Kim loại và hợp kim đóng vai trò then chốt trong ngành công nghiệp chế tạo máy. Để đảm bảo chất lượng và tính kinh tế của sản phẩm, việc hiểu rõ các tính chất của chúng là vô cùng quan trọng. Bài viết này sẽ đi sâu vào cơ tính của kim loại và hợp kim, bao gồm độ bền, độ cứng, độ dẻo, độ dai va chạm và các phương pháp đo lường chúng.
 

1. Độ bền

• Khái niệm:
  • Độ bền là khả năng của vật liệu chịu tác dụng của ngoại lực mà không bị phá hủy.
  • Được ký hiệu bằng σ (xích ma).
• Các loại độ bền:
  • Độ bền kéo (σk): Khả năng chịu lực kéo.
  • Độ bền nén (σn): Khả năng chịu lực nén.
  • Độ bền uốn (σu): Khả năng chịu lực uốn.
  • Độ bền cắt (τ): Khả năng chịu lực cắt.
• Phương pháp đo độ bền kéo:
  • Sử dụng máy kéo để kéo mẫu thử đến khi đứt.
  • Tính toán độ bền kéo theo công thức: σk = P/F
    • P: Lực kéo (N).
    • F: Diện tích tiết diện ngang của mẫu (mm²).
• Ứng dụng:
  • Lựa chọn vật liệu phù hợp với tải trọng làm việc.
  • Đảm bảo độ bền và độ tin cậy của chi tiết máy.

2. Độ cứng

• Khái niệm:
  • 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.
• Các phương pháp đo độ cứng:
  • Độ cứng Brinell (HB): Sử dụng viên bi thép để ấn lên bề mặt vật liệu.
  • Độ cứng Rockwell (HRC, HRB, HRA): Sử dụng viên bi thép hoặc mũi kim cương để ấn lên bề mặt vật liệu.
  • Độ cứng Vickers (HV): Sử dụng mũi kim cương hình chóp để ấn lên bề mặt vật liệu.
• Độ cứng Brinell (HB):
  • Sử dụng viên bi thép đường kính D để ấn lên bề mặt vật liệu với tải trọng P.
  • Tính toán độ cứng Brinell theo công thức: HB = P/F
    • F: Diện tích mặt cầu của vết lõm (mm²).
• Độ cứng Rockwell (HRC, HRB, HRA):
  • Sử dụng viên bi thép hoặc mũi kim cương để ấn lên bề mặt vật liệu với tải trọng P.
  • Đọc kết quả trực tiếp trên đồng hồ đo.
• Độ cứng Vickers (HV):
  • Sử dụng mũi kim cương hình chóp để ấn lên bề mặt vật liệu với tải trọng P.
  • Tính toán độ cứng Vickers theo công thức: HV = 1,8544 * P/d²
    • d: Đường chéo của vết lõm (mm).
• Ứng dụng:
  • Đánh giá khả năng chống mài mòn của vật liệu.
  • Kiểm tra chất lượng nhiệt luyện của chi tiết máy.

3. Độ dẻo

• Khái niệm:
  • Độ dẻo là khả năng của vật liệu biến dạng dẻo dưới tác dụng của ngoại lực mà không bị phá hủy.
• Các chỉ tiêu đánh giá độ dẻo:
  • Độ dãn dài tương đối (δ): Tỷ lệ phần trăm giữa lượng dãn dài sau khi kéo và chiều dài ban đầu.
  • Độ thắt tiết diện tương đối (ψ): Tỷ lệ phần trăm giữa lượng thắt tiết diện sau khi kéo và diện tích tiết diện ban đầu.
• Công thức tính độ dãn dài tương đối:
  • δ = (l1 - l0)/l0 * 100%
    • l0: Chiều dài ban đầu của mẫu (mm).
    • l1: Chiều dài sau khi kéo của mẫu (mm).
• Ứng dụng:
  • Lựa chọn vật liệu cho các chi tiết chịu biến dạng dẻo.
  • Đánh giá khả năng gia công dập vuốt của vật liệu.

4. Độ dai va chạm

• Khái niệm:
  • Độ dai va chạm là khả năng của vật liệu chịu đựng tải trọng va đập mà không bị phá hủy.
• Ký hiệu:
  • ak (J/mm²) hoặc (kJ/m²).
• Phương pháp đo:
  • Sử dụng máy thử va đập để đo năng lượng cần thiết để phá hủy mẫu thử.
• Ứng dụng:
  • Lựa chọn vật liệu cho các chi tiết chịu tải trọng va đập.
  • Đảm bảo an toàn cho các chi tiết máy trong quá trình làm việc.

5. Ảnh hưởng của hợp kim đến cơ tính

• Hợp kim có thể cải thiện cơ tính của kim loại cơ bản.
• Ví dụ: Thêm carbon vào sắt để tạo thành thép có độ bền và độ cứng cao hơn.
• Các nguyên tố hợp kim khác nhau có ảnh hưởng khác nhau đến cơ tính.

Kết luận

Cơ tính là một trong những tính chất quan trọng nhất của kim loại và hợp kim. Việc hiểu rõ và đo lường chính xác cơ tính giúp lựa chọn vật liệu phù hợp và đảm bảo chất lượng của sản phẩm.