| Biết được tính chất, công dụng của một số loại vật liệu dùng trong ngành cơ khí. |
I – MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU
Muốn chọn đúng vật liệu theo yêu cầu sử dụng cần phải biết các tính chất đặc trưng của nó.
Vật liệu có các tính chất cơ học, lí học và hoá học khác nhau. Ở đây chỉ giới thiệu ba tính chất đặc trưng về cơ học là độ bền, độ dẻo và độ cứng.
1. Độ bền
Độ bền biểu thị khả năng chống lại biến dạng dẻo hay phá huỷ của vật liệu dưới tác dụng của ngoại lực. Độ bền là chỉ tiêu cơ bản của vật liệu. Giới hạn bền σb đặc trưng cho độ bền của vật liệu. Vật liệu có giới hạn bền càng lớn thì độ bền càng cao. Giới hạn bền được chia thành hai loại :
– Giới hạn bền kéo σbk (N/mm2), đặc trưng cho độ bền kéo của vật liệu.
– Giới hạn bền nén σbn đặc trưng cho độ bền nén của vật liệu.
2. Độ dẻo
Độ dẻo biểu thị khả năng biến dạng dẻo của vật liệu dưới tác dụng của ngoại lực.
Độ dãn dài tương đối δ (%) đặc trưng cho độ dẻo của vật liệu. Vật liệu có độ dãn dài tương đối δ càng lớn thì có độ dẻo càng cao.
3. Độ cứng
Độ cứng là khả năng chống lại biến dạng dẻo của lớp bề mặt vật liệu dưới tác dụng của ngoại lực thông qua các đầu thử có độ cứng cao được coi là không biến dạng.
Trong thực tế thường sử dụng các đơn vị đo độ cứng sau đây :
– Độ cứng Brinen (kí hiệu HB) dùng khi đo độ cứng của các loại vật liệu có độ cứng thấp. Vật liệu càng cứng có chỉ số đo HB càng lớn.
Ví dụ : Gang xám có độ cứng nằm trong khoảng 180 ÷ 240HB.
– Độ cứng Rocven (kí hiệu HRC) dùng khi đo độ cứng các loại vật liệu có độ cứng trung bình hoặc độ cứng cao như thép đã qua nhiệt luyện. Vật liệu càng cứng có chỉ số đo HRC càng lớn.
Ví dụ : Thép 45 sau khi nhiệt luyện có độ cứng nằm trong khoảng 40 ÷ 45HRC.
– Độ cứng Vicker (kí hiệu HV) dùng khi đo độ cứng của các vật liệu có độ cứng cao. Vật liệu càng cứng thì có chỉ số đo HV càng lớn.
Ví dụ : Hợp kim cứng có độ cứng từ 13500 ÷ 16500HV dùng để chế tạo phần cắt của dao cắt dùng trong gia công cắt gọt kim loại.
(?) Vì sao phải tìm hiểu một số tính chất đặc trưng của vật liệu ?
II – MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU THÔNG DỤNG
Ngoài các vật liệu kim loại đã học ở lớp 8 như gang, thép,... bài này giới thiệu thêm một số loại vật liệu thông dụng khác (bảng 15.1).
Bảng 15.1. Một số loại vật liệu thông dụng dùng trong ngành cơ khí
| Tên vật liệu | Thành phần | Tính chất | Ứng dụng | |
| Vật liệu vô cơ | Hợp chất hoá học của các nguyên tố kim loại với các nguyên tố không phải kim loại hoặc của các nguyên tố không phải kim loại kết hợp với nhau. Ví dụ : Gốm Coranhdong. | Độ cứng, độ bền nhiệt rất cao (làm việc được ở nhiệt độ 2000°C + 3000°C) | Dùng chế tạo đá mài, cao các mảnh dao cắt, các chi tiết máy trong thiết bị sản xuất sợi dùng cho công nghiệp dệt. | |
| Vật liệu hữu cơ (pôlime) | Nhựa nhiệt dẻo | Hợp chất hữu cơ tổng hợp. Ví dụ : Pôliamit (PA) | Ở nhiệt độ nhất định chuyển sang trạng thái chảy dẻo, không dẫn điện. Gia công nhiệt được nhiều lần. Có độ bền và khả năng chống mài mòn cao. | Dùng chế tạo bánh răng cho các thiết bị kéo sợi. |
| Nhựa nhiệt cứng | Hợp chất hữu cơ tổng hợp. Ví dụ : – Êpoxi. – Pôlieste không no. | Sau khi gia công nhiệt lần đầu không chảy hoặc mềm ở nhiệt độ cao, không tan trong dung môi, không dẫn điện, cứng, bền. | Dùng để chế tạo các tấm lắp cầu dao điện, kết hợp với sợi thuỷ tinh để chế tạo vật liệu compôzit. | |
| Vật liệu compozit được tạo thành từ vật liệu cốt (có tác dụng tăng độ bền) và vật liệu nền (có tác dụng iên kết vật liệu cốt lại với nhau) | Compozit nền là kim loại | – Vật liệu nền là côban. – Vật liệu cốt là các loại cácbít như cácbít Vonfram (WC), cácbít tantan (TaC),... Ví dụ : Hợp kim cứng | Độ cứng, độ bền, độ bền nhiệt cao (làm việc được ở nhiệt độ 800°C÷1000°C). | Dùng chế tạo bộ phận cắt của dụng cụ cắt trong gia công cắt gọt. |
| Compôzit nền là vật liệu hữu cơ | Ví dụ 1: Nền là êpôxi, cốt là cát vàng, sỏi. Ví dụ 2: Nền là êpôxi, cốt là nhôm ôxit Al2O3 dạng hình cầu có cho thêm sợi các bon. | Độ cứng, độ bền cao, độ giãn nở vì nhiệt thấp. Độ bền rất cao (tương đương thép), nhưng có khối lượng riêng nhỏ. | Dùng chế tạo thân máy công cụ, thân máy đo. Dùng chế tạo các chi tiết máy hay các kết cấu yêu cầu có độ bền cao nhưng khối lượng nhỏ, ví dụ cánh tay rô bốt | |
Câu hỏi
1. Hãy nêu các tính chất cơ học đặc trưng của vật liệu dùng trong ngành cơ khí.
2. Nêu tính chất và công dụng của vật liệu hữu cơ pôlime dùng trong ngành cơ khí.
3. Nêu tính chất và công dụng của vật liệu compozit dùng trong ngành cơ khí.
Thông tin bổ sung
THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN KÉO VÀ ĐỘ DẺO CỦA VẬT LIỆU
Để xác định độ bền kéo và độ dẻo của vật liệu, người ta tiến hành thí nghiệm kéo mẫu hình trụ theo tiêu chuẩn (hình 15.1a), có các thông số như sau :
– Đường kính ban đầu : do = 10mm.
– Trên mẫu vạch dấu một đoạn có chiều dài Lo = 10do = 100mm.
Hình 15.1. Thí nghiệm kéo mẫu để xác định độ bền kéo và độ dẻo của vật liệu
a) Mẫu ban đầu ; b) Mẫu đang bị kéo ; c) Mẫu sau khi bị kéo đứt.
Thí nghiệm được tiến hành như sau :
Một đầu mẫu được giữ chặt, một đầu đặt lực kéo có giá trị là P (hình 15.1b). Tăng dần giá trị lực kéo P tới khi mẫu bị đứt (hình 15.1c) :
– Đường kính tại tiết diện mẫu bị đứt là dị.
– Ghép hai nửa mẫu bị đứt, đo chiều dài đoạn giữa hai vạch dấu ban đầu, được kích thước L1.
1. Độ bền
Giới hạn bền kéo σbk (còn gọi là ứng suất bền kéo) được xác định như sau :
Trong đó : – P* là lực kéo lớn nhất tác dụng lên mẫu ;
– Fo là tiết diện ngang lúc ban đầu của mẫu
2. Độ dẻo
Độ dãn dài tương đối ô được xác định bằng biểu thức :
