Phần 2: Phương pháp thử và kiểm tra chất lượng vật liệu

Cùng một vật liệu có thể cho kết quả khác nhau nếu phương pháp thử, thang đo, nhiệt độ thử hoặc vị trí lấy mẫu không giống nhau. Sự chênh lệch này không nhất thiết xuất phát từ chất lượng vật liệu mà có thể nằm ở cách thực hiện phép thử và điều kiện tạo ra kết quả.

Vì vậy, khi đánh giá chất lượng vật liệu, chỉ ghi nhận kết quả cuối cùng là chưa đủ. Phòng chất lượng cần xác định rõ chỉ tiêu được thử, tiêu chuẩn áp dụng, vị trí và hướng lấy mẫu, điều kiện thử và thiết bị sử dụng.

Đây là cơ sở để đối chiếu kết quả thử với chứng chỉ, so sánh giữa các lô vật liệu và đưa ra kết luận nghiệm thu có căn cứ.

1. Phân biệt phép thử

Các phương pháp kiểm tra chất lượng vật liệu có thể được chia thành hai nhóm chính: phép thử phá hủy và phép thử không phá hủy.

Nhóm phương pháp	Đặc điểm	Ý nghĩa đối với quá trình nghiệm thu
Phép thử phá hủy	Cần lấy mẫu và tác động đến mẫu cho đến khi biến dạng hoặc phá hủy theo yêu cầu phép thử	Cần xác định trước yêu cầu lấy mẫu, vị trí lấy mẫu và điều kiện thử
Phép thử không phá hủy	Kiểm tra vật liệu hoặc chi tiết mà không làm mất khả năng sử dụng dự kiến	Có thể thực hiện trên vật liệu hoặc chi tiết nếu đáp ứng điều kiện của phương pháp

Sự khác biệt này ảnh hưởng trực tiếp đến thời điểm đặt yêu cầu thử nghiệm.

Với phép thử phá hủy, mẫu thường phải được cắt hoặc chuẩn bị theo quy định của phương pháp thử. Nếu yêu cầu không được đưa vào đơn hàng từ trước, sau khi vật liệu đã được sản xuất và giao nhận, không thể mặc định nhà cung cấp có sẵn kết quả thử theo đúng vị trí và điều kiện mong muốn.

Đối với phép thử không phá hủy, việc thực hiện sau khi nhận hàng vẫn cần đáp ứng yêu cầu về thiết bị, điều kiện bề mặt và phương pháp áp dụng.

Phân loại phép thử giúp xác định phương pháp phù hợp và thời điểm cần thống nhất yêu cầu, không chỉ đơn thuần là lựa chọn dụng cụ đo.

2. Mỗi phương pháp thử đánh giá một đặc tính khác nhau

Không có một phép thử duy nhất có thể phản ánh toàn bộ tính chất cơ học và tình trạng của vật liệu.

Mỗi phương pháp được xây dựng để xác định những chỉ tiêu cụ thể.

Phương pháp thử	Tiêu chuẩn áp dụng	Đặc tính được đánh giá	Đặc điểm thực hiện
Thử độ cứng Brinell	EN ISO 6506-1	Độ cứng thông qua kích thước vết ấn	Tạo vết ấn trên bề mặt
Thử độ cứng Rockwell	EN ISO 6508-1	Độ cứng thông qua độ sâu vết ấn	Tạo vết ấn trên bề mặt
Thử kéo	EN ISO 6892-1	Giới hạn chảy, giới hạn bền, độ giãn dài	Phép thử phá hủy
Thử va đập	EN ISO 148-1	Khả năng hấp thụ năng lượng va đập tại điều kiện thử xác định	Phép thử phá hủy
Kiểm tra siêu âm	EN 10160	Độ nguyên vẹn bên trong của thép tấm theo phạm vi phương pháp	Phép thử không phá hủy

Với thử độ cứng, phép đo tạo ra vết ấn trên bề mặt nhưng thông thường không yêu cầu cắt mẫu hoặc phá hủy toàn bộ chi tiết. Vì vậy, cần phân biệt mức độ tác động của phép thử độ cứng với các phép thử phá hủy như thử kéo và thử va đập.

Các tiêu chuẩn trong bảng quy định phương pháp và điều kiện thử tương ứng. Khi nghiệm thu, cần sử dụng đúng phương pháp đã được xác định trong yêu cầu kỹ thuật.

3. Lựa chọn phương pháp đo độ cứng Brinell và Rockwell

Brinell và Rockwell đều được sử dụng để đánh giá độ cứng của vật liệu kim loại. Tuy nhiên, hai phương pháp có nguyên lý tạo và xác định vết ấn khác nhau.

Nội dung so sánh	Brinell	Rockwell
Nguyên lý đánh giá	Xác định độ cứng thông qua kích thước vết ấn	Xác định độ cứng thông qua độ sâu vết ấn
Đặc điểm vết ấn	Thường sử dụng vết ấn lớn hơn	Thường sử dụng vết ấn nhỏ hơn
Điều kiện cần cân nhắc	Vật liệu có tổ chức không đồng đều, cần kết quả đại diện trên vùng đo rộng hơn	Cần thực hiện phép đo nhanh tại nhiều vị trí
Thiết bị đo	Có thiết bị phục vụ đo tại hiện trường	Có thiết bị thuận tiện cho việc đo tại xưởng

3.1. Vết ấn lớn có thể đại diện tốt hơn cho vật liệu không đồng nhất

Với vật liệu có tổ chức không đồng đều, một vết ấn lớn có thể bao phủ nhiều thành phần tổ chức hơn so với vết ấn nhỏ.

Kết quả vì vậy có thể phản ánh tốt hơn đặc tính trung bình của vùng được đo.

Đây là một trong những lý do cần lựa chọn phương pháp theo đặc điểm vật liệu và mục đích đánh giá, thay vì chỉ dựa trên sự thuận tiện của thiết bị.

Tuy nhiên, khả năng áp dụng vẫn phụ thuộc vào chiều dày, kích thước chi tiết, điều kiện bề mặt và yêu cầu cụ thể của phương pháp thử.

3.2. Không nên so sánh trực tiếp kết quả từ hai thang độ cứng

Kết quả Brinell và Rockwell không sử dụng cùng một thang giá trị.

Việc quy đổi giữa hai thang có thể được thực hiện trong những phạm vi nhất định, nhưng kết quả quy đổi không có độ chính xác tuyệt đối cho mọi nhóm vật liệu.

Tình huống	Cách xử lý phù hợp
So sánh hai lô cùng loại vật liệu	Sử dụng cùng một phương pháp và thang đo; ưu tiên cùng thiết bị khi điều kiện cho phép
Chứng chỉ sử dụng thang khác với thiết bị tại xưởng	Ưu tiên kiểm tra theo thang ghi trên chứng chỉ bằng phương pháp phù hợp
Bắt buộc phải quy đổi	Ghi rõ kết quả đã quy đổi, tài liệu quy đổi được sử dụng và phạm vi áp dụng

Các bảng quy đổi được xây dựng từ dữ liệu thực nghiệm trên những nhóm vật liệu và dải độ cứng nhất định.

Khi sử dụng ngoài phạm vi đó, sai lệch có thể tăng, đặc biệt với vật liệu có độ cứng cao hoặc tổ chức không đồng nhất.

Vì vậy, giá trị quy đổi không nên tự động được sử dụng như một kết quả đo trực tiếp trong tiêu chí nghiệm thu.

Bạn có thể tìm hiểu thêm về cách phân biệt giá trị bảo đảm, trị số điển hình và giá trị quy đổi trong Phần 1: Chứng chỉ và chứng từ vật liệu chứng minh điều gì?

4. Vị trí và hướng lấy mẫu ảnh hưởng đến kết quả thử

Một phép thử có thể được thực hiện đúng phương pháp nhưng vẫn chưa đại diện cho điều kiện làm việc thực tế nếu vị trí hoặc hướng lấy mẫu không phù hợp.

Với thép tấm, ba yếu tố cần được xác định gồm:

Yếu tố	Ảnh hưởng đến kết quả
Vị trí trên tấm	Kết quả tại mép và giữa tấm có thể khác nhau
Hướng lấy mẫu	Mẫu theo hướng dọc và ngang hướng cán có thể cho kết quả khác nhau
Vị trí theo chiều dày	Tính chất tại lớp ngoài và vùng giữa chiều dày không nhất thiết giống nhau

Vì vậy, với các phép thử cần lấy mẫu, yêu cầu kỹ thuật phải xác định rõ vị trí và hướng lấy mẫu khi đây là những yếu tố ảnh hưởng đến mục đích đánh giá.

Ví dụ, nếu chi tiết chịu tải theo một hướng xác định, hướng lấy mẫu cần được xem xét tương ứng với điều kiện chịu tải của chi tiết.

Nếu không quy định trước, nhà cung cấp có thể thực hiện lấy mẫu theo điều kiện mặc định của tiêu chuẩn hoặc quy trình sản xuất. Kết quả đó có thể hợp lệ nhưng chưa chắc đáp ứng mục đích đánh giá riêng của nhà máy.

Vị trí và hướng lấy mẫu là một phần của điều kiện thử, cần được xác định trước khi sử dụng kết quả để so sánh hoặc nghiệm thu.

5. Nhiệt độ thử là thông tin bắt buộc khi đánh giá độ dai va đập

Với phép thử va đập theo EN ISO 148-1, nhiệt độ thử ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả.

Cùng một vật liệu có thể cho giá trị năng lượng hấp thụ khác nhau khi thử ở các mức nhiệt khác nhau.

Vì vậy, khi đọc kết quả thử va đập, cần xác định:

phương pháp thử áp dụng
nhiệt độ thử
vị trí và hướng lấy mẫu
kết quả được công bố

Một giá trị độ dai va đập không kèm nhiệt độ thử là một kết quả chưa đủ thông tin để đánh giá và so sánh.

Điểm này đặc biệt quan trọng khi lựa chọn vật liệu cho những chi tiết phải làm việc hoặc chịu tác động ở nhiệt độ thấp.

Nếu nhà máy cần kết quả thử tại một mức nhiệt chỉ định, yêu cầu phải được ghi rõ trước khi đặt hàng.

Không nên sử dụng kết quả thử ở một mức nhiệt khác để mặc định kết luận vật liệu đáp ứng yêu cầu tại nhiệt độ làm việc thực tế.

6. Độ hồi đàn hồi cần được kiểm tra khi uốn thép cường lực cao

Khi uốn nguội, thép có xu hướng hồi lại một phần sau khi lực uốn được loại bỏ. Hiện tượng này được gọi là hồi đàn hồi.

Mức hồi đàn hồi không chỉ phụ thuộc vào tính chất vật liệu mà còn liên quan đến thiết lập thực tế của máy uốn, hình dạng chày và các điều kiện gia công.

Với thép cường lực cao, độ hồi đàn hồi có thể lớn hơn so với thép thông thường.

Điều này có nghĩa để đạt cùng một góc thành phẩm, quá trình gia công có thể cần điều chỉnh góc uốn ban đầu để bù lại phần hồi đàn hồi.

Ví dụ, khi chuyển từ một cấp thép thông thường sang thép cường lực cao, không nên mặc định sử dụng nguyên thiết lập máy uốn đã áp dụng trước đó.

Bảng thông số có thể cung cấp giá trị tham khảo, nhưng kết quả thực tế còn phụ thuộc vào thiết bị gia công.

Vì vậy, cần thử uốn trên chính máy sẽ sử dụng để xác định thiết lập phù hợp, thay vì chỉ dựa vào thông số lý thuyết.

7. Kiểm tra siêu âm cần được thỏa thuận từ giai đoạn đặt hàng

Kiểm tra siêu âm theo EN 10160 được sử dụng để đánh giá độ nguyên vẹn bên trong thép tấm theo phạm vi của phương pháp.

Đây là phép kiểm tra không phá hủy, giúp phát hiện những bất thường bên trong mà quan sát bề mặt không thể nhận biết trực tiếp.

Tuy nhiên, kiểm tra siêu âm không phải yêu cầu mặc định đối với mọi lô thép tấm.

Nếu nhà máy cần kết quả kiểm tra siêu âm, yêu cầu phải được xác định và thỏa thuận trước khi đặt hàng.

Điều này đặc biệt cần lưu ý với những chi tiết có yêu cầu về độ nguyên vẹn bên trong, chẳng hạn chi tiết dày, chịu tải hoặc dự kiến có nhiều mối hàn.

Nếu đơn hàng không quy định yêu cầu này, không nên mặc định nhà cung cấp sẽ giao kèm kết quả kiểm tra siêu âm.

Khi cần thực hiện bổ sung sau khi hàng đã giao, phải đánh giá lại điều kiện thực hiện, phạm vi kiểm tra và trách nhiệm chi phí theo thỏa thuận giữa các bên.

8. Kiểm tra chất lượng vật liệu tại xưởng cần lưu ý những gì?

Không phải mọi chỉ tiêu đều có thể được xác định bằng dụng cụ cầm tay tại kho hoặc xưởng gia công.

Một số phép đo có thể thực hiện trực tiếp trên vật liệu. Những phép thử khác cần thiết bị chuyên dụng hoặc phòng thí nghiệm.

Nội dung kiểm tra	Khả năng thực hiện tại xưởng	Điều kiện cần lưu ý
Độ cứng bề mặt	Có thể thực hiện bằng thiết bị phù hợp	Cần xác định sai số thiết bị và chuẩn bị bề mặt
Độ dày	Có thể đo trực tiếp bằng dụng cụ đo kích thước	Đo tại các vị trí phù hợp; khung khảo sát sử dụng 3 điểm mỗi tấm
Bề mặt và mép	Có thể kiểm tra trực quan và bằng dụng cụ phù hợp	Đối chiếu tiêu chí bề mặt, mép đã thỏa thuận
Giới hạn chảy, giới hạn bền và độ giãn dài	Cần thiết bị thử kéo	Xác định tiêu chuẩn, vị trí và hướng lấy mẫu
Độ dai va đập	Cần thiết bị thử va đập	Phải xác định nhiệt độ thử và điều kiện mẫu
Độ nguyên vẹn bên trong bằng siêu âm	Cần thiết bị siêu âm chuyên dụng	Thực hiện theo tiêu chuẩn và phạm vi kiểm tra đã thỏa thuận

Như vậy, việc một chỉ tiêu không thể kiểm tra bằng dụng cụ cầm tay không có nghĩa nhà máy không thể kiểm tra lại.

Vấn đề là cần xác định thiết bị, phương pháp, điều kiện thử và bộ phận thực hiện phù hợp.

8.1. Ba lỗi thường gặp khi đo độ cứng tại xưởng

Kết quả đo độ cứng có thể bị ảnh hưởng đáng kể bởi trạng thái bề mặt.

Lỗi khi đo	Ảnh hưởng có thể xảy ra
Đo trên bề mặt còn sơn lót	Số đo có thể thấp hơn giá trị thực tế của vật liệu nền
Đo trên bề mặt chưa được chuẩn bị phẳng	Kết quả có thể không ổn định giữa các lần đo
Đo trên vùng đã bị biến dạng nguội	Số đo có thể cao hơn do ảnh hưởng của biến cứng

Các lỗi này không nhất thiết gây sai lệch theo cùng một hướng.

Ví dụ, lớp sơn có thể ảnh hưởng đến khả năng tiếp xúc của thiết bị, trong khi vùng bị biến dạng nguội có thể có độ cứng khác với trạng thái vật liệu ban đầu.

Vì vậy, khi phát hiện kết quả bất thường, cần kiểm tra trạng thái bề mặt và điều kiện đo trước khi kết luận vật liệu không đạt.

8.2. Sai số của máy đo cầm tay phải được xác định trước khi nghiệm thu

Máy đo độ cứng cầm tay có thể cho kết quả khác với phép thử tiêu chuẩn thực hiện trong phòng thí nghiệm.

Sự chênh lệch phụ thuộc vào loại thiết bị, điều kiện sử dụng và phương pháp đo.

Do đó, trước khi sử dụng kết quả để đưa ra kết luận nghiệm thu, cần xác định:

thiết bị được sử dụng
phương pháp đo
điều kiện bề mặt
sai số hoặc độ không đảm bảo đo liên quan
phạm vi kết quả có thể sử dụng

Biên bản cần ghi rõ tên thiết bị đo, thay vì chỉ lưu lại một giá trị độ cứng.

Nếu chưa xác định được sai số thiết bị và điều kiện thực hiện, kết quả cầm tay nên được sử dụng để đánh giá ban đầu, không mặc định thay thế kết quả thử nghiệm theo phương pháp đã thỏa thuận.

9. Trách nhiệm của các bộ phận

Quá trình kiểm tra chất lượng vật liệu cần được tổ chức từ giai đoạn xác định yêu cầu kỹ thuật đến khi lập và lưu biên bản đo.

Nội dung công việc	Bộ phận phụ trách
Xác định các phép thử cần thực hiện trước khi đặt hàng	Phòng chất lượng
Ghi yêu cầu về vị trí, hướng lấy mẫu và điều kiện thử vào đơn hàng	Bộ phận mua sắm
Kiểm tra chất lượng vật liệu tại kho và xưởng	Phòng chất lượng hoặc kho theo phạm vi được giao
Xác định sai số và điều kiện sử dụng thiết bị đo cầm tay	Bộ phận hoặc nhân sự thực hiện phép đo
Thực hiện thử kéo, thử va đập và các phép thử chuyên dụng	Phòng thí nghiệm hoặc đơn vị thử nghiệm phù hợp
Thử uốn thực tế trên thiết bị gia công	Xưởng gia công
Lưu kết quả thử và biên bản đo theo lô	Phòng chất lượng

Trong đó, xác định phép thử và điều kiện thử trước khi đặt hàng là bước quan trọng để bảo đảm kết quả nhận được có thể sử dụng đúng mục đích.

Nếu chỉ phát hiện yêu cầu khi vật liệu đã về kho, nhà máy có thể phải tổ chức thử nghiệm bổ sung hoặc không còn đủ điều kiện lấy mẫu như dự kiến ban đầu.

10. Lưu ý khi áp dụng kiến thức

Một, các phép thử phá hủy cần được xác định từ giai đoạn đặt hàng nếu nhà máy yêu cầu kết quả thử trên chính lô hàng với vị trí và điều kiện cụ thể. Sau khi nhận hàng, không thể mặc định bổ sung được đúng dữ liệu theo yêu cầu ban đầu.

Hai, Brinell và Rockwell sử dụng các phương pháp và thang đo khác nhau. Khi so sánh vật liệu, nên ưu tiên cùng một phương pháp và điều kiện thử thay vì sử dụng giá trị quy đổi nếu không cần thiết.

Ba, vị trí và hướng lấy mẫu có thể ảnh hưởng đến kết quả. Các thông tin này phải được xác định theo tiêu chuẩn và yêu cầu kỹ thuật của ứng dụng.

Bốn, độ hồi đàn hồi khi uốn phụ thuộc vào vật liệu và thiết lập thực tế của máy. Với thép cường lực cao, cần thử uốn trên chính thiết bị gia công để xác định thông số phù hợp.

Năm, thiết bị đo cầm tay có sai số. Kết quả đo tại xưởng có thể hỗ trợ phát hiện bất thường nhưng không mặc định thay thế phép thử tiêu chuẩn đã được yêu cầu để nghiệm thu.

Sáu, các lỗi đo độ cứng thường gặp và cách nhận diện hướng sai lệch là kinh nghiệm kiểm tra tại xưởng, không phải một tiêu chuẩn độc lập.

Một kết quả thử chỉ có ý nghĩa khi đi kèm đầy đủ phương pháp, điều kiện thử và nguồn dữ liệu. Sử dụng đúng tiêu chuẩn, xác định vị trí lấy mẫu và ghi nhận thiết bị đo giúp phòng chất lượng so sánh các lô vật liệu trên cùng cơ sở, đồng thời hạn chế tranh chấp phát sinh từ sự khác biệt trong cách thực hiện phép thử.