CÁC PHƯƠNG PHÁP THỬ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
Thử kéo
a. Phương pháp đo
Để xác định được giá trị độ bền kéo của kim loại và hợp kim trước tiên phải chế tạo mẫu của vật liệu đó. Mẫu được chế tạo theo tiêu chuẩn của từng nước. Ở Việt Nam mẫu thử có tiết diện hình tròn hoặc hình chữ nhật (Hình 1.10 – a, b). Sau đó mẫu được kẹp trên máy kéo nén vạn năng được truyền động bằng cơ khí hoặc thủy khí
Khi tiến hành kéo mẫu trên máy, máy sẽ vẽ biểu đồ quan hệ giữa lực kéo và biến dạng của mẫu. Tùy theo tính chất của vật liệu là vật liệu dẻo (thép, đồng, nhôm…) hay vật liệu dòn (gang) mà ta có các dạng biểu đồ tương ứng
Trên biểu đồ quan hệ lực kéo và biến dạng của mẫu làm bằng vật liệu dẻo ta thấy có các giai đoạn như sau:
OA: Giai đoạn đàn hồi, quan hệ giữa lực và biến dạng là quan hệ bậc nhất lực kéo lớn nhất gọi là lực tỉ lệ Ptl.
b. Ý nghĩa
Nhờ các chỉ tiêu phản ánh độ bền của kim loại và hợp kim mà ta đánh giá được khả năng sử dụng của kim loại và hợp kim đó:
– Khả năng chịu tải trọng tĩnh: nếu các chi tiết máy có cùng hình dáng, kích thước, nhưng làm bằng các vật liệu khác nhau thì:
+ Vật liệu nào có lớn hơn sẽ có khả năng chịu được tải trọng lớn hơn mà vẫn đảm bảo được tính đàn hồi.
+ Vật liệu nào có lớn hơn sẽ chịu được tải trọng lớn hơn mà vẫn không bị biến dạng.
+ Vật liệu nào có lớn hơn sẽ có khả năng chịu được tải trọng lớn hơn mà vẫn chưa bị phá hủy.
– Tuổi thọ sử dụng: nếu các chi tiết máy làm việc cùng chịu tải trọng như nhau nhưng được làm từ các loại vật liệu khác nhau thì vật liệu nào có độ bền cao hơn sẽ có tuổi thọ lâu hơn.
– Làm nhỏ gọn kết cấu: nếu các chi tiết máy có cùng kết cấu và được chế tạo từ những vật liệu khác nhau thì chi tiết máy nào làm bằng vật liệu nào có độ bền cao hơn sẽ có kích thước nhỏ gọn hơn.
Thử độ cứng
Mỗi loại vật liệu khác nhau sẽ có độ cứng khác nhau. Để đánh giá độ cứng người ta sử dụng các phương pháp đo độ cứng khác nhau như: phương pháp đo độ cứng Brinen, phương pháp đo độ cứng Rocvel, phương pháp đo độ cứng Vicke.
a. Phương pháp thử
v Phương pháp đo độ cứng Brinen
Người ta dùng tải trọng của máy ép thử để ấn viên bi thép lên bề mặt mẫu. Trị số độ cứng được tính theo công thức sau:
Trong đó:
P: tải trọng của máy thử (kg).
F: diện tích mặt chỏm cầu vết lõm (mm2).
Nếu gọi đường kính viên bi là D, đường kính vết lõm là d, chiều sâu vết lõm là h thì ta có công thức tính độ cứng như sau:
vPhương pháp đo độ cứng Rocvel
Phương pháp này cũng dùng lực để ép đầu thử lên bề mặt mẫu, đầu thử có thể là viên bi thép hoặc mũi côn kim cương có góc ở đỉnh là 1200.
Đồng hồ trên máy thử có 3 thang đo A, B, C tương ứng với các lực thử P1 = 60 kg, P2 = 100 kg, P3 = 150 kg. Mỗi thang đo có ký hiệu hoặc đơn vị lần lượt như sau:
Thang A: lực thử P1, mũi thử kim cương. Ký hiệu (đơn vị): HRA.
Thang B: lực thử P2, mũi thử là viên bi thép. Ký hiệu (đơn vị): HRB.
Thang C: lực thử P3, mũi thử kim cương. Ký hiệu (đơn vị): HRC.
Thang đo B dùng để đo các vật liệu mềm, kích thước nhỏ và trung bình và thường là các thành phẩm (kim loại màu hoặc thép đã ủ hoặc thường hóa).
Thang đo A dùng để đo các vật liệu cứng và mỏng (hợp kim cứng, thép đã tôi)
Thang đo C dùng để đo các vật liệu cứng và dày (thường là các sản phẩm bằng thép đã tôi như khuôn dập)
vPhương pháp đo độ cứng Vicke
Dùng mũi đo kim cương hình chóp đáy là hình vuông, góc giữa hai mặt đối xứng là 1360
Độ cứng Vike được ký hiệu bằng HV (kg/mm2):
Trong đó: P là tải trọng (kg), d là độ dài đường chéo của vết lõm (mm2).
Phương pháp đo độ cứng Vicke được dùng để đo cho cả vật liệu cứng và vật liệu mềm.
b. Ý nghĩa
– Thông qua độ cứng của vật liệu có thể đặc trưng cho tính chất làm việc của các chi tiết máy:
+ Khả năng chống mài mòn: bề mặt chi tiết máy có độ cứng càng cao thì khả năng chống mài mòn càng tốt.
+ Khả năng cắt gọt của dao hoặc khuôn dập nguội: độ cứng của dao càng cao thì khả năng cắt gọt càng tốt, năng suất làm việc sẽ lớn.
– Thông qua độ cứng có thể đặc trưng cho tính công nghệ của vật liệu ở dạng phôi:
+ Mỗi loại vật liệu khác nhau sẽ có khoảng gia công cắt thích hợp theo một hệ số độ cứng nhất định, ví dụ như thép có trị số độ cứng thích hợp nhất là từ 150 – 200HB.
+ Khả năng mài bóng: độ cứng càng cao thì khả năng mài bóng càng tốt.
c. Quan hệ giữa các loại độ cứng
Giữa các loại độ cứng trên không có mối quan hệ toán học, muốn biết được mối quan hệ giữa các loại độ cứng ta phải tra bảng. Nhưng trong thực tế có thể quan niệm độ cứng cao hay thấp (đối với thép) theo các chỉ tiêu sau:
– Loại độ cứng dễ cắt gọt hoặc dập nguội: trị số nhỏ hơn 220HB, 20HRC, 100HRB.
– Loại độ cứng trung bình: trị số khoảng 250 – 450 HB, 25 – 45 HRC.
– Loại độ cứng cao: khoảng 50 – 64 HRC.
– Loại độ cứng rất cao: trị số lớn hơn 64 HRB hoặc 84 HRA.
Thử va đập
Để thử độ dai va đập người ta thực hiện trên máy thử va đập bằng lực đập của búa với độ cao h để phá hủy mẫu kim loại.
Có hai loại mẫu được sử dụng để xác định độ dai va đập:
Mẫu charpy có kích thước 10x10x55mm, khi thử phải ngàm hai đầu trên máy.
Mẫu Izod có kích thước 10x10x75 mm, xẻ rãnh chữ V sâu 2 mm cách một đầu 28mm và ngàm tại đầu này trên máy.
Quả búa con lắc của máy đập vào mặt đối diện chỗ xẻ rãnh, đồng hồ của máy chỉ giá trị công phá hủy mẫu.
Độ dai va đập ak được xác định bởi công thức:
Trong đó: A là công để phá hỏng mẫu (Nm), F là diện tích mặt cắt ngang của mẫu tại chỗ xẻ rãnh (m2).
