Sáu bài kiểm tra độ bền vật liệu phổ biến

Độ bền vật liệu đóng vai trò then chốt trong việc xác định cách thức hoạt động của vật liệu dưới các ứng suất và điều kiện khác nhau.

Cho dù bạn đang thiết kế một tòa nhà, một bộ phận máy, hoặc toàn bộ cấu trúc, biết vật liệu sẽ hoạt động như thế nào dưới tác dụng của lực là rất quan trọng.

Các loại thử nghiệm vật liệu khác nhau được sử dụng để đo các loại sức mạnh khác nhau, và mỗi bài kiểm tra phục vụ một mục đích riêng.

Dưới đây là sáu bài kiểm tra độ bền vật liệu phổ biến, nêu bật các phương pháp của họ, số đo chính, và ứng dụng.

1. Kiểm tra độ bền kéo

Kiểm tra độ bền kéo là một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để đánh giá tính chất cơ học của vật liệu, đặc biệt là khả năng chịu được lực kéo hoặc lực kéo.

Thử nghiệm này bao gồm việc áp dụng tải trọng kéo tăng dần lên mẫu vật liệu (thường có hình dạng như một quả tạ) cho đến khi nó vỡ.

Bằng cách ghi lại tải áp dụng, mô đun đàn hồi, sức mạnh năng suất, độ bền kéo, độ dẻo, đặc tính làm cứng căng, mô đun Young, và tỷ số Poisson có thể được tính.

Việc kiểm tra được thực hiện bằng máy kiểm tra độ bền kéo, còn được gọi là máy kiểm tra đa năng (UTM).

Các thông số chính được đo:

• Sức mạnh năng suất: Điểm ứng suất tại đó vật liệu bắt đầu biến dạng dẻo (biến dạng vĩnh viễn). Ví dụ, đối với thép cacbon thấp, sức mạnh năng suất thường là khoảng 250 MPa.
• Độ bền kéo tối đa (UTS): Ứng suất tối đa mà vật liệu có thể chịu được trước khi đứt.
  Thép, ví dụ, có thể có UTS dao động từ 400 MPa đến 700 MPa tùy thuộc vào hợp kim.
• Mô đun đàn hồi (Mô đun của Young): Tỷ số giữa ứng suất và biến dạng trong vùng đàn hồi, chỉ ra độ cứng vật liệu. Đối với thép, Môđun Young thường là 200 GPa.
• Độ giãn dài: Phần trăm tăng chiều dài của vật liệu trước khi bị đứt. Vật liệu có độ giãn dài cao, chẳng hạn như thép dẻo, có thể kéo dài hơn 10% trước thất bại.

Kiểm tra độ bền kéo là cần thiết đối với vật liệu được sử dụng trong các bộ phận kết cấu, chẳng hạn như kim loại, nhựa, và vật liệu tổng hợp.
Nó cung cấp dữ liệu có giá trị về cách vật liệu sẽ hoạt động dưới sức căng trong các ứng dụng trong thế giới thực, từ dây cáp trong cầu đến các bộ phận trong máy bay.

2. Kiểm tra nén

Thử nghiệm nén đánh giá khả năng chịu được lực nén của vật liệu - lực đẩy hoặc ép vật liệu.
Thử nghiệm này đặc biệt hữu ích đối với các vật liệu giòn, chẳng hạn như bê tông, gốm sứ, và một số kim loại.

Trong bài kiểm tra này, mẫu vật liệu được đặt vào máy thử nén, trong đó tải được tác dụng cho đến khi vật liệu biến dạng hoặc bị hỏng.

Các thông số chính được đo:

• cường độ nén: Tải trọng nén tối đa mà vật liệu có thể chịu được trước khi xảy ra hư hỏng.
  Ví dụ, bê tông thường có cường độ chịu nén là 20-40 MPa, trong khi bê tông cường độ cao có thể vượt quá 100 MPa.
• Sức mạnh nghiền nát: Điểm tại đó vật liệu giòn bị gãy khi bị nén.
  Điều này phù hợp với các vật liệu như gốm sứ hoặc vật đúc, có thể bị gãy ở lực nén tương đối thấp so với vật liệu dẻo.

Thí nghiệm nén đặc biệt quan trọng trong xây dựng và kỹ thuật dân dụng, nơi các vật liệu như cột bê tông và thép được thiết kế để hỗ trợ tải trọng đáng kể.

Thử nghiệm này đảm bảo rằng vật liệu có thể chịu được tải trọng kết cấu nặng mà không bị hỏng hóc.

3. Kiểm tra độ mỏi

Kiểm tra độ mỏi là rất quan trọng đối với các vật liệu chịu tải theo chu kỳ hoặc lặp đi lặp lại, chẳng hạn như những thứ được tìm thấy trong máy móc, linh kiện ô tô, và máy bay.

Vật liệu thường có thể chịu được mức độ căng thẳng cao nhưng có thể bị hỏng trong các chu kỳ tải và dỡ tải lặp đi lặp lại.

Trong bài kiểm tra độ mỏi, một vật liệu phải chịu các chu kỳ ứng suất lặp đi lặp lại cho đến khi cuối cùng nó bị hỏng.

Thử nghiệm mô phỏng các điều kiện thực tế, nơi các bộ phận phải chịu sự biến động của tải theo thời gian, chẳng hạn như các bộ phận động cơ trong ô tô hoặc cánh tuabin trong động cơ máy bay.

Các thông số chính được đo:

• sức mạnh mệt mỏi: Ứng suất tối đa mà vật liệu có thể chịu đựng trong một số chu kỳ nhất định trước khi bị hỏng.
  Ví dụ, các thành phần thép trong các bộ phận ô tô có thể có độ bền mỏi khoảng 250 MPa.
• Đường cong SN (Căng thẳng vs. Số chu kỳ): Đường cong này biểu thị mối quan hệ giữa ứng suất tác dụng và số chu kỳ mà vật liệu có thể chịu được trước khi hỏng.
  Các vật liệu như hợp kim titan được biết đến là có độ bền mỏi cao, làm cho chúng phù hợp cho các ứng dụng hàng không vũ trụ.

Kiểm tra độ mỏi là rất quan trọng trong các ngành công nghiệp nơi các bộ phận chịu ứng suất theo chu kỳ, bao gồm cả ô tô, hàng không vũ trụ, và sản xuất, nơi các bộ phận cần phải chịu đựng hàng triệu chu kỳ tải mà không bị hỏng hóc.

4. Kiểm tra độ xoắn

Thử nghiệm xoắn đo lường khả năng chịu lực xoắn hoặc lực quay của vật liệu. Vật liệu được cố định ở một đầu, và một mô-men xoắn tác dụng vào đầu kia, khiến nó vặn vẹo.

Thử nghiệm này cung cấp cái nhìn sâu sắc về độ bền cắt của vật liệu, đặc điểm biến dạng dẻo, và phản ứng với ứng suất quay.

Các thông số chính được đo:

• sức mạnh cắt: Khả năng chịu lực cắt của vật liệu. Ví dụ, thép thường có độ bền cắt khoảng 300 MPa, trong khi các vật liệu mềm hơn như nhôm có thể có độ bền cắt thấp hơn.
• Mô đun xoắn: Khả năng chống xoắn của vật liệu, giúp xác định độ cứng tổng thể của vật liệu được sử dụng trong các bộ phận quay như trục.
• Biến dạng nhựa: Mức độ xoắn hoặc biến dạng vĩnh viễn trước khi vật liệu bị đứt.
  Vật liệu dẻo sẽ bị xoắn đáng kể trước khi hỏng, trong khi các vật liệu giòn bị hư hỏng nhanh chóng sau một lượng biến dạng nhỏ.

Kiểm tra độ xoắn là rất quan trọng để đánh giá vật liệu được sử dụng trong các bộ phận như trục, bu lông, và các ống chịu lực quay trong máy móc, ô tô, và ứng dụng hàng không vũ trụ.

5. Kiểm tra Nick Break

Kiểm tra vết nứt là một thử nghiệm va đập chuyên dụng chủ yếu được sử dụng để đánh giá độ bền của mối hàn.

Một vết khía nhỏ được tạo ra ở vùng hàn, và sau đó mẫu bị tác động bởi một lực tác động.

Vết nứt thường xảy ra ở mối hàn và cách vết nứt vật liệu có thể chỉ ra chất lượng của mối hàn.

Các thông số chính được đo:

• Độ bền mối hàn: Điều này đo lường khả năng của mối hàn chống lại sự gãy khi va chạm. Mối hàn chắc chắn sẽ ít bị gãy và hấp thụ năng lượng tối đa.
• Độ bền va đập: Khả năng hấp thụ năng lượng của vật liệu trước khi hỏng. Vật liệu có độ dẻo dai cao sẽ chống gãy giòn ngay cả trong điều kiện khắc nghiệt.

Thử nghiệm này rất cần thiết cho các ngành dựa vào hàn để đảm bảo tính toàn vẹn của cấu trúc, như đóng tàu, sự thi công, và sản xuất đường ống.

6. Kiểm tra leo

Kiểm tra độ rão đánh giá sự biến dạng của vật liệu dưới tải trọng không đổi trong một thời gian dài, đặc biệt ở nhiệt độ cao.

Đối với vật liệu chịu ứng suất lâu dài, chẳng hạn như trong các nhà máy điện hoặc động cơ hàng không vũ trụ, hiểu hành vi của leo là rất quan trọng.

Trong quá trình kiểm tra, vật liệu chịu ứng suất liên tục ở nhiệt độ cao, và mức độ biến dạng (leo) được đo theo thời gian.

Các thông số chính được đo:

• Tốc độ leo: Tốc độ biến dạng của vật liệu dưới tác dụng của ứng suất theo thời gian. Các vật liệu như siêu hợp kim dùng trong động cơ phản lực thường có tốc độ rão rất thấp để đảm bảo hiệu suất ở nhiệt độ cao.
• Sức mạnh leo: Khả năng chống biến dạng của vật liệu dưới ứng suất kéo dài ở nhiệt độ cao.
• Chuyển đổi thời gian-nhiệt độ (TTT) Đường cong: Đường cong này cho thấy nhiệt độ và thời gian ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ rão của vật liệu.

Kiểm tra độ rão đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng nhiệt độ cao như tua bin, động cơ, và lò phản ứng, nơi vật liệu phải chịu được ứng suất nhiệt và cơ học kéo dài mà không bị hỏng.

Phần kết luận

Sáu bài kiểm tra sức mạnh này - độ bền kéo, nén, Mệt mỏi, sự xoắn, phá biệt danh, và từ biến - cung cấp những hiểu biết quan trọng về cách vật liệu sẽ hoạt động dưới các loại áp lực khác nhau.

Mỗi bài kiểm tra phục vụ một mục đích duy nhất, liệu việc đánh giá khả năng chống chịu lực căng của vật liệu, nén, căng thẳng theo chu kỳ, lực xoắn, hoặc biến dạng nhiệt độ cao.

Bằng cách hiểu được điểm mạnh và điểm yếu của vật liệu thông qua các thử nghiệm này, các kỹ sư có thể đưa ra quyết định sáng suốt hơn khi lựa chọn vật liệu cho các ứng dụng cụ thể.

Đảm bảo an toàn, độ bền, và độ tin cậy trong nhiều ngành công nghiệp.

 

Làm thế nào để đặt mua sản phẩm từ Deze？