vật liệu. Mỗi thang đo có nguyên lý và phương pháp đo khác nhau, phù hợp với từng loại vật liệu cụ thể. 

Hiện nay, có nhiều loại máy đo độ cứng với các thang đo khác nhau được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu, công nghiệp và sản xuất. Những thang đo này không chỉ giúp các kỹ sư, nhà nghiên cứu so sánh các vật liệu mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát chất lượng và lựa chọn vật liệu phù hợp cho các ứng dụng kỹ thuật.

Các loại thang đo độ cứng thông dụng nhất

Dưới đây là những thang đo độ cứng thông dụng nhất, được sử dụng rộng rãi từ phòng thí nghiệm đến dây chuyền sản xuất, giúp đánh giá chính xác khả năng chống biến dạng và độ bền của vật liệu.

Thang đo độ cứng Mohs

Thang đo Mohs là một trong những phương pháp cổ điển và phổ biến nhất để đánh giá độ cứng của khoáng vật và các vật liệu tự nhiên. Được phát triển bởi nhà khoáng vật học Friedrich Mohs vào năm 1812, thang đo này dựa trên nguyên tắc so sánh khả năng chống trầy xước của vật liệu. Theo đó, một vật liệu cứng hơn có thể trầy xước vật liệu mềm hơn nhưng ngược lại thì không.

Thang đo Mohs gồm 13 cấp độ, từ 1 đến 13, trong đó:

• 1 – Talc: vật liệu mềm nhất, dễ bị trầy xước
• 2 – Gypsum
• 3 – Calcite
• 4 – Fluorite
• 5 – Apatite
• 6 – Orthoclase
• 7 – Quartz
• 8 – Topaz
• 9 – Corundum
• 10 – Diamond: vật liệu cứng nhất tự nhiên
• 11-13 – Các vật liệu tổng hợp cứng hơn, ví dụ carbide silic

Ưu điểm của thang Mohs là đơn giản, dễ thực hiện và không cần thiết bị phức tạp. Tuy nhiên, thang đo này mang tính tương đối, không cung cấp giá trị số chính xác, do đó thường được sử dụng trong nghiên cứu khoáng vật, thí nghiệm học thuật và kiểm tra vật liệu tự nhiên. Trong thực tế công nghiệp, thang Mohs ít được dùng để đo kim loại hay vật liệu kỹ thuật.

Xem thêm: Top 3 máy đo độ cứng bê tông bền bỉ và đáng đầu tư nhất

Thang đo độ cứng Brinell (HB)

Thang Brinell ra đời từ năm 1900, do kỹ sư Johann Brinell phát triển và từ đó trở thành một tiêu chuẩn quốc tế phổ biến trong ngành công nghiệp kim loại. Phương pháp đo Brinell dựa trên phép ấn lõm, trong đó một quả bi cứng được ấn vào bề mặt vật liệu dưới một lực xác định, và sau đó đo đường kính vết lõm để tính độ cứng. 

Ưu điểm của phương pháp Brinell là phù hợp với vật liệu dày và đa dạng, cho kết quả ổn định và dễ so sánh. Tuy nhiên, phương pháp này ít được dùng cho vật liệu quá mỏng hoặc bề mặt mỏng vì lực ấn có thể gây biến dạng không đều. Trong công nghiệp, thang Brinell thường được sử dụng trong máy đo độ cứng cầm tay để đo thép, đồng, nhôm và các hợp kim kim loại khác.

Thang đo độ cứng Rockwell (HR)

Rockwell là một trong những thang đo phổ biến nhất trong công nghiệp kim loại, nổi bật nhờ tốc độ đo nhanh và độ chính xác cao. Không giống Brinell, Rockwell không yêu cầu đo vết lõm bằng thước mà sử dụng đầu đo kim cương hoặc thép hình nón, tác động trực tiếp vào vật liệu dưới lực tải trọng chuẩn.

Ưu điểm nổi bật của máy đo độ cứng Rockwell là đo nhanh, chính xác và dễ sử dụng, đặc biệt trong sản xuất hàng loạt và kiểm tra chất lượng kim loại. Ngoài ra, Rockwell cho phép so sánh nhanh các vật liệu khác nhau mà không cần tính toán phức tạp như Brinell hay Vickers.

Thang đo độ cứng Vickers (HV)

Thang Vickers hay còn gọi là HV được phát triển nhằm đánh giá độ cứng của kim loại, hợp kim và cả gốm. Phương pháp này sử dụng đầu kim cương hình chóp bốn cạnh ấn vào vật liệu dưới một lực chuẩn. Sau đó, đo kích thước vết lõm và tính toán độ cứng theo công thức chuẩn. 

Vickers có ưu điểm là độ chính xác cao, thích hợp với vật liệu mỏng hoặc vật liệu nhỏ, và có thể áp dụng cho nhiều loại vật liệu khác nhau. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi thiết bị đo và kỹ thuật viên chuyên môn, do đó thường sử dụng trong máy đo độ cứng kim loại ở phòng thí nghiệm và ứng dụng công nghiệp cao cấp.

Thang đo độ cứng Shore

Shore là thang đo độ cứng chuyên dụng cho vật liệu mềm và đàn hồi như nhựa, cao su, silicon hay polyurethane. Khác với các thang đo kim loại, Shore đo khả năng chống lõm của bề mặt dưới một đầu đo tiêu chuẩn.

Các loại thang Shore:

• Shore A: dành cho vật liệu mềm, đàn hồi như cao su, nhựa mềm
• Shore D: dành cho vật liệu cứng hơn như nhựa cứng, polymer

Kết quả đo được biểu thị trên thang từ 0 đến 100, với 0 là mềm nhất và 100 là cứng nhất. Thang Shore được sử dụng rộng rãi máy đo độ cứng cao su, phổ biến trong ngành sản xuất lốp xe, gioăng cao su, các linh kiện nhựa kỹ thuật nhờ khả năng đánh giá chính xác độ đàn hồi và độ bền của vật liệu mềm.

Xem thêm: Top 5 máy đo độ cứng sắt thép đáng mua nhất hiện nay

Thang đo độ cứng Leeb

Thang Leeb là phương pháp hiện đại, sử dụng đo độ cứng động thông qua sự mất năng lượng của lực tác động khi một vật nặng va chạm bề mặt vật liệu. Đây là phương pháp lý tưởng cho kim loại nặng, chi tiết lớn, mà các phương pháp truyền thống khó áp dụng.

Leeb được sử dụng trong kiểm tra kim loại dày, cấu kiện máy móc, chi tiết thép lớn, nơi việc đo bằng phương pháp truyền thống như Rockwell hoặc Brinell là khó khăn hoặc không khả thi.

Bảng so sánh các thang đo độ cứng

Khi cần lựa chọn thang đo độ cứng phù hợp, việc so sánh các phương pháp giúp người dùng xác định ưu nhược điểm, độ chính xác và phạm vi ứng dụng của từng loại. Bảng so sánh dưới đây tổng hợp các thông tin quan trọng về Mohs, Brinell, Rockwell, Vickers, Shore và Leeb:

Nhìn chung, thang Mohs thích hợp với khoáng vật, Brinell và Rockwell phổ biến cho kim loại, Vickers thích hợp đo vật liệu mỏng hoặc gốm, Shore đo vật liệu mềm và đàn hồi, còn Leeb là lựa chọn lý tưởng cho chi tiết kim loại lớn. Hiểu rõ đặc điểm và nguyên lý của từng thang đo giúp kỹ sư, nhà sản xuất và nhà nghiên cứu đánh giá vật liệu một cách chính xác và hiệu quả, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và độ bền công trình.

Như vậy, Thbvn.com vừa chia sẻ những thông tin liên quan đến thang đo độ cứng. Nếu còn bất cứ băn khoăn thắc mắc nào khác cần được giải đáp, vui lòng liên hệ ngay Maydochuyendung.com hoặc Thbvietnam.com theo số HOTLINE: HN: 0904810817 - HCM: 0918132242 để được tư vấn chi tiết nhất.