Microsoft Word PP THU KEO VL HOC DC 2013 doc BK TP HCM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU Hướng dẫn thí nghiệm Vật liệu học Đại cương PHƯƠNG PHÁP THỬ KÉO VẬT LIỆU.
BK TP.HCM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM - TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU Hướng dẫn thí nghiệm Vật liệu học Đại cương: PHƯƠNG PHÁP THỬ KÉO VẬT LIỆU Nhóm biên soạn: ThS Nguyễn Thái Hịa - ThS Lưu Tuấn Anh Lưu hành nội Tp.Hồ Chí Minh, tháng 09-2013 Khoa CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU Bài thí nghiệm: HƯỚNG DẪN THỬ KÉO MỤC ĐÍCH VÀ U CẦU - Nắm vững tính tốn ứng suất biến dạng vật liệu qua phương pháp thử kéo – phương pháp đo tính vật liệu - Khái niệm phương pháp xác định độ bền kéo đứt với nhóm vật liệu bản: kim loại, polymer composite - Phương pháp sử dụng máy thử kéo cho phép đo tính cụ thể LÝ THUYẾT Trong phương pháp xác định tính chất học vật liệu, thử kéo kéo nén đơn (một chiều) nhiệt độ thường phương pháp ứng dụng rộng rãi nghiên cứu kỹ nghệ Thử kéo đơn phương pháp tác động lực từ từ lên mẫu chế tạo theo tiêu chuẩn, kéo đứt rời Bằng thử kéo xây dựng giản đồ ứng suất biến dạng quy ước sở xác định đặc trưng học sau: - Đặc trưng bền - bao gồm: giới hạn đàn hồi σđh; giới hạn chảy quy ước σ0,2; giới hạn bền quy ước σb; giới hạn bền thực Sk; - Độ dẻo - tiêu độ dãn đứt tương đối δ%; độ co thắt tương đối Ψ% 2.1 Biểu đồ kéo Sau đưa mẫu thử vào máy thử kéo hay máy chuyên dụng, ta xây dựng biểu đồ kéo (Hình 1) Từ đó, xác định giá trị độ bền, độ dẻo vật liệu mẫu thử Biểu đồ kéo biểu thị mối quan hệ tải trọng đặt vào độ dài thêm mẫu ứng suất quy ước với độ biến dạng (Hình 2) Hình 1: Biểu đồ thử kéo Trang Khoa CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU Hình 2: Các dạng biểu đồ thử kéo 2.2 Độ bền Độ bền tiêu nhất, biểu thị khả chống lại biến dạng dẻo hay phá hủy vật liệu Theo giá trị tăng dần có giới hạn đàn hồi, giới hạn chảy, giới hạn bền Khi xác định giới hạn này, người ta dùng khái niệm ứng suất quy ước (tải trọng chia cho diện tích mặt cắt ngang ban đầu, khơng tính đến giảm diện tích mặt cắt ngang kéo) a Giới hạn đàn hồi σdh (giới hạn tỷ lệ) Là ứng suất quy ước lớn mà biểu đồ kéo thể theo đường thẳng (tuyến tính), sau bỏ tải trọng mẫu trở lại kích thước ban đầu σ dh = Pa [Mpa] F0 Pa : tải trọng ứng với điểm a (điểm cao đoạn thẳng biểu đồ kéo) F0 : diện tích mặt cắt ngang ban đầu mẫu Trong thực tế, nhiều vật liệu kim loại khó xác định tải trọng Pa cách xác biến đổi từ thẳng sang cong không xảy đột ngột Người ta quy ước xác định Pa cách xác định biến dạng dư sau bỏ trọng Pa Nếu biến dạng dư không đáng kể nhỏ giá trị cho trước (thường độ dãn dài tương đối 0,001; 0,003 0,005%) ta xác định tải trọng quy ước Pa Trừ số vật liệu cần tính đàn hồi thép, hợp kim làm nhíp, lị xo…., người ta xác định tiêu b Giới hạn chảy σc Trang Khoa CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU Là ứng suất quy ước mà vật liệu bắt đầu chảy, tức tiếp tục biến dạng với ứng suất khơng đổi Đó đoạn nằm ngang biểu đồ kéo Nhiều vật liệu khơng có đoạn chảy với ứng suất khơng đổi phải xác định giới hạn chảy quy ước σ0,2 ; tức ứng suất quy ước mà độ giãn dài dư tương đối 0,2% sau bỏ tải trọng σ 0,2 = P0, [MPa] F0 P0,2 : tải trọng đặt vào (ứng với độ dãn dài 0,2%) Giới hạn chảy vật liệu thường tính theo σ0,2 Ngồi ra, ta cịn gặp giới hạn chảy tương ứng với với đại lượng biến dạng toàn phần quy ước σ0,5 Nó ứng suất quy ước ứng với tải trọng đặt vào có độ giãn dài toàn phần tương đối 0,5% σ 0,5 = Ptp F0 [MPa] Ptp : tải trọng tương ứng với độ dãn dài toàn phần tương đối 0,5% c Giới hạn bền σb Là ứng suất quy ước tương ứng với lực kéo lớn mà mẫu chịu đựng trước đứt σb = Pb [MPa] F0 Pb : tải trọng tác dụng lớn lên mẫu biểu đồ kéo So với giới hạn đàn hồi giới hạn chảy, giới hạn bền dễ xác định đo tải trọng Pb khơng liên quan đến việc đo xác độ biến dạng 2.3 Độ dẻo Độ dẻo xác định thay đổi kích thước chiều dài mặt cắt ngang mẫu sau bị kéo đứt so với trạng thái ban đầu a Độ giãn dài tương đối (sau đứt) δ Là tỷ số tính theo phần trăm độ giãn dài tuyệt đối mẫu sau đứt với chiều dài tính tốn ban đầu δ= L1 − L0 100% L0 L0 : chiều dài ban đầu mẫu L1 : chiều dài sau đứt mẫu b Độ thắt tương đối (sau đứt) ψ Là tỷ số tính theo phần trăm độ thắt tuyệt đối mẫu sau đứt với diện tích mặt cắt ngang ban đầu Ψ= F0 − F1 100% F0 Trang Khoa CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU F0 : diện tích mặt cắt ngang ban đầu mẫu F1 : diện tích mặt cắt ngang sau đứt mẫu (tại cổ thắ)t THỰC HÀNH 3.1 Máy thử kéo Công việc thử kéo thực máy thử vạn Model 300 DX=F2-G1 hãng Instron (Mỹ) chế tạo Các thông số kỹ thuật máy sau: - Lực kéo lớn nhất: 300kN - Hành trình kéo: 77-889mm - Hành trình nén: 26-533mm - Tốc độ kéo tối đa: 76mm/phút - Tiết diện lớn mẫu dạng tấm: 25x51mm - Đường kính lớn mẫu dạng trịn trục: φ32 3.2 Mẫu thử Muốn thử kéo, phải có mẫu thử chọn theo quy định riêng (dọc, ngang thớ hay vị trí sản phẩm…); có hình dạng, kích thước theo tiêu chuẩn Thường mẫu thử kéo có dạng mặt cắt ngang hình trịn, vng chữ nhật Hình 3: Kích thước mẫu thử Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 197-2002, kích thước mẫu thử cho sau: a) Mẫu hình chữ nhật: - Bán kính cong nhỏ phần cong chuyển tiếp đầu kẹp chiều dài phần làm việc phải 12 mm - Đối với sản phẩm có a0 ≤ 3mm, có chiều rộng nhỏ 20mm, chiều rộng mẫu chiều rộng sản phẩm Ghi chú: S0: tiết diện mặt cắt ngang ban đầu mẫu Trang Khoa CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU Chiều dày mẫu Chiều rộng mẫu a0 b0 Chiều dài tính tốn L0 Chiều dài làm việc Lc Chiều dài tự đầu kẹp 0,5 - 12,5 50 75 87,5 2-3 20,0 80 120 140 >3 b0/a0 ≤ 5,65 S ≥ L0 + 1,5 S ≥ L0 + 24 b) Mẫu hình trịn: Đối với mẫu thử kéo có dạng hình trụ trịn, khơng có kích thuớc chuẩn cụ thể hay nói cách khác có nhiều kích thước d0 Mẫu thử d0 < mm: - Chiều dài tính tốn (L0) 200±2mm 100±1mm - Khoảng cách đầu kẹp máy phải 250mm 150mm Mẫu thử d0 ≥ mm: - Chiều dài tính tốn: L0 = 5d0 – loại mẫu ngắn L0 = 10d0 – loại mẫu dài - Chiều dài làm việc: Lc = L0 + (0,5÷2)d0 - Chiều dài tổng: máy thử Lt = Lc + 2d0 4d0 phụ thuộc phương pháp lắp mẫu vào 3.3 Trình tự tiến hành thử kéo Bước 1: Đo thông số ban đầu mẫu - Chiều dài ban đầu L0, xác tới 0,1mm - Tiết diện ngang F0, đo vị trí Bước 2: Khởi động hệ thống máy thử kéo - Bật cầu dao nguồn, bật công tắc máy thử kéo - Khởi động máy tính kết nối máy thử kéo Bước 3: Giới hạn khoảng cách chạy bệ di chuyển - Nhờ cơng tắc hành trình giới hạn khoảng chạy dầm điều chỉnh với mục đích bảo vệ bệ di chuyển pittông Bước 4: Kẹp mẫu vào ngàm kẹp - Lưu ý: Mẫu phải kẹp vào ngàm kẹp đoạn tối thiểu 75% chiều dài mặt ngàm kẹp Bước 5: Chọn phương pháp thử - Chọn phương pháp thử kéo - Thiết lập thông số cho mẫu thử - Nhập tốc độ thử kéo cho phù hợp - Tiến hành thử kéo Trang Khoa CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU - Hiển thị kết trực tiếp hình - In kết NỘI DUNG BÁO CÁO - Tóm tắt phương pháp thử kéo: cách chuẩn bị mẫu, trình tự thử kéo - Kết thử kéo - Đánh giá nhận xét kết thử kéo TRẢ LỜI CÂU HỎI - Cơ tính vật liệu xác định qua phép thử kéo mẫu vật liệu không? Tại sao? - Qua phép thử kéo mẫu vật liệu, xác định đặc trưng (tính chất) vật liệu làm mẫu? Giải thích? - Đề nghị phương pháp đo tính loại vật liệu cụ thể? Kết thu dự tính từ phép đo này? Ứng dụng thực tiễn sử dụng vật liệu? Trang Khoa CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] William D Callister Jr., Materials Science and Engineering – An Introduction, John Wiley & Sons, Inc., 2007 [2] Đặng Vũ Ngoạn (chủ biên), Nguyễn Văn Dán, Nguyễn Ngọc Hà, Trương Văn Trường, Vật liệu kỹ thuật, Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2010 [3] Lê Cơng Dưỡng, Vật liệu học, , NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1997 Trang ... NGHỆ VẬT LIỆU Bài thí nghiệm: HƯỚNG DẪN THỬ KÉO MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU - Nắm vững tính tốn ứng suất biến dạng vật liệu qua phương pháp thử kéo – phương pháp đo tính vật liệu - Khái niệm phương pháp. .. - Tóm tắt phương pháp thử kéo: cách chuẩn bị mẫu, trình tự thử kéo - Kết thử kéo - Đánh giá nhận xét kết thử kéo TRẢ LỜI CÂU HỎI - Cơ tính vật liệu xác định qua phép thử kéo mẫu vật liệu không?... bền kéo đứt với nhóm vật liệu bản: kim loại, polymer composite - Phương pháp sử dụng máy thử kéo cho phép đo tính cụ thể LÝ THUYẾT Trong phương pháp xác định tính chất học vật liệu, thử kéo kéo