Có khá nhiều bạn thường nghĩ rằng kim cương là kim loại cứng nhất. Và kim loại không thể cắt hoàn toàn bằng dao thì điều này cũng không chính xác. Bởi những thứ tưởng chừng như không thể lại hoàn toàn có thể. Vậy thứ tự độ cứng của kim loại như thế nào? Hãy cùng Điện máy Hoàng Liên khám phá những điều thú vị về độ cứng lớn nhất và thấp nhất thế giới nhé!
Thứ tự độ cứng của kim loại như thế nào? - Kim loại nào cứng nhất & mềm nhất?
Độ cứng của kim loại là gì?
Độ cứng của kim loại là khả năng chống lại sự biến dạng của kim loại dưới lực tác dụng. Đây là tiêu chí quan trọng để đánh giá độ bền và chất lượng của kim loại. Nó được sử dụng rộng rãi trong ngành cơ khí và lĩnh vực gia công tạo hình cho sản phẩm.
Bất kỳ một kim loại nào trước khi đưa vào sử dụng đều được tính toán kiểm tra kỹ lượng về độ cứng một cách cẩn thận. Việc đo chỉ số này được thực hiện trong những phòng thí nghiệm có quy mô đầy đủ với trang thiết bị cần thiết.
Lưu ý quan trọng khác bạn cần biết là độ cứng không phải là đặc tính. Nó khác hoàn toàn so với các đơn vị cơ bản của kim loại như chiều dài, khối lượng. Vì thế, hãy hiểu nó là kết quả của quá trình đo lường và xác định tính chất của kim loại đó.
|| Bài biết nổi bật:
- Bật mí cách nhận biết vàng và đồng chính xác 100%
- Hướng Dẫn #2 Cách Tìm Vàng Ở Suối Đơn Giản Hiệu Quả
Tại sao chúng ta cần quan tâm tới độ cứng kim loại?
Bảng tỷ lệ độ cứng của 1 số kim loại
Độ cứng kim loại có tác dụng biểu thị rõ ràng tính chất bề mặt của kim loại. Dù nó không phải là thông số biểu thị tính chất chung cho toàn sản phẩm. Nhưng thông qua độ cứng thì các bạn có thể nắm được khả năng chống mài mòn của vật liệu. Bởi độ cứng kim loại sẽ tỷ lệ thuận với khả năng chống mài mòn của vật liệu.
Đối với những vật liệu đồng nhất thì độ cứng có mối tương quan với khả năng gia công và giới hạn độ bền của vật liệu. Độ cứng càng cao thì vật liệu sẽ càng khó cắt và tạo hình trong các trường hợp thực tế.
Độ cứng của kim loại được phân thành mấy loại?
Hiện nay, độ cứng của kim loại được chia làm 2 loại là độ cứng thô đại và độ cứng tế vi.
- Độ cứng thô đại được sử dụng phổ biến, bởi mũi đâm và tải trọng đủ là yếu tố quan trọng và có ý nghĩa thực tiễn trong sản xuất.
- Độ cứng tế vi là loại độ cứng được sử dụng trong nghiên cứu. Bởi chỉ cần có một mũi đâm nhỏ là có thể tác động vào vật liệu.
Kiểm tra độ cứng là yếu tố quan trọng trong quy trình kiểm soát chất lượng. Việc kiểm tra độ cứng cho phép đánh giá chính xác các đặc tính của vật liệu về độ dẻo, độ bền, độ chống mòn. Từ đó, giúp bạn xác định vật liệu đó có phù hợp với yêu cầu/ mục đích hay không.
Thứ tự độ cứng của kim loại như thế nào?
Dưới đây là xếp hạng thứ tự độ cứng của kim loại:
Top 5 kim loại có độ cứng cao nhất thế giới
Top 1 - Crom [Cr]
Crom là kim loại cứng nhất chứ không phải kim cương
Được mệnh danh là “ông hoàng” trong “làng kim loại” về độ cứng là Crom. Crom có độ cứng lên tới 8.5 Mohs và con số này có thể sai lệch một chút do vấn đề tạp chất. Nhưng tính tới thời điểm hiện tại thì Cr vẫn được xếp là kim loại có độ cứng nhất hành tinh. Không chỉ có độ cứng đứng đầu mà Crom còn là kim loại nặng nhất với khối lượng riêng lên tới 7,2 gam/cm3.
Đây là nguyên tố ở dạng hợp chất và hợp chất phổ biến nhất của Crom là quặng Cromit FeO.Cr2O3. Và Crom là nguyên liệu chính trong việc chế tạo thép không gỉ.
Top 2 - Vonfram [W]
Kim loại Vonfram
Đứng ở vị trí thứ 2 trong bảng xếp hạng thứ tự độ cứng của kim loại đó chính là Vonfram với độ cứng là 7.5 Mohs. Và đây cũng là kim loại đứng vị trí tuyệt đối về độ bền kéo; với độ bền tối đa là 1510 Megapascals.
Nếu xét về độ bền kéo, W đứng đầu thì nhiệt độ nóng chảy của W cũng thuộc hàng “TOP”. Vì thế, kim loại này thường được sử dụng làm nguyên liệu cho ngành điện tử như chế tạo dây tóc bóng đèn, phụ kiện cho ngành hàng không, điện tử, quân đội,...
Top 3 - Osmi [Os]
Kim loại Osmi
Osmi là kim loại có màu trắng hơi xanh tương tự như kẽm, nặng và cứng. Nếu chấm độ cứng theo thang điểm Mohs thì nó được đánh giá ở mức 7,0 và trở thành kim loại đứng ở vị trí thứ 3 hành tinh cho tới thời điểm hiện tại.
Ngoài ra, Osmi cũng có nhiệt độ nóng chảy rất cao. Và nó đóng vai trò quan trọng trong việc chế tạo hợp kim và được dùng chủ yếu trong các hợp kim không gỉ để bịt đầu các ngòi bút hoặc các trụ bản lề dụng cụ. Bên cạnh đó, nó còn được sử dụng rộng rãi trong y tế.
Top 4 - Titan [Ti]
Kim loại Titan
Titan là một trong những kim loại cứng nhất với độ cứng 6.0Mohs cùng sức bền tối đa lên tới 430 Megapascals. Dù Titan có tính cứng cao, nhưng đây lại là một trong những kim loại nhẹ nhất. Kim loại Titan còn có ưu điểm là nhẹ hơn và cứng hợp thép.
Vì thế, nó đã trở thành chất liệu lý tưởng để sử dụng trong các ngành công nghiệp cần tới một kim loại mạnh có nhiệt độ nóng chảy cao.
Top 5 - Sắt [Fe]
Kim loại sắt
Xếp ở vị trí thứ 5 là sắt - kim loại được sử dụng phổ biến nhất thế giới. Và đây cũng là một trong những kim loại có trữ lượng dồi dào nhất trái đất. Sắt cũng thuộc dạng kim loại có độ cứng cao [độ cứng 4.0 Mohs], nên thích hợp sử dụng để chế tạo các loại thiết bị, đồ dùng.
Trong tự nhiên, sắt có trong các thiên thạch và các quặng sắt. Vì thế, người ta thường sử dụng máy dò kim loại để khảo sát và dò tìm chính xác các loại quặng kim loại, quặng sắt.
Kim loại có độ cứng thấp nhất là kim loại nào?
Cs - Kim loại có độ cứng thấp nhất
Khi nhắc tới kim loại có độ cứng thấp nhất thì nhiều người vẫn nhầm lẫn là Hg. Nhưng thực chất, đáp án cho câu hỏi này là Cs. Kim loại này có độ cứng chỉ 0.2 Mohs và nóng chảy ở nhiệt độ 28 độ C.
Kim loại này được phát hiện từ những năm 1860 và thông qua phương pháp vật lý độc đáo. Các ứng dụng đầu tiên của chất này là ứng dụng quy mô nhỏ “chất bắt giữ” trong ống chân không.
Thực tế thì kim loại Cs là nguyên tố tương đối hiếm và nó thường được ứng dụng trong ngành khai thác dầu mỏ. Đây được xem là chất lỏng khoan độc đáo và hữu ích nhất trong lĩnh vực này.
Chắc hẳn với những thông tin chia sẻ trên đã giúp các bạn có thể biết được thứ tự độ cứng của kim loại, loại nào có độ cứng cao nhất và loại nào thấp nhất. Hy vọng, thông qua bài viết này, các bạn sẽ có thêm nhiều kiến thức bổ ích khác để áp dụng vào cuộc sống.
Độ cứng là một đặc tính của vật liệu, không phải là tính chất của vật lý cơ bản. Nó được định nghĩa là khả năng chống lõm [thụt, lún] và được xác định bằng cách đo chiều sâu cố định của vết lõm [thụt, lún].
Nói một cách đơn giản hơn khi sử dụng một lực cố định [load],và một đầu vào vật liệu đã cho, vết lõm càng nhỏ vật liệu càng cứng. Giá trị độ cứng của vết lõm thu được bằng cách đo độ sâu hoặc diện tích của vết lõm và được sử dụng một trong 12 phương pháp thử khác nhau.
1.1. Kiểm tra độ cứng được sử dụng với hai đặc tính chung:
Đặc tính vật liệu
+ Test để kiểm tra vật liệu
+ Test để kiểm tra độ cứng
+ Test để xác nhận quá trình như tôi, ram, ủ, thấm...
+ Có thể sử dụng để dự đoán độ bền kéo
Chức năng
+ Test để xác nhận khả năng hoạt động như được thiết kế
+ Test để xác nhận khả năng hao mòn điện trở
+ Test để xác nhận khả năng khó khăn khi gia công cơ khí
+ Test để xác nhận khả năng chống va đập
1.2. Cân nhắc trước khi kiểm tra độ cứng
Các đặc điểm mẫu sau đây cần được xem xét trước khi lựa chọn phương pháp thử độ cứng để sử dụng
+ Vật liệu
+ Kích thước mẫu
+ Độ dày
+ Tỉ lệ
+ Hình dạng mẫu tròn, trụ, phẳng, không đều
Vật liệu
Loại vật liệu và độ cứng mong đợi sẽ xác định phương pháp thử. Các vật liệu như thép chịu lực, thép dụng cụ có kích thước hạt nhỏ và có thể được đo bằng thang Rockwell do sử dụng mũi bi kim cương và tải PSI cao. Vật liệu như gang và kim loại bột sẽ cần một bộ cảm biến lớn hơn nhiều như được sử dụng với thang đo Brinell. Các chi tiết rất nhỏ hoặc các phần nhỏ có thể cần phải được đo trên máy đo độ cứng bằng cách sử dụng Vickers hoặc thang đo Knoop.
Khi chọn thang đo độ cứng, hướng dẫn chung là chọn thang đo xác định tải trọng lớn nhất và đầu dò lớn nhất có thể mà không vượt quá các điều kiện hoạt động được xác định và tính toán các điều kiện có thể ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm.
Kích thước mẫu
Chi tiết nhỏ hơn, tải trọng nhẹ hơn cần thiết để tạo ra vết lõm cần thiết. Trên các bộ phận nhỏ, nó đặc biệt quan trọng để đảm bảo đáp ứng yêu cầu độ dày tối thiểu và khoảng cách vết lõm đúng cách tính từ bên trong và bên ngoài cạnh. Các chi tiết lớn hơn cần phải được kẹp chặt đúng cách để đảm bảo vị trí an toàn trong quá trình thử nghiệm mà không bị di chuyển hoặc trượt.
Mẫu hình trụ
Việc hiệu chỉnh kết quả thử nghiệm là cần thiết khi thử nghiệm trên các hình trụ có đường kính nhỏ do sự khác biệt giữa dòng vật liệu hướng trục và hướng tâm. Các yếu tố hiệu chỉnh vòng tròn được thêm vào kết quả thử nghiệm của bạn dựa trên đường kính của các bề mặt hình trụ lồi. Ngoài ra, điều quan trọng là duy trì khoảng cách tối thiểu bằng 2 ~ 1/2 lần đường kính vết lõmtừ cạnh hoặc một vết lõm tương tự.
Chiều dày mẫu
Mẫu kiểm tra phải có độ dày tối thiểu ít nhất bằng 10 lần độ sâu vết lõm đạt được. Độ dày cho phép được khuyến nghị cho phương pháp đo Rockwell.
2. Phương pháp đo độ cứng Brinell
Phương pháp đo độ cứng Brinell được sử dụng để xác định độ cứng Brinell. Thông thường, nó được sử dụng để kiểm tra các vật liệu có cấu trúc thô [hạt to] hoặc có bề mặt thô ráp, ví dụ: đúc và rèn. Thử nghiệm Brinell thường sử dụng một lực thử nghiệm rất cao 3000 kgf và một bi thép đường kính 10mm lên bề mặt kim loại.
Độ cứng Brinell được xác định bằng cách nhấn một khối cầu bằng thép cứng hoặc cacbit có đường kính D xác định dưới một tải trọng F cho trước, trong khoảng thời gian nhất định, bi thép sẽ lún sâu vào mẫu thử [Mũi thử trong phương pháp đo này là bi thép có đường kính 10 mm với lực ấn 3000 kg ấn lõm vào bề mặt kim loại. Đối với các kim loại mềm, lực ấn sẽ được giảm xuống 500 kg, và đối với các kim loại rất cứng, sẽ sử dụng đến bi thử Carbide Tungsten để giảm thiểu biến dạng đầu thử].
Trong phương pháp này, trị số độ cứng gọi là HB được xác định bằng áp lực trung bình, biểu thị bằng Newton trên 1 mm² diện tích mặt cầu do vết lõm để lại, độ cứng Brinell được tính theo công thức:
HB = số độ cứng Brinell
F = tải trọng được tính bằng kgf
D = đường kính của đầu đo hình cầu tính bằng mm
d = đường kính trung bình của hai đường chéo vuông góc d1 và d2 của vết lõm trên vật liệu tính bằng mm
Tại Mỹ, thử nghiệm Brinell thường được thực hiện trên sắt và thép đúc bằng cách sử dụng một lực lượng thử nghiệm 3000 Kgf và một mũi thử hình cầu bằng Carbide đánh bóng đường kính 10mm ấn lõm vào bề mặt vật liệu. Nhôm và các hợp kim mềm hơn khác thường được kiểm tra bằng cách sử dụng lực thử 500 Kgf và một mũi thử hình cầu bằng Carbide đường kính 10 hoặc 5mm.
Ở châu Âu, thử nghiệm Brinell được thực hiện bằng cách sử dụng một phạm vi rộng hơn với nhiều lực tải và kích thước mũi cầu . Nó phổ biến ở châu Âu để thực hiện kiểm tra Brinell trên các bộ phận nhỏ bằng cách sử dụng một mũi cầu Carbide đường kính 1 mm và lực thử nghiệm 1kgf.
Phương pháp Brinell được xác định theo các tiêu chuẩn ASTM E10; ISO 6506
Phương pháp đo độ cứng Brinell sử dụng một mũi cầu Carbide được đánh bóng. Cách kiểm tra như sau:
+ Máy đo độ cứng Brinell tác động đầu thử hình cầu vào mẫu bằng một lực kiểm tra được thiết lập chính xác.
+ Lực được duy trì trong một thời gian cụ thể, thường là 10 - 15 giây.
+ Sau khi thời gian dừng hoàn tất, đầu thử được lấy ra để lại vết lõm tròn trong mẫu.
+ Kích thước vết lõm được xác định bằng phương pháp quang học và đo hai đường chéo của vòng lõm bằng cách sử dụng hoặc kính hiển vi cầm tay hoặc kính hiển vi được tích hợp trên máy đo.
+ Số độ cứng Brinell là hàm của lực thử chia cho diện tích bề mặt cong của thụt lề. Sự thụt đầu dòng được coi là hình cầu với bán kính bằng một nửa đường kính của trái bóng. Trung bình của hai đường chéo được sử dụng trong công thức sau để tính toán Brinell độ cứng [HB].
Số Brinell, thường từ HB 50 đến HB 750 cho kim loại, sẽ tăng lên khi mẫu trở nên cứng hơn.
Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về phương pháp đo độ cứng Rockwell, Vicker và Knoop.