chuong20huongdanchungchonvatlieu 6918

Ch­¬ng 20 H­¬ng dÉn chung vỊ lùa chän vËt liƯu tối ưu 20.1 Yêu cầu tính sử dụng Tính vật liệu hiểu tính chất cơ, lý, hóa đảm bảo cho ứng xử chúng điều kiện xác định tìm từ phòng thí nghiệm tính chất tổng hợp liên quan đến trình sử dụng làm tiết máy thực tuổi thọ độ tin cậy Trong ngành chế tạo máy, yêu cầu thể chỗ: 20.1.1 Độ bền học cao: Khi chịu lực, điều kiện nhiệt độ thấp; nhiệt độ cao; có yếu tố ăn mòn v.v yêu cầu giới hạn chảy (c = y = 0,2); giíi h¹n bỊn (b = T); giíi h¹n mái (-1 ; -1 ; o ; o ); độ dai phá hđy (KIC ; KIIC ; KIIIC); ®é dai va ®Ëp (ak , A); độ rắn (HB ; HRC ) phải có giá trị cao Ví dụ Bảng 20.1, giới thiệu thay đổi tính thép CrNi7TiAlB nhiệt độ thường nhiệt độ cao [5] Bảng 20.1 Sự phụ thuộc tính thép CrNi7TiAlB vào nhiƯt ®é E, MPa Nhii Ưt ®é c b (y) (T) MPa MPa Sk MPa % ak -1 MPa (bF) % MPa,(ë No = 108) ToC 20 198000 1020 660 1300 20 21 0,5 370 800 130000 560 460 610 16 41 - 260 - Trường hợp nhiệt độ cao (T > 250oC), biến đổi ứng suất giới hạn tính theo công thức [ ]: S Limc  S Lim  S  tb K T , KS (20.1); Trong ®ã: SLimc - ứng suất giới hạn tiết máy; SLim - ứng suất giới hạn vật liệu làm mẫu chuẩn; S - HƯ sè ¶nh h­ëng cđa kÝch th­íc tut đối; tb - Hệ số tăng bền; KT - Hệ số kể tới ảnh hưởng nhiệt độ đến giíi h¹n bỊn; KS - HƯ sè tËp trung øng suất lý thuyết (còn ký hiệu S ); Hệ sè KT cã thĨ tÝnh theo c«ng thøc: KT = - kt (T - 250) 102 ; víi T > 250oC , (20.2); o KT = - kt (T - 20) 10 ; víi T = (50 100) C , (20.3) dùng cho kim loại màu chất dẻo kt - hệ số tính toán [4,8], Bảng 20.2 Hệ số tính toán hiệu chỉnh ảnh hưởng nhiƯt ®é tíi ®é bỊn VËt liƯu HƯ sè kt Thép bon; thép hợp kim thấp; gang 0,15 0,20 ThÐp austenit hỵp kim cao 0,05 0,10 Hỵp kim đồng 0,10 0,15 Hợp kim nhôm hợp kim manhedi 0,25 0,35 - Trường hợp nhiệt độ thấp, biến đổi giới hạn bền theo nhiệt ®é cã thĨ tÝnh theo c«ng thøc giíi thiƯu tµi liƯu [8] 1 1 S FT  C F     T To  mF , (20.4) Trong đó: - S FT - Giới hạn mỏi vËt liƯu ë nhiƯt ®é T ; - To - 293oK ; - T - NhiƯt ®é Kenvin ; - CF ; mF : C¸c h»ng sè cđa vËt liƯu 20.1.2 Tuổi thọ lớn: Tuổi thọ đặc tính tổng hợp, phụ thuộc trước hết vào chất lượng vật liệu Nó hàm số tất yếu tố liên quan đến trình chế tạo tiết máy sử dụng, khai thác tiết máy Tuổi thọ tiết máy khó xác định xác Người ta đánh giá tuổi thọ tiết máy sở kết thử nghiệm, kết hợp với kinh nghiệm tích lũy, thống kê nhiều năm ®Ĩ ®­a mét c«ng thøc kinh nghiƯm Ti thä cđa tiÕt m¸y cã thĨ tÝnh theo thêi gian (T, h); sè chu kú øng suÊt (N, chu kú); sè lượng số, (Tấn hàng / số, dùng ngành ô tô; máy nâng chuyển) Trong số trường hợp, tính tuổi thọ theo tốc độ phát triÓn vÕt nøt [8] N= m  2Co M om/   m     m 2    m22  lp  lo  ,   (20.5) Trong ®ã: Co , Mo - số phương trình phát triĨn vÕt nøt cđa Paris; m - lµ sè mị phương trình phát triển vết nứt Paris; - gia số ứng suất đầu vÕt nøt; lo - lµ chiỊu dµi vÕt nøt ban đầu (dạng khuyết tật kỹ thuật); lp - chiều dài vết nứt ứng với lúc phá hủy 20.1.3 Độ tin cậy lớn: Thể tiêu [9] - Xác suất làm việc không hỏng R (t): N N  Nh N R(t )  k  c   h   F (t ) , (20.6) Nt Nt Nt Nt - Tæng sè tiÕt máy giống làm việc khoảng thời gian T, h; Nh - Số lượng tiết máy Nt bị hỏng khoảng thời gian đó; Nk - Số lượng tiết máy Nt không bị hỏng; F(t) - X¸c st ph¸ háng cđa tiÕt m¸y - C­êng ®é háng (t) ( t )  N h' N t'  t , (20.7); Trong ®ã: N t' - Tổng số tiết máy loại, làm việc kho¶ng thêi gian nhá t ; N h' - Số tiết máy loại tổng N t' bị hỏng Có thể viết lại công thức tính xác suất không hỏng R(t) từ biểu thức trên: t  R(t )  exp    (t ) dt , (20.8) o Xác suất không phá hỏng gọi độ tin cậy [9] - Thời gian làm việc trung bình: * Tuổi thọ hữu ích; * Tuổi thọ gamma phần trăm; * Hệ sè sư dơng: t K Sd  lv , (20.9); T Trong đó: tlv - Thời gian làm việc ; T = tlv + tc + tc - thời gian chăm sóc, bảo dưỡng; - thời gian phục hồi 20.2 Yêu cầu tính công nghệ Tính công nghệ vật liệu khả cho phép thực phương pháp công nghệ để đạt tính chất (cơ, lý, hóa ) mong muốn Các tính công nghệ thông dụng: - Tính đúc ; - Khả biến dạng nguội, nóng dập sâu ; - Tính cắt gọt ; - Tính hàn ; - Khả xử lý nhiệt; lý-hóa-nhiệt luyện Những tính chất công nghệ kể trình bày rõ môn học Công nghệ Vật liệu (Vật liệu học; Công nghệ kim loại ) 20.3 Yêu cầu tính kinh tế Khi có khả chọn nhiều loại vật liệu để thỏa mÃn yêu cầu tính năng; yêu cầu tính công nghệ tính kinh tế định vật liệu ưu tiên lựa chọn làm tiết máy Tính kinh tế thể giá thành nguyên liệu đầu vào giá thành chế tạo Yêu cầu thiết kế máy độ bền - tuổi thọ cao; giá thành hạ; trọng lượng nhỏ Gọi: * P : (Price) giá thành tính cho đơn vị trọng lượng vật liệu; * CRE: ChØ tiªu vỊ kinh tÕ (CRiteria of Economy) - Nếu yêu cầu độ bền tuổi thọ cao - giá thành hạ, thì: (CRE ) S S e1/ max .P , (20.10); - Nếu yêu cầu chống biến dạng lớn - giá thành hạ, thì: (CRE ) E  E 1/  max .P , (20.11); Trong đó: Se - Giới hạn đàn hồi, MPa; E - Môđun đàn hồi, MPa; - Trọng lượng riêng, kg/m3 Rõ ràng là, hai loại vật liệu có (hoặc xấp xỉ nhau) trị số Se, E , vật liệu có (CRE) lớn ưu tiên lựa chọn Trong tài liệu [12] đưa đại lượng sau để giúp nhà thiết kế lựa chọn vật liệu cho hợp lý: b - độ bền riêng; 20.4 Yêu cầu bảo vệ môi trường an toàn xà hội Việc lựa chọn vật liệu chế tạo tiết máy phải tuân theo luật bảo vệ môi trường nhà nước đảm bảo an toàn xà hội cao Điều thể chỗ: - Quá trình công nghệ tiết máy không làm ô nhiễm môi trường không khí; nguồn nước; thảm thực vật; sinh - động vật; đất đai, v.v - Không gây tiếng ồn giới hạn quy định trình công nghệ chi tiết trình vận hành máy thiết kế Tóm lại: 1/ Việc chọn lựa vật liệu cho tiết máy cần tuân thủ nguyên tắc sơ đồ đây: 2/ Thực chất toán chọn vật liệu toán tối ưu hàm mục tiêu đa biến Việc lùa chän vËt liƯu mét c¸ch khoa häc , chÝnh xác có ý nghĩa to lớn mặt kinh tế - xà hội kỹ thuật Nó công việc khó khăn, phức tạp, đòi hỏi cố gắng tập thể nhiều ngành nghề thuộc nhiều phận khác nhau: khảo sát nghiên cứu, thiết kế, công nghệ; kiểm tra chất lượng, kế hoạch, tiếp thị v.v [12] Công việc đòi hỏi trình độ trí tuệ; tinh thần đầy trách nhiệm trước xà hội nhà thiết kế Nguyên tắc chọn vật liệu Yêu cầu Yêu cầu tính tính Yêu cầu Yêu cầu bảo tính vệ kinh tế sử dụng công nghệ môi trường an toàn xà Độ bền chi tiết Cơ tÝnh Lý - hãa - tÝnh