Phương pháp kiểm tra cơ học đối với má phanh gang dùng trong toa xe lửa (Lựa chọn máy đo độ cứng má phanh)

Việc lựa chọn thiết bị kiểm tra cơ khí cho má phanh gang phải tuân thủ tiêu chuẩn: ICS 45.060.20. Tiêu chuẩn này quy định việc kiểm tra tính chất cơ học được chia thành hai phần:

1. Thử nghiệm kéo

Việc này phải được thực hiện theo các quy định của tiêu chuẩn ISO 6892-1:2019. Kích thước và chất lượng gia công của mẫu thử kéo phải đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn ISO 185:2005.

2. Phương pháp kiểm tra độ cứng

Việc này phải được thực hiện theo tiêu chuẩn ISO 6506-1:2014. Mẫu thử độ cứng phải được cắt từ nửa dưới của thanh thử được đúc riêng; nếu không có thanh thử, phải lấy một má phanh, bào bớt 6mm – 10mm từ cạnh của nó, và đo độ cứng tại 4 điểm thử, lấy giá trị trung bình làm kết quả thử.

Cơ sở của phương pháp kiểm tra độ cứng

Tiêu chuẩn ISO 6506-1:2014 “Vật liệu kim loại – Thử nghiệm độ cứng Brinell – Phần 1: Phương pháp thử nghiệm” quy định nguyên lý, ký hiệu và giải thích, thiết bị thử nghiệm, mẫu thử, quy trình thử nghiệm, độ không chắc chắn của kết quả và báo cáo thử nghiệm đối với phép thử độ cứng Brinell của vật liệu kim loại.

2.1 Lựa chọn thiết bị thử nghiệm: Máy đo độ cứng Brinell (Khuyến nghị sử dụng đầu tiên)

Ưu điểm: Diện tích vết lõm lớn, có thể phản ánh độ cứng tổng thể của vật liệu gang (gang có thể có cấu trúc không đồng đều), và kết quả mang tính đại diện hơn.

Sản phẩm này phù hợp với gang có độ cứng trung bình và thấp (HB 80 – 450), bao phủ đầy đủ phạm vi độ cứng của má phanh gang.

Quy trình thực hiện tương đối đơn giản, và yêu cầu về độ nhẵn bề mặt của mẫu vật cũng tương đối thấp (thường thì Ra 1,6 – 6,3μm là đủ).

2.2 Nguyên lý của phép thử độ cứng Brinell

Nguyên lý có thể được tóm tắt như sau: Một viên bi hợp kim cứng (hoặc viên bi thép tôi) có đường kính 10mm được ấn vào bề mặt mẫu dưới một lực thử nhất định (ví dụ: 3000kgf). Sau khi đo đường kính vết lõm, giá trị độ cứng (HBW) được tính toán để đặc trưng cho khả năng chống biến dạng dẻo của vật liệu. Ưu điểm cốt lõi của phương pháp này nằm ở tính đại diện cao của kết quả, có thể phản ánh đặc tính độ cứng vĩ mô của vật liệu. Đây là một phương pháp kinh điển được sử dụng rộng rãi trong kiểm tra hiệu năng của vật liệu kim loại.

2.3 Ký hiệu và giải thích về giá trị độ cứng Brinell

Định nghĩa cốt lõi của giá trị độ cứng Brinell (HBW) là: tỷ lệ giữa lực thử (F) và diện tích bề mặt vết lõm (A), với đơn vị là MPa (nhưng thường thì đơn vị không được ghi rõ, chỉ sử dụng giá trị số). Công thức tính toán như sau: HBW = πD(D−D2−d2​)2 × 0,102 × F
Ở đâu:

F là lực thử (đơn vị: N);

D là đường kính đầu ấn (đơn vị: mm);

d là đường kính trung bình của vết lõm (đơn vị: mm);

Hệ số “0,102” là hệ số chuyển đổi được sử dụng để chuyển đổi đơn vị lực thử nghiệm từ kgf sang N (nếu tính trực tiếp bằng N, công thức có thể được đơn giản hóa).

Từ công thức có thể thấy rằng, với cùng một lực thử và đường kính đầu ấn, đường kính vết ấn càng nhỏ thì khả năng chống biến dạng dẻo của vật liệu càng mạnh, và giá trị độ cứng Brinell càng cao; ngược lại, giá trị độ cứng càng thấp.

Theo đặc tính vật liệu của má phanh gang (gang xám), các thông số của phép thử độ cứng Brinell thường như sau:

Lực thử (F): Thông thường, người ta sử dụng 3000kgf (29,42kN), và ký hiệu độ cứng tương ứng là “HBW 10/3000”.

Lưu ý: Nếu mẫu thử mỏng hoặc vật liệu mềm, lực thử có thể được điều chỉnh (ví dụ: 1500kgf hoặc 500kgf) theo tiêu chuẩn ISO 6506-1:2014, nhưng điều này phải được ghi rõ trong báo cáo thử nghiệm.