Giáo án thiết kế cơ khí - Chương 2 pot

Chương 2 Vật liệu trong thiết kế cơ khí Tổng quan Bạn là nhà thiết kế 2.1 Nội dung của chương 2.2 Các đặc trưng của vật liệu 2.3 Phân loại kim loại và hợp kim. 2.4 Sự thay đổi của các thông số đặc trưng của vật liệu 2.5 Thép cácbon và thép hợp kim 2.6 Các chế độ nhiệt luyện thép 2.7 Thép không gỉ 2.8 Thép kết cấu 2.9 Thép dụng cụ 2.10 Gang 2.11 Kim loại bột 2.12 Nhôm 2.13 Hợp kim kẽm 2.14 Titan 2.15 Đồng, đồng thau, đồng thanh 2.16 Hợp kim niken 2.17 Nhựa 2.18 Vật liệu compozit 2.19 Lựa chọn vật liệu Tài liệu tham khảo Địa chỉ internet Bài tập 39 Tổng quan Nội dung thảo luận  Bạn cần nắm được tính chất của các vật liệu để có thể đưa ra các giải pháp thiết kế hiệu quả và để trao đổi với những người cung cấp vật liệu, nhân viên chế tạo. Tìm hiểu Quan sát các sản phẩm tiêu dùng, máy công nghiệp, ô tô, và máy xây dựng Các vật liệu được dùng cho những chi tiết khác nhau là gì? Giải thích tại sao những vật liệu đó được sử dụng? Chúng đã được xử lí (nhiệt luyện) như thế nào? Những đặc trưng nào của vật liệu là quan trọng để quyết định chỉ sử dụng loại vật liệu đó? Xem các bảng phụ lục, và tham khảo sau khi bạn học về các loại vật liệu điển hình. Chương này tổng kết đặc điểm thiết kế của các loại vật liệu khác nhau. Các phụ lục bao gồm thông số của các loại vật liệu ở nhiều chế độ nhiệt luyện. Trách nhiệm của người thiết kế là xác định loại vật liệu phù hợp cho từng bộ phận của các thiết bị cơ khí. Những nỗ lực ban đầu của bạn trong xác định vật liệu cho một bộ phận cụ thể trong thiết kế cơ khí nên hướng đến các loại vật liệu thông dụng. Giữ một tư duy mở cho đến khi bạn định rõ được chức năng của các bộ phận, loại và độ lớn của các tải trọng tác dụng, và môi trường làm việc. Khi lựa chọn vật liệu cần chú ý đến các đặc trưng vật lí và cơ học và chọn cho phù hợp với yêu cầu. Đầu tiên cần lưu ý đến các nhóm vật liệu sau: Kim loại và hợp kim của chúng Chất dẻo Compozit Vật liệu đàn hồi Gỗ Gốm và thuỷ tinh Mỗi nhóm trên bao gồm một số lượng lớn các loại vật liệu cụ thể với các đặc trưng thay đổi trong một phạm vi rộng. Tuy nhiên, với kinh nghiệm của mình bạn có lẽ cũng biết về tính chất chung và ứng dụng điển hình của từng loại . Hầu hết các ứng dụng được nhắc đến khi thiết kế các chi tiết máy trong quyển sách này sử dụng kim loại, hợp kim, chất dẻo và compozit. Khả năng vận hành tốt của các bộ phận và hệ thống máy phụ thuộc rất lớn vào loại vật liệu mà người thiết kế đã chọn. Khi là một người thiết kế, bạn cần phải hiểu vật liệu sẽ làm việc thế nào, những tính chất nào của vật liệu ảnh hưởng đến khả năng làm việc của chi tiết và bạn sẽ giải thích thế nào với một số lượng lớn các thông số có được về các tính chất của vật liệu. Năng lực của bạn trong việc truyền đạt hiệu quả các thông số về vật liệu của mình cho người cung cấp, người mua, nhà luyện kim, nhân viên chế tạo, nhân viên nhiệt luyện, tạo hình chất dẻo, người dùng máy, và các chuyên gia đảm bảo chất lượng, thường có tác động lớn đến sự thành công của thiết kế. Khảo sát các loại vật liệu được sử dụng trong các sản phẩm tiêu dùng, máy công nghiệp, ô tô, máy xây dựng, và các hệ thống, thiết bị khác mà bạn tiếp xúc với chúng hàng ngày. Đưa ra các phán đoán tại sao mỗi loại vật liệu lại được định rõ cho một sản phẩm riêng. Bạn thấy thép được sử dụng ở đâu? Khác với những ứng dụng đó, hợp kim hoặc kim loại màu được dùng ở đâu. Các 40 sản phẩm được chế tạo như thế nào? Bạn hãy tìm các chi tiết khác nhau được gia công cắt gọt, đúc, rèn, lốc, và hàn? Tại sao bạn cho rằng những phương pháp đó được sử dụng cho các sản phẩm trên? Đưa ra một vài ứng dụng của chất dẻo, mô tả các dạng sẵn có và các dạng được làm ra bởi các quá trình sản xuất khác nhau. Những sản phẩm nào được tạo ra bởi quá trình ép chất dẻo, tạo chân không, đúc thổi, và các phương pháp khác? Bạn có thể chỉ ra các chi tiết được làm từ vật liệu compozit, loại vật liệu có một lượng đáng kể sợi độ bền cao gắn trên nền nhựa? Xem xét các dụng cụ thể thao, các bộ phận của ôtô, máy kéo và máy bay. Với các sản phẩm mà bạn đã thấy từ sự khám phá theo hướng dẫn trên, chỉ ra những đặc trưng cơ bản của vật liệu có vai trò quan trọng với người thiết kế như: độ bền, độ rắn (độ cứng), trọng lượng (khối lượng riêng), tính chống mòn, khả năng tạo hình, khả năng gia công, tính hàn, tính đúc, giá thành, và các đặc trưng khác nữa. Chương này tập trung vào lựa chọn vật liệu và sử dụng các thông số đặc trưng của vật liệu trong các giải pháp thiết kế hơn là tập trung vào quá trình luyện kim hay thành phần hoá học của vật liệu. Một điều cần lưu ý khi sử dụng các thông tin trong chương này là chú giải của các thuật ngữ; các thuật ngữ quan trọng được in nghiêng. Ngoài ra có nhiều phần tham khảo từ phụ lục 3 đến 13, ở đó có các bảng thông số về những đặc trưng của vật liệu. Giở đến đó ngay bây giờ để thấy được các loại thông số được cung cấp. Khi đó bạn có thể nghiên cứu các bảng chi tiết hơn so với chỉ đọc phần chữ. Lưu ý rằng nhiều bài tập trong sách và các dự án thiết kế mà bạn hoàn thành sẽ sử dụng các dữ liệu từ những bảng này. Bây giờ áp dụng những kiến thức mà bạn thu được từ phần Tổng quan để xác định vấn đề thiết kế như phác thảo trong ‘Bạn là nhà thiết kế’, như sau: Bạn là nhà thiết kế Bạn là một thành viên của nhóm chịu trách nhiệm thiết kế máy xén cỏ điện cho dùng trong gia đình. Một trong những công việc của bạn là xác định vật liệu phù hợp cho các bộ phận khác nhau. Chú ý đến kinh nghiệm của bản thân về máy xén cỏ và suy nghĩ xem những vật liệu nào sẽ được sử dụng cho những bộ phận chính: bánh xe, trục bánh xe, vỏ, và lưỡi dao. Công dụng của chúng là gì? Điều kiện làm việc của chúng? Chỉ ra một loại vật liệu thích hợp cho từng bộ phận, và các tính chất chung mà chúng phải có? Chúng có thể được chế tạo như thế nào? Sau đây là các câu trả lời có thể cho những câu hỏi trên Bánh xe Công dụng: Đỡ trọng lượng của máy. Cho phép lăn dễ dàng. Lắp vào giá trên trục bánh xe. Bảo đảm làm việc an toàn trên mặt cỏ phẳng hoặc nghiêng. Điều kiện làm việc: Hầu hết là trên cỏ, mặt cứng, và đất mềm. Có thể tưới nước, bón phân cho cỏ, và các điều kiện làm việc ngoài trời nói chung. Mang tải trọng trung bình. Cần có một hình thức bắt mắt. Một loại vật liệu phù hợp: chất dẻo nguyên khối, bánh xe hợp nhất lốp, vành và mayơ. Cần có độ bền, độ cứng, độ dai và độ bền mòn tốt. Phương pháp chế tạo: đúc ép phun chất dẻo Trục bánh xe 41 Công dụng: Truyền trọng lượng của máy từ vỏ đến các bánh xe. Cho phép các bánh xe quay. Giữ các bánh xe liên kết với vỏ. Điều kiện làm việc: Làm việc trong điều kiện ngoài trời. Tải trọng trung bình. Một loại vật liệu phù hợp: Thép thanh tròn với đoạn dự trữ để lắp ráp các bánh xe và vỏ. Yêu cầu độ bền, độ cứng, khả năng chống ăn mòn trung bình. Phương pháp chế tạo: gia công cắt gọt ttừ các thanh hình trụ. Vỏ Công dụng: đỡ, che chắn an toàn, và bảo vệ các chi tiết làm việc, bao gồm lưỡi dao và động cơ. Tạo liên kết của hai trục và cần lái. Cho phép lưỡi cắt thoát khỏi khu vực cắt. Điều kiện làm việc: Tải trọng trung bình và rung động do động cơ. Có thể có tải trọng va đập từ các bánh xe. Nhiều điểm liên kết gắn với trục, cần lái, và động cơ. Làm hở để tưới cỏ, và các điều kiện làm việc ngoài trời nói chung. Cần có bề ngoài thu hút. Một loại vật liệu phù hợp: chất dẻo gia cường với độ bền, độ cứng, độ dai va đập, độ dai, và độ bền với thời tiết tốt. Phương pháp chế tạo: đúc ép phun chất dẻo. Đòi hỏi phải có lỗ và giá để lắp động cơ. Lưỡi cắt Chức năng: cắt cỏ và cây dại khi quay ở tốc độ cao. Dễ dàng nối với trục động cơ. Làm việc an toàn khi va phải các đối tượng bên ngoài như đá, cành cây, hoặc mảnh kim loại. Điều kiện làm việc: Tải trọng trung bình. Va đập ngẫu nhiên và tải trọng xung. Cần có khả năng mài sắc một phần của lưỡi cắt để đảm bảo cắt sạch cỏ. Duy trì được độ sắc bảo đảm trong suốt thời gian sử dụng. Một loại vật liệu phù hợp: Thép với độ bền, độ cứng, độ dai va đập, độ dai, và khả năng chống ăn mòn cao. Phương pháp chế tạo: Dập từ tôn phẳng. Gia công và/hoặc mài lưỡi cắt Đây là ví dụ đơn giản về quá trình lựa chọn vật liệu, nó giúp bạn hiểu được tầm quan trọng của các kiến thức trong chương này về tính chất của các vật liệu thường dùng trong thiết kế cơ khí. Cuối chương trình bày hướng dẫn toàn diện hơn về lựa chọn vật liệu. 2-1 Nội dung của chương Sau khi hoàn thành chương này, bạn sẽ nắm được: 1. Các đặc trưng của vật liệu, rất quan trọng trong thiết kế các thiết bị và hệ thống máy móc. 2. Khái niệm các thuật ngữ: giới hạn bền kéo, giới hạn chảy, giới hạn tỉ lệ, giới hạn đàn hồi, môđun đàn hồi kéo, độ dẻo và độ giãn dài tỉ đối, độ bền cắt, hệ số poatxông, môđun đàn hồi trượt, độ cứng, khả năng cắt gọt, độ bền va đập, khối lượng riêng, hệ số giãn nở nhiệt, hệ số dẫn nhiệt, điện trở suất. 3. Mô tả bản chất của thép cácbon và thép hợp kim, hệ thống kí hiệu của thép, và ảnh hưởng của một vài nguyên tố hợp kim hoá đến tính chất của thép. 42 4. Mô tả cách kí hiệu các điều kiện và chế độ nhiệt luyện thép, bao gồm cán nóng, gia công nguội, ủ, thường hoá, tôi thể tích, ram,tăng cứng bề mặt bằng ngọn lửa, tôi cao tần, và thấm cácbon. 5. Mô tả thép không gỉ và nhận biết nhiều loại có sẵn trên thị trường. 6. Mô tả thép kết cấu (thép ít C), nhận biết các kí hiệu và ứng dụng của chúng. 7. Mô tả gang và một số loại như gang xám, gang cầu, và gang dẻo. 8. Mô tả kim loại bột, các đặc trưng cùng ứng dụng 9. Mô tả một vài loại thép dụng cụ và cácbit cùng các ứng dụng điển hình của chúng. 10. Mô tả các hợp kim nhôm và trạng thái của chúng, như sự cứng nguội và nhiệt luyện. 11. Mô tả bản chất và các đặc trưng điển hình của kẽm, titan, và đồng. 12. Mô tả một vài loại chất dẻo, bao gồm cả nhiệt rắn và nhiệt dẻo, các đặc trưng cùng ứng dụng của chúng. 13. Mô tả một vài loại vật liệu compozit, các đặc trưng cùng ứng dụng của chúng. 14. Thực hiện quá trình chọn vật liệu một cách hợp lí. 2-2 Các đặc trưng của vật liệu Các chi tiết máy đa phần được làm từ kim loại hoặc hợp kim kim như thép, nhôm, gang, kẽm, titan, và đồng. Mục này mô tả các đặc trưng quan trọng của vật liệu có ảnh hưởng đến thiết kế cơ khí. Độ bền, độ đàn hồi, và tính dẻo của kim loại, chất dẻo, và một số vật liệu thường dùng khác thường được xác định từ thí nghiệm kéo một mẫu vật liệu, mẫu thường là tròn hoặc thanh dẹt, được kẹp giữa các vấu cặp và kéo chậm đến khi đứt. Độ lớn của lực trên mẫu và sự thay đổi tương ứng về chiều dài (biến dạng) được theo dõi và ghi lại liên tục trong suốt quá trình thí nghiệm. Vì ứng suất trong thanh bằng lực tác dụng chia cho diện tích, nên ứng suất tỉ lệ với lực tác dụng. Các thông số từ thí nghiệm kéo thường được vẽ ra trên giản đồ ứng suất - biến dạng như trong hình 2-1 và 2-2. Từ các giản đồ đó một vài thông số như độ bền, độ đàn hồi và độ dẻo của các kim loại được xác định. Giới hạn bền kéo s u Điểm cao nhất của đường cong ứng suất-biến dạng được gọi là giới hạn bền kéo (s u ), đôi khi được gọi là giới hạn bền hoặc đơn giản là độ bền kéo. Tại điểm này, trên mẫu thử đo được ứng suất qui ước lớn nhất. Như trong hình 2-1 và 2-2, đường cong đi xuống sau điểm cao nhất. Tuy nhiên, chú ý rằng thiết bị đo dùng để tạo ra giản đồ này trên thực tế vẽ ra đường cong tải trọng ứng với biến dạng chứ không phải ứng suất thực ứng với biến dạng. Ứng suất qui ước được tính bằng cách chia tải trọng cho diện tích mặt cắt ngang ban đầu của mẫu thử. Sau điểm cao nhất của đường cong là đoạn thẳng, có sự giảm rõ rệt đường kính của mẫu, gọi là sự co thắt. Vì vậy, tải trọng tác dụng trên một diện tích nhỏ hơn, và ứng suất thực tiếp tục tăng cho đến khi thanh bị đứt. Rất khó để theo dõi sự giảm đường kính trong quá trình co thắt, vì vậy thông thường là sử dụng điểm cao nhất của đường cong như là giới hạn bền kéo, mặc dù nó là giá trị nhỏ hơn (thận trọng hơn). 43 Giới hạn chảy,s y Phần của giản đồ ứng suất - biến dạng có biến dạng tăng lớn nhưng ứng suất không tăng hoặc tăng rất ít, gọi là giới hạn chảy (s y ). Thuộc tính này chứng tỏ rằng thực tế vật liệu bị chảy hay biến dạng dẻo một cách lâu dài và có mức độ lớn. Nếu điểm chảy dẻo là rõ ràng như trong hình 2-1, nó được gọi là điểm rão đúng hơn là giới hạn chảy. Đây là đặc thù của thép cácbon cán nóng thông thường. Hình 2-2 chỉ ra dạng giản đồ ứng suất - biến dạng cho kim loại màu như nhôm hoặc titan hoặc thép có độ bền cao. Chú ý rằng nó không có điểm rão, nhưng vật liệu thực tế có giới hạn chảy tại hoặc gần mức ứng suất s y . Điểm đó được xác định bởi phương pháp offset, theo đó một đường thẳng được vẽ song song với phần đoạn thẳng của đường cong và lệch sang phải một đoạn bằng biến dạng dư, thường là 0.20% biến dạng (0.002 in/in). Giao điểm của đường thẳng đó và đường cong ứng suất - biến dạng cho ta giới hạn chảy của vật liệu. Trong sách này, thuật ngữ giới hạn chảy sẽ được sử dụng cho s y , dù rằng vật liệu có điểm rão thực sự hay là sử dụng phương pháp offset. Hình 2-1 Giản đồ ứng suất - biến dạng điển hình của thép 44 Hình 2-2 Giản đồ ứng suất - biến dạng điển hình của nhôm và các kim loại không có điểm rão Giới hạn tỉ lệ Điểm trên đường cong ứng suất - biến dạng mà tại đó nó kết thúc phần đường thẳng gọi là giới hạn tỉ lệ. Tại giá trị đó hoặc lớn hơn, ứng suất không còn tăng tỉ lệ với biến dạng. Dưới giới hạn tỉ lệ, có thể áp dụng định luật Húc: ứng suất tỉ lệ với biến dạng. Trong thiết kế cơ khí, vật liệu rất ít khi được sử dụng ở mức ứng suất trên giới hạn tỉ lệ. Giới hạn đàn hồi Ở một điểm nào đó, vật liệu bị biến dạng dẻo và vì vậy nó không thể trở lại hình dạng ban đầu sau khi dỡ tải, gọi là giới hạn đàn hồi. Dưới mức này, vật liệu làm việc hoàn toàn đàn hồi. Giới hạn tỉ lệ và giới hạn đàn hồi nằm dưới giới hạn chảy. Vì rất khó để xác định, nên chúng rất ít khi được đưa ra. Môđun đàn hồi kéo, E Với phần đoạn thẳng của giản đồ ứng suất - biến dạng, ứng suất tỉ lệ với biến dạng, và giá trị của môđun đàn hồi E là một hằng số tỉ lệ. Theo đó Môđun đàn hồi kéo: E = ứng suất/biến dạng = ε σ (2-1) Đây là độ dốc của phần đoạn thẳng trên giản đồ. Môđun đàn hồi thể hiện độ cứng của vật liệu, hay là khả năng chống lại biến dạng. Độ dẻo và độ giãn dài tỉ đối Độ dẻo là mức độ biến dạng của vật liệu trước khi đứt. Ngược với độ dẻo là độ giòn. Khi vật liệu dẻo được sử dụng trong các bộ phận máy, các hỏng hóc sắp xảy ra được phát hiện rất dễ dàng, và hư hỏng đột ngột là hiếm khi xảy ra. Và các vật liệu dẻo thường chịu được tải trọng tuần hoàn trên các chi tiết máy tốt hơn là các vật liệu giòn. 45 Hình 2-3 Đo độ giãn tỉ đối Cách đo độ dẻo thông thường là qua độ giãn dài tỉ đối của vật liệu sau khi bị phá hủy trong thí nghiệm kéo tiêu chuẩn. Hình 2-3 chỉ ra mẫu kéo tiêu chuẩn điển hình trước và sau thí nghiệm. Trước thí nghiệm các điểm đo được đặt lên thanh, thường cách nhau 2.00 in. Sau khi thanh bị đứt, hai phần được nối lại với nhau như cũ, và chiều dài cuối cùng giữa hai điểm đo được xác định. Độ giãn dài tỉ đối là sự khác nhau giữa chiều dài sau cùng và chiều dài ban đầu chia cho chiều dài ban đầu, tính theo %. Tức là: Độ giãn dài tỉ đối: độ giãn dài tỉ đối = %100 0 0 × − L LL f (2-2) Độ giãn dài tỉ đối được tính trên cơ sở chiều dài đo là 2.00 in, trừ một số chiều dài đo khác là theo chỉ thị riêng. Thí nghiệm với thép kết cấu thường sử dụng chiều dài đo là 8.00 in. Về mặt lí thuyết, một vật liệu được coi là dẻo nếu độ giãn dài tỉ đối của nó lớn hơn 5% (các giá trị thấp hơn là giòn). Trên thực tế nên sử dụng vật liệu có độ giãn dài tỉ đối là 12% hoặc cao hơn cho các chi tiết máy chịu tải trọng tuần hoàn, va đập hoặc tải trọng xung. Độ thắt tỉ đối là một cách thể hiện khác của độ dẻo. Để tìm giá trị này, so sánh diện tích mặt cắt ngang ban đầu với mặt cắt ngang cuối cùng khi mẫu thử kéo bị đứt. Độ bền cắt, s ys , s us Cả giới hạn chảy khi cắt và giới bạn bền khi cắt (tương ứng là s ys và s us ) đều là đặc trưng quan trọng của vật liệu. Tuy nhiên các giá trị này lại rất ít khi được đưa ra. Chúng ta sẽ sử dụng các ước lượng sau đây: Ước lượng cho s ys và s us : s ys = s y /2 = 0.50 s y = giới hạn chảy khi cắt (2-3) s us = 0.75 s u = giới hạn bền khi cắt (2-4) Hệ số poatxông ν Khi vật liệu chịu tác dụng dẫn đến biến dạng kéo có sự co ngắn tương ứng của kích thước mặt cắt ngang vuông góc với phương biến dạng kéo. Tỉ lệ giữa biến dạng co và biến dạng kéo gọi là hệ số poatxông, thường kí hiệu bằng ν, kí tự Hi Lạp nuy (kí tự Hi Lạp muy, µ, đôi khi cũng được dùng cho hệ số này). Hệ số poatxông được minh hoạ trong hình 2-4. Khoảng giá trị phổ biến của hệ số poatxông là 0.25-0.27 cho gang, 0.27-0.30 cho thép, và 0.30-0.33 cho nhôm và titan. Môđun đàn hồi trượt, G Môđun đàn hồi trượt (G) là tỷ số giữa ứng suất cắt và biến dạng trượt. Đặc trưng này thể hiện độ cứng của vật liệu dưới tác dụng của tải trọng cắt - khả năng chống lại biến dạng trượt. Có một liên hệ rất đơn giản giữa E, G, và hệ số poatxông: Môđun đàn hồi trượt ( ) ν + = 12 E G (2-5) Công thức này phù hợp trong miền đàn hồi của vật liệu. 46 Hình 2-4 Minh hoạ về hệ số poatxong cho phân tố chịu kéo Môđun đàn hồi uốn Một đại lượng đo lường độ cứng khác thường được đưa ra, đặc biệt là cho chất dẻo, gọi là môđun uốn hay môđun đàn hồi uốn. Tên của nó ngụ ý rằng, mẫu thử của vật liệu được đặt tải như một dầm bị võng (uốn) và vẽ ra đồ thị tải trọng ứng với độ võng. Từ những dữ kiện trên và từ những thông số hình học đã biết của mẫu, có thể tính được ứng suất và biến dạng. Tỉ lệ của ứng suất với biến dạng cho ta môđun đàn hồi uốn. Tiêu chuẩn ASTM D 790 1 đưa ra một phương pháp hoàn chỉnh. Chú ý rằng các giá trị này khác một cách đáng kể so với môđun đàn hồi kéo vì ứng suất trong mẫu là tổ hợp của ứng suất kéo và nén. Thông số này dùng để so sánh độ cứng của các loại vật liệu khác nhau khi bộ phận mang tải chịu uốn khi làm việc Độ cứng (độ rắn bề mặt) Khả năng của vật liệu chống lại sự lõm vào do một mũi thử được gọi là độ cứng. Có một vài thiết bị, phương pháp, và mũi thử độ cứng; máy thử độ cứng Brinell và máy thử độ cứng Rockwell thường được dùng cho các chi tiết máy. Với thép, máy thử độ cứng Brinell dùng một viên bi thép tôi có đường kính 10 mm làm mũi thử và tải tác dụng là 3000 kg lực. Đặt tải lên viên bi tạo ra một vết lõm nhất định trên vật liệu thử, và đường kính của vết lõm tương ứng với số độ cứng Brinell, được rút gọn lại là BHN hoặc HB. Đại lượng thực tế được xác định là tải trọng chia 47 cho diện tích mặt lõm. Giá trị của HB trong phạm vi xấp xỉ 100 với thép cácbon thấp, ủ và lên đến hơn 700 với thép hợp kim cao, độ bền cao trong điều kiện đã tôi. Trong phạm vi lớn, HB trên 500, mũi thử đôi khi được làm từ cácbít wonfram thay cho thép. Với kim loại mềm hơn sử dụng tải trọng là 500 kg. Máy thử độ cứng Rockwell dùng bi thép tôi đường kính 1/16in, tải trọng là 100 kg lực với kim loại mềm, và kết quả độ cứng thu được dưới dạng Rockwell B, R B , hoặc HRB. Với kim loại cứng hơn, ví dụ như thép hợp kim đã xử lí nhiệt, sử dụng thang đo Rockwell C. Tải trọng 150 kg lực được đặt lên mũi thử kim cương (mũi kim hình côn) tạo ra vết lõm dạng nón cầu. Độ cứng Rockwell C thường kí hiệu dưới dạng R C hoặc HRC. Ngoài ra còn nhiều thang đo Rockwell khác được sử dụng. Thang đo Brinell và Rockwell dựa trên các tham số khác nhau dẫn đến các con số hoàn toàn khác nhau. Tuy nhiên, khi sử dụng cả hai cách đo độ cứng, có một sự liên hệ giữa chúng, như chú ý trong phụ lục 19. Một chú ý nữa cũng rất quan trọng, đặc biệt cho thép hợp kim có độ cứng cao, có một liên hệ gần như tuyến tính giữa độ cứng Brinell và giới hạn bền kéo của thép, theo công thức sau Liên hệ gần đúng giữa độ cứng và độ bền của thép: 0.05 (HB) = giới hạn bền kéo (ksi) (2-6) Liên hệ này được chỉ ra trong hình 2-5 Để so sánh các thang đo độ cứng với giới hạn bền xem bảng 2-1. Lưu ý rằng có một vài giá trị có cả hai thang đo HRB và HRC. Thông thường, HRB được dùng cho kim loại mềm và phạm vi từ xấp xỉ 60 đến 100, trong khi HRC được dùng cho kim loại cứng hơn và phạm vi từ 20 đến 65. Sử dụng HRB trên 100 hoặc HRC dưới 20 là không được khuyến khích. Như trong bảng 2-1 chỉ là để so sánh. Độ cứng của thép thể hiện độ bền mòn cũng như độ bền. Độ bền mòn sẽ được thảo luận trong chương sau, đặc biệt chú ý đến răng của bánh răng. Hình 2-5 Chuyển đổi độ cứng 48 [...]... M 42 T1 T15 T11310 T113 42 T 120 01 T 120 15 Crôm H10 T20810 Wonfam H21 T20 821 Môlipđen H 42 T208 42 D2 T304 02 A2 T301 02 gió T Gia công nóng H D Gia công nguội A O Chịu va đập Thép làm khuôn Mục đích đặc biệt Tôi nước 66 Wonfam Cácbon cao, crôm cao Hợp kim trung bình, tôi trong không khí O1 T3150I S S1 T4190I P P2 T516 02 L2 T6 120 2 F1 T6060I W1 T 723 01 L F W Tôi trong dầu Các loại hợp kim thấp Loại cácbon -wonfam... niken-crôm-môlipđen: 0.55% Ni; 0.5% Cr; 0 .20 % Mo Thép niken-crôm-môlipđen: 0.55% Ni; 0.5% Cr; 0 .25 % Mo Thép silíc: 2. 0% Si Thép niken-crôm-môlipđen: 3 .25 % Ni; 1 .2% Cr; 0. 12% Mo Bảng 2- 4 Ứng dụng của một số loại thép Số UNS G10150 G10300 G10400 G10800 Số AISI 1015 1030 1040 1080 G11 120 G 121 44 G41400 G43400 G46400 G51500 G51601 G 529 86 G61500 G86500 G 926 00 11 12 12L14 4140 4340 4640 5150 51B60 E 521 00 6150... 19.63 mm2 σ= 52 F 24 0 N = = 12. 2 N/mm2 = 12. 2 Mpa A 19.63 mm2 Phụ lục 13 đưa ra giới hạn bền kéo của nylon 66 là 83 Mpa Vì vậy thanh làm việc an toàn Độ giãn: Môđun đàn hồi kéo của nylon 66 trong phụ lục 13 là E = 29 00 Mpa Khi đó độ giãn ban đầu sẽ là: δ= FL (24 0 N ) (25 0mm) = = 1.054 mm EA (29 00 N / mm2)(19.63 mm2) Từ biến: Nhìn hình 2- 8 ta thấy rằng khi nylon 66 chịu ứng suất kéo là 12. 2 Mpa trong 5000... dụng khác nhau Tham khảo 11 và 23 cung cấp những so sánh rộng rãi về các đặc trưng thiết kế của chất dẻo Hầu hết các đặc trưng thiết kế mô tả trong mục 2- 2 của chương này đều có thể sử dụng cho chất dẻo, bên cạnh đó cần bổ xung thêm những thông tin khác nữa để chọn được chất dẻo phù hợp Sau đây là một vài đặc trưng riêng của chất dẻo Các đồ thị trong hình 2- 1 7 đến 2- 2 0 chỉ là những ví dụ, chúng không... là 2. 25 % Người thiết kế cần tính đến biến dạng từ biến này trong thiết kế để bảo đảm sản phẩm làm việc tốt trong toàn bộ thời gian sử dụng Hình 2- 8 Ví dụ về quan hệ ứng suất và biến dạng như là một hàm của thời gian của Nylon 66 ở nhiệt độ 23 0C (730F) (DuPont Polymers, Wilmington, DE) Ví dụ 2- 1 : Một thanh tròn đặc đường kính 5.0 mm dài 25 0 mm được làm từ nylon 66, dùng để chịu tải trọng kéo là 24 0... (4800C- 620 0C), làm giảm thiểu các biến dạng khi xử lí Một số loại là 1 7- 4PH, 1 5-5 PH, 1 7-7 PH, PH1 5-7 Mo, và AMS3 62 2- 8 Thép kết cấu Hầu hết các thép kết cấu được kí hiệu bởi ASTM Loại phổ biến ASTM A36, có giới hạn chảy nhỏ nhất là 36 000 psi (24 8 Mpa) và rất dẻo Về cơ bản đó là loại thép cácbon thấp cán nóng có ở dạng tấm, lá, thanh, và các dạng kết cấu như dần rộng bản, dầm tiêu chuẩn Mĩ, dạng chữ C, và dạng... của các hợp kim Khi chọn vật liệu bạn nên tham khảo quyết định của các nhà thiết kế có kinh nghiệm 58 Bảng 2- 3 Các nhóm hợp kim trong hệ thống đánh số của AISI 10xx 11xx 12xx 12Lxx 13xx 15xx 23 xx 25 xx 31xx 33xx 40xx 41xx 43xx 44xx 46xx 48xx 5xxx 51xx 51100 521 00 61xx 86xx 87xx 92xx 93xx Thép cácbon thường: lượng hợp kim không đáng kể trừ cácbon và măng gan; ít hơn 1.0% măng gan Còn được gọi là nonresulfurized... Magie 6xxx Magie và silíc 7xxx Kẽm Bảng 2- 7 Hợp kim 1060 1350 20 14 20 24 22 19 68 Các loại hợp kim nhôm thông dụng và ứng dụng Ứng dụng Các dạng Các thiết bị và thùng chứa hoá Tấm, đĩa, ống chất Dây dẫn điện Tấm, đĩa, ống, thanh, dầm, dây, ống nhỏ, các dạng định hình Kết cấu máy bay và khung xe cộ Tấm, đĩa, ống, thanh, dầm, dây, các hình, vật ép Kết cấu máy bay, bánh xe, các Tấm, đĩa, ống, thanh, dầm,... thanh phốtpho: hợp kim Cu-Sn-P Đồng thanh phốtpho chì: hợp kim Cu-Sn-Pb-P Đồng thanh nhôm(brông nhôm): hợp kim Cu-Al Đồng thanh silic: hợp kim Cu-Si Hợp kim đồng thanh đúc có 4 loại chính: Đồng thanh thiếc (brông thiếc): hợp kim Cu-Sn Đồng thanh thiếc chì: hợp kim Cu-Sn-Pb Đồng thanh thiếc niken: hợp kim Cu-Sn-Ni Đồng thanh nhôm: hợp kim Cu-Al Hợp kim đúc đồng thanh mangan thực tế là loại có độ bền cao... Thép crôm-môlipđen: 0.95% Cr; 0 .2% Mo Thép niken-crôm-môlipđen: 1.8% Ni; 0.5% hoặc 0.8% Cr; 0 .25 % Mo Thép môlipđen: 0.5% Mo Thép niken-môlipđen: 1.8% Ni; 0 .25 % Mo Thép niken-môlipđen: 3.5% Ni; 0 .25 % Mo Thép crôm: 0.4% Cr Thép crôm: Trên danh nghĩa là 0.8% Cr Thép crôm: Trên danh nghĩa là 1.0% Cr; thép ổ trục, 1.0%C Thép crôm: Trên danh nghĩa là 1.45% Cr; thép ổ trục, 1.0%C Thép crôm-vanađi: 0.50 %-1 .10% . Chương 2 Vật liệu trong thiết kế cơ khí Tổng quan Bạn là nhà thiết kế 2. 1 Nội dung của chương 2. 2 Các đặc trưng của vật liệu 2. 3 Phân loại kim loại và hợp kim. 2. 4 Sự thay đổi. liệu 2. 5 Thép cácbon và thép hợp kim 2. 6 Các chế độ nhiệt luyện thép 2. 7 Thép không gỉ 2. 8 Thép kết cấu 2. 9 Thép dụng cụ 2. 10 Gang 2. 11 Kim loại bột 2. 12 Nhôm 2. 13 Hợp kim kẽm 2. 14 Titan 2. 15. trong chương này về tính chất của các vật liệu thường dùng trong thiết kế cơ khí. Cuối chương trình bày hướng dẫn toàn diện hơn về lựa chọn vật liệu. 2- 1 Nội dung của chương Sau khi hoàn thành chương