Home / Cơ Khí / Học cơ khí_Bài 3: KIM LOAI VÀ HƠP KIM

Học cơ khí_Bài 3: KIM LOAI VÀ HƠP KIM

 

phan-loai-hop-kim-dong-thiec-duc-dong-dai-bai

MỘT SỐ TÍNH CHẤT cơ BẢN CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

Kim loại và hợp kim cùa chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để chế tạo các chi tiết máy. Tuy nhiên trong sản xuất cần phải dựa vào các yêu cầu kỹ thuật để lựa chọn kim loại và hợp kim thích hợp, bảo đảm chất lượng và kinh tế của sản phẩm. Muốn vậy phải nắm dược các tính chất cơ bản của chúng.

Thông thường kim loại và hợp kim được đánh giá bằng các tính chất cơ bản sau đây.

3.1.1.      Cơ tính

Cơ tính là những đặc trưng cơ học biểu thị khả năng của kim loại hay hợp kim chịu tác dụng của các loại tải trọng. Các đặc trưng đó bao gồm:

a)       Độ bền

Độ bển là khả năng của vật liệu chịu tác dụng của ngoại lực mà khống bị phá huỷ. Độ bển được lý hiệu ơ (xích ma), thứ nguyên là lực/dơn vị diện tích: kG/mm2, N/mm2, Pa, MPa, psi, ksi.

TCVN : kG/mm2; ISO: Pa, MPa; Anh, Mỹ: psi, ksi.

Tuỳ theo ngoại lực ta có các loại độ bển:

– Độ bển kéo (P > 0; ơk> 0);

–        Độ bển nén (P < 0; ơn < 0);

–         Độ bền uốn (ơu > 0, ơu< 0), độ bền xoắn,…

Chú ý:

lkG/mm2 = 10 N/mm2; lPa = 107kG/mm2; lMPa = 106Pa; lpsi = 6,9.103 Pa = 6,9MPa; lksi = 102 psi = 6,9MPa.
1.10

Trên hình 3:1 giới thiệu sơ đồ mẫu thử độ bền kéo. Khi đặt ngoại lực p (N) lên một thanh kim loại có diện tích tiết diện ngang F0 (mm2), dài £0 mm.

Trong vật thể xuất hiện ứng lực – ứng suất kéo, quy ước dương (dấu +), nghĩa là ơk > 0.

Giá trị độ bền kéo dược tính theo (3.1):

 

 

 

Untitled

Tương tự ta có độ bền nén và uốn khi ngoại lực là kéo và uốn.

Độ bền nén ký hiệu ơn và mang dấu (-), nghĩa là ơn < 0.

Úng suất uốn ký hiệu ơu có thể nén hoặc kéo.

Tại thời điểm khi p đạt đến giá trị nào dó làm cho thanh kim loại bị đứt sẽ ứng với giới hạn phá hủy của vật liệu đó.

Điều kiện bền xác định như sau:       ơ< [ơ ]

ơ: Úng suất sinh ra trong vật liệu dưới tác dụng của ngoại lực.

[ơ]: Úng suất cho phép của vật liệu (có thể kéo, nén, uốn,…).

Chú ý:

– Giới hạn đàn hổi ơjh là ứng suất lớn nhất sinh ra trong mẫu mà khi bỏ lực tác dụng mẫu không bị biến dạng. Điều đó khó xảy ra nẻn thường xác định ứng suất tương ứng với biến dạng dư 0,01 – 0,05 và ký hiệu ơ001 – ơ005.

–      Giới hạn chảy ơch là ứng suất tại đó vật liệu bãt đầu “chảy” tức là ứng suất bé nhất bắt đầu gây ra biến dạng dẻo. Thường dùng giới hạn chảy quy ước ơ() 2 là ứng suất tương ứng với biến dạng dư của mẫu thử là 0,2.

Giới hạn bền ơb là ứng suất lớn nhất gây ra phá hủy mẫu thử.

b)      Độ dẻo

Độ dẻo là khả năng biến dạng dẻo của vật liệu và là đặc tính công nghệ quan trọng. Nó được đặc trưng bởi các chỉ tiêu sau.

–        Độ dãn dài tương đối và độ co thắt tiết diện tương dổi
Độ dãn dài tương dối 5 % là tỷ lệ tính theo phần trăm giữa lượng dãn dài tuyệt đối (A £) so với chiều dài ban đầu /0được tính theo:

Untitled

Ỏ đây:    và í, là độ dài mẫu trước và sau khi kéo tính cùng đơn vị đo (mm).

Vật liệu có độ dãn dài (5 %) càng lớn thì càng dẻo và ngược lại.

Độ co thắt tiết diện tương dối ĩp là tỷ lộ tính theo phần trăm giữa lượng co tiết diện tuyệt đối (A F) so với tiết diện ban đầu F(,và được tính theo công thức:

Untitled

Trong đó:              A F = F0-F.

Vật liệu được coi là dẻo khi có độ dãn dài tương đốiô đạt khoảng vài chục phần trăm. Khi độ dẻo đạt từ (10+100)% được gọi là siêu dẻo.

– Độ dai va chạm (ak):

Là khả nãng chịu tải trọng tác dụng đột ngột (hay gọi là tải trọng va đập) cùa vật liệu mà không bị phá huỷ, ký hiệu ak. Sơ đồ đo độ dai va chạm như hình 3.2.

 

Đo-độ-dai-va-chạm

hình 3.2.

Độ dai va chạm dược xác định theo công thức :

ak = Ak/F (kGm/cm2; Nm/cm2, J/mm2; kJ/m2)

Ak là công phá hủy, F là diện tích mặt cắt ngang chữ nhật có rãnh khía 10×8 mm.

Chú ý:1J = lNm; kGm/cm2 = 10J/cm2= 100kJ/m2; lkJ/m2 = 0,01 kGm/cm2.

c)     Độ cứng

Độ cứng là khả năng của vật liệu chống lại biến dạng dẻo cục bộ khi có ngoại lực tác dụng thông qua vật nén cứng hơn nó. Nếu cùng một giá trị lực nén, diện tích vết lõm càng lớn, càng sâu thì độ cứng của mầu đo càng kém. Có hai loại độ cứng: thô đại và tế vi. Thường dùng độ cứng thô đại vì mũi đâm và tải trọng đủ lớn để làm biến dạng hạt hoặc pha. Khi đo độ cứng tế vi người ta phải dùng mũi do và tải trọng bé tác động vào hạt hoặc pha riêng rẽ với trợ giúp của kính hiển vi quang học.

Đo độ cứng là phương pháp thử đơn giản và nhanh chóng để xác định tính chất của vật liệu mà không cần phá hỏng chi tiết. Độ cứng có thể đo bằng nhiều phương pháp nhưng đểu dùng tải trọng ấn vào mũi đo là viên bi bằng thép đã tôi hoặc mũi côn bằng kim cương hoặc mũi chóp kim cương lên bề mặt của vật liệu muốn thử. Độ cứng dược xác định thông qua kích thước vết lõm in trên bề mặt vật liệu đo.

– Độ cứng Brinen HB (đo theo phương pháp Brinen).

Đê đo độ cứng Brinen ta dùng tải trọng p để ấn viên bi bằng thép đã tôi có đường kính D lên bề mặt vật liệu muốn thử (hình 3.3a).

nguyen-ly-do-do-cung-HBW

(hình 3.3a).

 

a) Phuong pháp đo Bhnen; b, c) Phương pháp đo Rockwell; d) Phương pháp đo Vicke. Đơn vị độ cứng Brinen là kG/mm2.

Tuỳ theo chiều dày của mầu thử mà chọn đường kính viên bi D thích hợp, dồng thời tuỳ theo tính chất của vật liệu mà chọn tải trọng p cho phù hợp.

+ Đối với thép và gang D = lOmm, p = 30D2 = 3000kG, thời gian giữ tải trọng t = 15 giây được coi là phép đo chuẩn và được ký hiệu là HB229 (không cần ghi thứ nguyên).

Khi đo ở các diều kiện khác buộc phải ghi đầy đủ các điều kiện trên:

Ví dụ: HBmm, 278 : đo với viên bi D = 6 mm, lực đo p = 800kG, thời gian duy trì t = 15 s, dộ cứng 278kG/mm2.

+ Đối vối đồng và hợp kim đồng: p = 10D2.

+ Đối với nhôm, babít và các hợp kim mềm khác: p = 2,25D2.

Đỏ cứng Brinen đươc tính theo công thức: HB = P/F

Ở đây, F là diện tích mặt cầu của vết lõm (mm2) và:

coong-thức

Trong đó:

D là đường kính viên bi (mm); d là đường kính đáy chỏm cầu của vết lõm (mm);

Độ cứng HB dùng kiểm tra những vật liệu có độ cứng thấp không vượt quá 450 (kG/mm2).

Ưu điểm của độ cứng HB là có quan hộ bậc nhất với độ bền:

ơb = k.HB (kG/mm2

Hệ sô’ k chỉ ra trong bảng 3.1.

Bảng 3.1. Hệ sô’ k

Vật liệu Hệ sốk Ghi chú
Thép cán (trử thép không gỉ, thép bén nóng) 0,34
Thép đúc 0,3-0,4
Gang xám (HB—60)/6
Đổng, dóng thau, đống thanh ở trạng thái biến cứng 0,4
Đóng, dóng thau, đóng thanh ở trạng thái ủ 0,55
Đóng, đổng thau, đóng thanh ởtrạng thải biến cứng 0,4
Đuara 0,35

 

Nhược điểm:

+ Chỉ đo được vật có độ cứng nhỏ hơn HB450.

+ Mẫu đo phẳng, đủ dày và không do được trên thành phẩm.

+ Không cho phép đo trên các mặt cong (ví dụ: trục,…).

+ Thời gian đo dài.

Trong thực tế thường dùng độ cứng Rockwell.

– Độ cứng Rockwell, ký hiệu HR (hình 3.3b,c)

Độ cứng HR gồm: HRC, HRA, HRB

Độ cứng HR tiện lợi và nhanh hơn, kết quả đọc ngay trên máy, đo được những vật liệu tương đối mềm đến cứng, vết lõm khá nhỏ không ảnh hường đến chất lượng lớp bề mặt, có thể đo vật mỏng, lớp hoá bền.

Khác với HB, HR không có thứ nguyên mà là độ cứng quy ước xác định bởi chiều sâu dư e gây ra do tải trọng chính đặt vào khi đo (không tính tải trọng sơ bộ f=10 kG) và cách xác định như sau (bảng 3.2).

Bảng 3.2. Các thang đo và ứng dụng của chúng

Thangđo Kýhiệu Mũi đo Lưcđo(kG) Hệsốk ứng dụng Tải trọng sơ bô(kG)
Ac HRAHRC Mũi nón kim cương với góc đinh 120° 140 100 Đo bé mặt dả tòi 10
B HRB Bi thép đă tôi, D=1,588mm (1/6 in) 90 130 Đo độ cứng vừa phải như thép ủ, thường hoà, gang dúc 10

Trong khi thử, độ cứng được chỉ trực tiếp trên bảng chia. Cứ chiểu sâu dư e nói trên tăng thêm 0,002 mm thì độ cứng giảm đi 1 đơn vị so với mức khởi tính, nghĩa là : HC = k – e, trong đó : e = h / 0,002 mm, h là chiều sâu vết lõm (mm) k là mức khởi tính tuỳ thang đo.

Tuy nhiên để đo độ cứng lớp có chiều dày dưới 0,3 mm ta phải dùng các thang super với tải trọng đặt vào nhỏ hơn.

-Độ cứng Vicke.

Dùng mũi kim cương hình chóp dáy vuông, góc giữa 2 mặt đối xứng bằng 136° (hình 3.3d) ấn lên bề mặt của mẫu thử hoặc chi tiết với tải trọng p từ 5 – 120kG, thường p = 5; 10; 20; 30;50;100 và 120kG. Trong đó p=30 kG, thời gian ấn t= 10— 15 s, được coi là tiêu chuẩn.