So sánh độ cứng của kim loại

Độ cứng của kim loại là gì? Độ cứng là khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ thông qua mũi đâm.

• Độ cứng chỉ biểu thị tính chất bề mặt mà không biểu thị tính chất chung cho toàn bộ sản phẩm
• Độ cứng biểu thị khả năng chống mài mòn của vật liệu, độ cứng càng cao thì khả năng mài mòn càng tốt
• Đối với vật liệu đồng nhất  [như trạng thái ủ] độ cứng có quan hệ với giới hạn bền và khả năng gia công cắt. Độ cứng cao thì giới hạn bền cao và khả năng cắt kém.

Độ cứng tế vi thường được dùng trong nghiên cứu, vì mũi đâm nhỏ có thể tác dụng vào từng pha của vật liệu.

Có 3 loại độ cứng nhưng đều kí hiệu chữ H ở đầu, vì độ cứng trong Tiếng anh là Hardness

Công thức xác định độ cứng

HB=F/S= 2F[piD[D-căn bậc 2 [D2-d2] [kG/mm2]

HV=1,854F/d2 [kG/mm2]

BẢNG TRA ĐỘ CỨNG VẬT LIỆU KIM LOẠI HRC - HRB - HB - HV

Kim loại là đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Việc nghiên cứu các đặc tình của kim loại nhằm tìm ra tác dụng, vị trí ứng dụng phù hợp nhất cho những loại vật chất đó. Một trong những đặc tính vật lý quan trọng nhất mà chúng ta cần xem xét chính là độ cứng. Vậy nên, hãy cùng điểm qua danh sách những kim loại cứng nhất này tinh ngay trong bài viết dưới đây.

Các phương pháp xác định độ cứng kim loại phổ biến nhất

Thang đo độ cứng Mohs

Thang đo độ cứng Mohs được phát triển bởi nhà khoáng vật học người Đức Friedrich Mohs vào năm 1812. Nguyên lý cơ bản để xây dựng thang dựa vào tính chất kim loại có độ cứng lớn hơn sẽ làm trầy kim loại có độ cứng nhỏ hơn. Đây là một trong những thang đo độ cứng quan trọng, thường được sử dụng để tham khảo trong nghiên cứu khoa học.

Thang đo Mohs là một thang đo độ cứng tương đối, nghĩa là dựa trên những kim loại, khoáng vật tiêu chuẩn để xác định vị trí của kim loại, khoáng vật khác trên thang chứ không quy tính chất này ra một đơn vị tiêu chuẩn cụ thể.

Phương pháp đo độ cứng Brinell

Đây là một trong những phương pháp kiểm tra độ cứng có tuổi thọ cao nhất khi được kỹ sư Johan August Brinell phát minh vào năm 1900. Phương pháp này xác định độ cứng bằng việc nhấn một khối cầu thép cứng/ cacbit lên mẫu thử. Từ những số liệu về đường kính khối cấu, tải trọng, thời gian và độ lớn, sâu của diện tích tác động sẽ tính ra được độ cứng của kim loại.

Phương pháp đo của Brinell khá chính xác khi vật liệu dưới 450HB, trong các trường hợp kim loại cứng hơn sai số thường khá lớn. Vì vậy, phương pháp đo này ít được ứng dụng trong việc xác định kim loại cứng nhất.

Phương pháp đo độ cứng Rockwell

Phương pháp đo độ cứng Rockwell được Hugh M.Rockwell [1890-1957] và Stanley P.Rockwell [1886-1940] tìm ra và công nhận vào năm 1914. Với phương pháp này, độ cứng của kim loại lần lượt được kiểm tra bằng một mũi nhọn kim cương có góc định 120°, bán kính cong 0.2mm và một viên bi thép được tôi cứng. 

Quy trình kiểm tra độ cứng theo phương pháp Rockwell được thực hiện khá nhanh chóng tuy nhiên thang đo không cố định do sử dụng vật thử khác nhau nên việc so sánh đối chứng thường khá phức tạp.

Phương pháp Vickers

Phương pháp Vicker được xem là giải pháp thay thế phù hợp cho phương pháp Brinell khi việc tính toán độ cứng kim loại không bị phụ thuộc nhiều vào kích cỡ hay chất liệu thử. Hiện nay, để xác kim loại cứng nhất, phương pháp đo của Vickers thường được sử dụng phối hợp với thang đo Mohs để cho ra kết quả sau cùng.

Danh sách những kim loại cứng nhất hành tinh

Vonfram là một trong những kim loại cứng nhất mà bạn có thể tìm thấy trong tự nhiên. Một tên gọi khác của Vonfram là Wolfram, loại nguyên tố hóa học có màu xám thép/ trắng, có nhiệt độ nóng chảy cao nhất nhất chỉ sau cacbon [3422 °C/ 6192 °F]. Nguyên tố này rất cứng và nặng [19.25 g/cm3]. Dạng Vonfram tinh khiết cũng như các hợp chất và hợp kim của nó được ứng dụng rất nhiều trong ngành điện do tính chất dẫn điện, khả năng bảo vệ chống mài mòn cực tốt.

Iridium [Iridi] được Smithson Tennant tìm ra vào năm 1803, là kim loại chuyển tiếp có màu trắng bạc thuộc nhóm platin. Nguyên tố Iridi là nguyên tố đặc đứng thứ hai chỉ sau osmi và có nhiệt độ tan chảy cao, khả năng chống ăn mòn tốt.

Vì những tính chất vật lý, hóa học vượt trội nên dù Iridi là nguyên tố hiếm, có sản lượng tiêu thụ chỉ ở mức 3 tấn/năm, nó vẫn được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp và nhiều lĩnh vực khác nhau như chế biến nồi nung, các loại thiết bị hỗ trợ sản xuất hóa chất, sản xuất bugi được sử dụng trong ô tô,…

Ở vị trí thứ ba trong list những kim loại cứng nhất là chính là thép – một loại hợp kim khá quen thuộc với nhiều người. Thành phần chính của thép là Sắt [Fe] và Cacbon [C]. Ngoài ra, tùy theo những yêu cầu khác nhau về độ cứng, độ đàn hồi, khả năng uốn dẻo,… có thể sử dụng thêm một vài nguyên tố hóa học để kiểm soát những tính chất đó.

Cũng vì nguyên nhân này mà hiện nay trên thế giới có rất nhiều các loại thép với tính chất tương ứng cho công dụng như sử dụng trong xây dựng, cơ khí, các ngành công nghiệp,… Bên cạnh đó, nếu áp dụng thêm các kỹ thuật luyện thép đặc biệt thì sản phẩm sau cùng sẽ có khả năng chịu nhiệt tốt, cứng hơn và chống mài mòn tốt hơn.

Năm 1804, hai nhà hóa học người Anh là  Smithson Tennant và William Hyde Wollaston đã phát hiện ra nguyên tố Osmium. Osmium là kim loại thuộc họ platin, là nguyên tố đặc nhất với mật độ 22,59 g/cm3. Cũng vì lý do này mà nhiệt độ nóng chảy của một trong những kim loại cứng nhất hành tinh này lên đến mức 3033 ° C, mức nhiệt khiến việc tác động đến Osmium trở nên khó khăn hơn.

Osmium có thể được sử dụng cùng với các kim loại khác cùng nhóm platin để tạo ra các hợp kim chất lượng, ứng dụng trong nhiều môi trường yêu cầu độ cứng và độ bền của kim loại.

Kim loại thứ 5 trong bảng xếp hạng kim loại cứng nhất là Chromium hay còn được gọi là Crom. Dựa trên thang đo Mohs, Crom nằm ở vị trí hàng đầu với khả năng chống trầy xước cực tốt ở mức 8.5. Kim loại Crom cúng được đánh giá rất cao về độ cứng và khả năng chống ăn mòn.

Crom có những tính chất phù hợp để sử dụng trong chế biến, sản xuất hợp kim. Hàng năm, đến 85% sản lượng tiêu thụ kim loại này đều được sử dụng cho mạ điện và sản xuất thép.

Titan cũng là một loại kim loại chuyển tiếp có màu trắng bạc. Tỷ trọng thấp khiến cho Titan nhẹ hơn rất nhiều so với hầu hết các kim loại khác, đặc biệt là những cái tên nằm trong danh sách kim loại cứng nhất thế giới được giới thiệu phía trên. Titan có độ bền cao, không bị ăn mòn trong nước biển, nước cường toan hay clo.

Các tính chất của Titan khiến loại hợp kim này đặc biệt phù hợp để chế biến các loại động cơ phản lực, tên lửa, phi thuyết hay trong các nhà máy lọc, nhà máy sản xuất hóa chất.

=> Vừa học vừa nghe nhạc ở đây