PHAN THU HAI VAT LIEU DUNG TRONG CO KHi
1. TINH CHAT CHUNG CUA KIM LOAI VA HOP KIM
Kim loại và hợp kim của chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để chế tạo các chỉ tiết máy.
Tuy nhiên khi sử dụng, chế tạo chúng cần phải dựa vào các yêu cầu kỹ thuật để lựa chọn kim loại và hợp kim thích hợp, bảo đảm chất lượng và tính kinh tế của sản phẩm. Muốn vậy phải nắm được các tính chất của chúng. Thông thường kim loại và hợp kim của chúng được đánh giá bằng các tính chất cơ bản sau đây.
1. Co tinh là những đặc trưng cơ học biểu thị khả năng của kim loại hay hợp kim chịu tác dụng của các loại tải trọng. Các đặc trưng đó bao gồm:
A. Độ bền. Độ bền là khả năng,của vật liệu chịu tác dụng của ngoại lực mà không bị phá hủy. Độ bền được ký hiệu ơ (xích ma).
Tạ PIN)
“—L————— Y--
Hình 8- Số đồ mẫu do độ bền kéo ơy 38
Tùy theo dạng khác nhau của ngoại lực ta có các loại độ bền : độ bền kéo (ơ,); độ bần uốn (ơy); độ bền nón (đa) v.v...
Trên hình § giới thiệu sơ đồ mẫu đo độ bền kéo khi đặt ngoại lực P(W) lên một thanh kim loại có điện tích tiết diện ngang Fimm?),
Giá trị độ bền kéo tính theo công thức :
a, = T (Nimnr*) P (9)
oO
Tại thời điểm khi P đạt đến giá trị nào đó làm cho thanh kim loại bị đứt sẽ ứng với giới hạn bền kéo của vật liệu dd.
Tương tự ta có thể đo được độ bền uốn và nén. Dơn vị đo độ bền được tính bằng N/mm; kN/m* hay MN -n?.
B. Độ cúng. Dộ cúng là khả năng của vật liệu chống lại biến dạng dảo cục bộ khi có ngoại lực tác dụng hông qua vật nén. Nếu cùng một giá trị lực nén, lõm biến dạng trên mẫu đo càng lớn, càng sâu thì độ cứng của mẫu đo càng kém
Đo độ cứng là phương pháp thử đơn giản và nhanh chóng để xác định tính chất của vật liệu mà không cần phá hoại chỉ tiết. Độ cứng có thể đo bằng nhiều phương pháp nhưng đều dùng tài trọng ấn viên bị bằng thép nhiệt luyện
cứng hoặc mũi côn kim cương hoặc mũi chóp kim cương lên bề mặt của vật liệu muốn thử, đồng thời xác định kích thước vết lõm „ in trên bè mặt vật liệu đo.
ở) Độ cứng Brinen (do theo
phương pháp Brinen). Để đo độ cứng Brinen ta dùng tải trọng P để ấn viên bị bằng thép đã nhiệt luyện, có đường kính D lên bề Hình 9, Sơ đồ phương pháp do
mát vật liệu muốn thử (hình 9), dộ cúng Brincn
39
Đơn vị độ cứng Brinen HB là kGimm?,
Tùy theo chiều dày của mẫu thử mà chọn đường kính viên bỉ D = 10mm, D = 5mm hoac D = 0,25mm (bàng 3B), đồng thời tùy theo tính chất của vật liệu mà chọn tải trong P cho thích hợp.
- Đối với thép và gang P = 30D.
Vi du vién bi cé D = 10mm thi P = 30:102 = 3000 &G .
- Đối với đồng và hợp kim d3ng P = 10D2, - Đối với nhôm, babit và các hợp kim mềm khác P = 2,5D?.
Độ cứng Brinen được tính theo công thức :
Pp’
HB= — (10)
F ở đây, F - diện tích mặt cầu của vết lõm, (mm).
xD? 2D peso
F= — - —VD?.d ay
2° 2
2
va HB =—(——— s@) D? : IU 8 ` (12)
voi cá 9
Trong đó D - đường kính vién bi (mm);
d - duéng kinh cua vét lam (mm), ,
Độ cúng HB của vật liệu được kiểm tra không lớn hơn
450 (kG/mm?). ;
b) Độ cứng Rócoen được xác định bằng cách dùng tải trọng P ấn viên bi bằng thép đã nhiệt luyện có đường kính 1,587 mm tức là 1/16” (thang B) hoặc mũi côn bằng kim cương có góc ở đỉnh 120°
(thang Ở hoặc A) lên bề mặt vật liệu thử.
Trong khi thử, số độ cứng được chỉ trực tiếp ngay bàng kim 40
Bảng 3B. Chọn thang độ cứng Rôcoen + Brinen
KÍ hiệu Tải KÍ hiệu Giới hạn cho
Độ cúng Brinen| thang Mũi thử trọng độ cúng | phép của thang
HB Rôcoen chính P,|_ Rôcoan Rôcoen
kG
60-230 8 (đỏ) Vien bi thép 100 HRB 25 - 100
230-700 | C (den) Mũi kim cudng | 150 HAC 20 -B7
lớn hón 700 | A (den) Mũi kim cướng 60 HRA lớn hđn 70 đồng hồ. Số độ cứng Rôcoen được biểu thị bằng đơn vị quy ước.
Viên bi thép dùng để thử những vật liệu ít cứng, còn mũi côn kim cương dùng để thử các vật liệu có độ cứng cao như thép đã nhiệt luyện.
Tải trọng tác dụng hai lần:
tai trong so b6 P, = 10kG, sau
đơ đến tải trọng chính P, đối
với viên bi thép P = 100 kG
(xem bảng: 3B, thang B ở
trên đồng hồ, màu đỏ), đối với mùi côn kim cương P = 150 kG (xem bang 3B, thang
€ ở trên đồng hồ, màu đen) hoặc P = 60 &G (xem thang Q|
A mau den, bang 3B). |
c) Dé cling Vicke. Ding
mũi kim cương hình chop đáy vuông, góc giữa 2 mặt đối xứng bằng 1365 (hình 10) ấn lên bề mặt của mẫu thử hoặc chỉ tiết với tải trọng P từ
PTs
Hình 10. Sơ đồ đo độ cứng Vicke
41
5-120kG, thường P = 5; 10; 20; 30; 50; 100 và 120 kG.
Độ cứng Vicke được kí hiệu bàng HV (kG/mm2) :
HV = 1,8544 — P d2 (12)
Trong đó, P - tải trọng (&@G); d - đường chéo của vết lôm (rnưn.)°
Phương pháp đo độ cứng Vicke có thể đo cho cả.vật liệu mềm và vật liệu cứng có lớp mỏng của bề mặt sau khi thấm than, thấm nito, nhiệt luyện v.v...
Độ dân dời tương đối {ð%] là tỷ lệ tính theo phần trăm giữa lượng dãn dài sau khi kéo và chiều dài ban đầu.
d= -L_° 100% (13)
a
ở đây : l¿ và l¡ - độ dài mẫu trước và sau khi kéo tính cùng đơn vi do (mm).
Vật liệu có độ đãn dài (2%) càng lớn thì càng đéo và ngược lại.
e) Dé dai ua chạm (a¿). Có những chỉ tiết máy khi làm việc phải chịu các tải trọng tác dụng đột ngột (hay gọi là tải trọng va đập).
Khả năng chịu đựng của vật liệu bởi các tải trọng đó mà không bị phá hủy gọi là độ dài va chạm. Ký hiệu của nó là a, (Jimm?) hay (km).
2. Lý tính. Lý tính của kim loại là những tính chất của kim loại thể hiện qua các hiện tượng vật lý khi thành phần hơa học của kim loại đó không bị thay đổi.
Lý tính cơ bản của kim loại gồm có : khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, tính đãn nở, tính dân nhiệt, tính dẫn điện và từ tính.
Khối lượng riêng là khối lượng cud fem) vật chất. Nếu goi P là
khối lượng của vật chất, V là thể tích của vật chất, y là khối lượng riêng của vật chất, thì ta có công thức :
42
P +
= — (giem”) 14
y vy (elem (14)
Ứng dụng của khối lượng riêng trong kỹ thuật rất rộng rãi, nó không những có thể dùng để so sánh các thứ kim loại nặng nhẹ để tiện việc lựa chọn vật liệu, mà còn có thể giải quyết một số vấn đề thực tế. Ví dụ, những vật lớn như thép đường ray, thép hình khó cân được khối lượng, nhưng vì biết được khối lượng riêng và có thể đo được kích thước ma tinh ra thể tích nên có thể không cần cân mà dùng công thức để tính ra khối lượng của chúng.
- Nhiệt độ nóng chảy là nhiệt độ nung nóng đến đó thì làm cho kim loại từ thể rắn chảy thành thể lỏng.
Sắt nguyên chất chảy ở nhiệt độ 1535°C. Điểm chảy của gang là 1180 - 1350°C (do hàm lượng cacbon trong gang quyết định). Điểm chảy của thép là 1400 - 1500°G (do hầm lượng cacbon trong thép quyết định).
Tính chất này rất quan trọng đối với công nghiệp chế tạo cơ khí, vì phương pháp chế tạo các chỉ tiết máy rẻ tiền nhất là phương pháp đúc, nhưng khi dùng phương pháp này thì kim loại cần phải cơ tính chảy loãng tốt. Tính chảy loãng của kim loại ở thể lỏng tốt hay xấu do điểm chảy của kim loại quyết định, điểm chảy càng thấp thì tính chảy loãng của kim loại càng tốt.
- Tính dân nỏ là khả nang dan nở của kim loại khi nung nóng.
Độ dãn nở lớn hay bé có thể biểu thị bằng hệ số dãn nở trên chiều đài của đơn vị (mm) gọi là hệ số đãn nở theo chiều dài. Ví dụ, hệ số đãn nở theo chiều dài của sắt nguyên chất là 0,0000118 của thép là 0,0000120.
- Tính dẫn nhiệt là kha nang dẫn nhiệt của kim loại. Độ dẫn nhiệt của các kim loại và hợp kim không giống nhau. Vi du, gang, thép đều có tính dẫn nhiệt tốt nhưng kém đồng và nhôm xa. Nếu lấy hệ số dẫn nhiệt của bạc là 1, thì của đồng là 0,9, nhôm là 0,5 và của sắt chỉ có 0,15.
43
- Tỉnh dân điện là khả năng truyền dòng điện của kim loại.
Kim loại đều là vật dẫn điện tốt, nhất là bạc, sau đó đến đồng và nhôm, nhưng do bạc đắt tiền nên kim loại được dùng nhiều nhất trong kỹ thuật để làm vật dẫn điện là đồng và nhôm. Nơi chung, -kim loại nào có tính dẫn nhiệt tốt thì tính dẫn điện cũng tốt. Hợp
kim noi chung có tỉnh dẫn điện kém kim loại.
- Từ tính là khả năng dẫn từ của kim loại. Sắt,niken. côban và hợp kim của chúng đều có từ tính thể hiện rất ró rệt nên chúng đựoc gọi là kim loại từ tính.
3. Hóa tỉnh của kim loại là độ bền của kim loại đối với những tác dụng hóa học của các chất khác như ôxy, nước, axit v.v... mà không bị phá hủy.
Tính năng hóa học cơ bản của kim loại có thể chia thành mấy loại sau :
- Tính chịu ăn mòn là độ bền của kim loại đối với su an mon của các môi trường xung quanh.
- Tính chịu nhiệt là độ bền của kim loại đối với sự ăn mòn của ôxy trong không khí ở nhiệt độ cao hoặc đối với tác dụng ăn mòn của một vài thể lỏng hoặc thể khí đặc biệt ở nhiệt độ cao.
- Tỉnh chịu axit là độ bền của kim loại đối với sự ăn mòn của
axit.