Kiểm tra vật liệu

Kiểm tra vật liệu gổm ba nhiệm vụ:

Xác định tính công nghệ của vật liệu, thí dụ như độ bền, độ cứng và khả năng gia công. Nhờ đó người ta sẽ có được sự hướng dẫn cho việc sử dụng vật liệu.

Kiểm tra iại chi tiết đã hoàn tất thí dụ vết nút hay sai sót trong xử lý nhiệt. Nhờ đó ngăn ngừa được việc sử dụng phôi có khuyết tật và sẽ gây hư hại.

Xác định nguyên nhân tổn hại nơi những chi tiết bị vỡ (Hình 1).

Qua đó người ta sẽ lựa chọn vật liệu phù hợp hơn và tránh những tổn hại tương tự về sau.

Kiểm tra đặc tính gia công

Những phương pháp kiểm tra công nghệ sau đây làm nhiệm vụ xem xét tính năng của vật liệu hoặc bán thành phẩm cho một ứng dụng nhất định hoặc một phương pháp gia công (Hình 2):

Thử nghiệm uốn (kiểm tra uốn gập) dùng để kiểm tra khả năng biến dạng của vật liệu thanh và kiểm tra mối hàn. Mẫu thửđược uốn cong trong

một gá uốn cho đến khi vết nứt xuất hiện. Góc uốn khi vết nút xuất hiện được đo và xem như là con số đo lường.Trường hợp không bị nứt, mẫu thử sẽ được uốn gập.

Thử nghiệm uốn qua lại dùng để kiểm tra khả năng uốn nhiều lần của thép lá và thép băng. Mẫu thử được uốn qua lại trong khung uốn cho đến khi có vết nứt. sổ lượng của lẩn uốn được xem như là con số đo lường.

Thử nghiệm vuốt thúc sâu phương pháp Erichsen cung cấp chỉ số đánh giá (trị sổ tham khảo) cho khả năng vuốt thúc sâu của vật liệu lá. Độ sâu của vết ấn IE đến khi có vết nứt được dùng làm chỉ số.

Thử nghiệm nén (rùn) kiểm tra khả năng ép nóng của vật liệu cho đinh tán và vít. Chúng không được nứt khi ép đến 1/3 chiều cao ban đẩu. Thử nghiệm độ giản kiểm tra sự thích ứng rèn (tính rèn) của thép. Một mẫu thử nghiệm phẳng nung đỏ được rèn tay bằng đẩu búa đến khi nở rộng bằng 1,5 chiều ngang.Trong khi thử nghiệm không được phát ra vết nứt.

Kiểm tra đường hàn có nhiệm vụ đánh giá các mối hàn. Một mẫu thử mối hàn được kẹp trong bàn kẹp (ê tô) hay đập bằng búa cho đến khi gãy mối hàn. Cấu trúc tinh thể nơi gãy và có khi dùng cả khuyết tật hàn hiện có để đánh giá.

Nhiệt luyện

Điều kiện nhiệt iuyện được lấy ra từ sách bảng tra cứu. Đó là:

Nhiệt độ tôi: 820…860°Cvà làm nguội cấp tốc bằng nước hay dầu Nhiệt độ ủ: 550… 660°c

Nhiệt độ tôi được chọn là 830°c và làm nguội cấp tốc bằng dẩu để tránh biến dạng méo mó nếu tôi được làm nguội đột ngột thật gắt bằng nước.

Từ biểu đổ nhiệt luyện của thép C45E người ta đọc được nhiệt độ ủ là 630°c để đạt độ bền kéo 700 N/ mm2 (Hình 2). Việc nhiệt luyện được thực hiện với những nhiệt độ này bằng sự nung nóng lên nhiệt độ tôi trong lò tôi, làm nguội trong dầu và tiếp theo đó thực hiện.

Tôi da cứng (tôi lớp ngoài)

Trong phạm vi rãnh của bệ kẹp, lớp vùng biên cẩn phải tôi để tiếp nhận áp lực bể mặt của vít ép (Hình

trang 200). Tra cứu từ trong sách bảng, ta có nhiệt độ tôi cho lớp vùng biên từ820°c đến 900°c. Độ cứng tối thiểu 55 HRC.

Để thực hiện tôi lớp vùng biên, chi tiết được nung thật nhanh bằng mỏ hàn đèn xì ở phạm vi rãnh và khi đạt nhiệt độ tôi sẽ được nhúng làm nguội trong bổn nước ngay lập tức. Nhiệt độ tôi có thể xác định bằng màu nung ở mặt chi tiết vùng rãnh. Nhiệt độ này được xác định gần đúng bằng bảng màu nung.

Việc tôi vùng biên đúng cách cho đáy rãnh có thể kiểm tra lại bằng phương pháp đo độ cứng Rockwell (trang 295).

Kiểm tra cơ tính

Phương pháp kiểm tra với tải trọng va đập, nhanh hay đổi chiều được gọi là kiểm tra động, thí dụ như thử nghiệm uốn đập (mẫu) khía, kiểm tra độ bền mỏi và kiểm tra tải trọng vận hành của cấu kiện.

Khi tải trọng được nâng cao từ từ hay được duy trì cổ định, người ta gọi là kiểm tra tĩnh. Những phương pháp này gồm có thử nghiệm kéo, thử nghiệm ép, thử nghiệm cắt và kiểm tra độ cứng.

Thử nghiệm kéo

Thử nghiệm kéo dùng để xác định những chỉ số cơ học của một vật liệu qua ứng suất kéo.Thử nghiệm kéo được thực hiện với một mẫu kéo tròn hoặc phẳng (Hình 1, bên phải phần trên), ở mẫu kéo tiết diện tròn, chiều dài đo ban đẩu L0 bằng 5 lẩn đường kính đớ.

Thực hiện thử nghiệm

Thử nghiệm kéo được thực hiện trên máy kiểm tra đa năng (Hình 1).

Mẫu kéo được kẹp ở hai đầu (kẹp) trong đầu kẹp dưới và đẩu kẹp trên của máy kiểm tra.Tiếp theo đó vận hành máy: Chiếc thớt và đầu kẹp trên chạy từ từ lên trên và chất tải mẫu kéo với một lực kéo chậm và tăng liên tục. Với tác dụng của tải trọng, mẫu kéo tăng chiều dài (Hình 2, phẩn hình trên).

Mẫu giãn dài ra cho đến lực kéo cao nhất mà không thấy rõ rệt sự thay đổi tiết diện. Tiếp theo đó mẫu kéo thắt lại ở khoảng giữa, giãn dài đáng kể ở đây và cuối cùng đứt gãy nơi này. Lực kéo giảm càng nhiều cùng với mẫu kéo thắt lại. Lực kéo bằng không khi mẫu đứt.

Đánh giá thử nghiệm

Trong lúc thử nghiệm kéo, lực kéo F và độ tăng chiều dài AZ. được một thiết bị đo liên tục. Trong đơn vị đánh giá của máy kiểm tra, ứng suất ơ được tính từ lực kéo F và tiết diện của mẫu kéo 5

Thông số đặc trưng cho vật liệu với giới hạn đàn hồi rõ rệt

Thép carbon thí dụ như S235JR (St 37-2) có đường biểu diễn ứng suất-độ giãn với giới hạn đàn hổi rõ rệt (Hình 2, trang 291). ở vật liệu này ứng suất ở giai đoạn đẩu tăng theo tỷ lệ (với cùng kích cỡ) với độ giãn £. Vì thế nên phẩn đầu đường biểu diễn là đường thẳng.

Sự liên quan tỷ lệ này giữa ứng suất 0zvà độ giãn £ được mô tả bằng định luật Hook (xem bên phải). Hệ số E trong phương trình được gọi là môđun đàn hồi và là thông số đặc trưng cho độ cứng (độ bển vững) của một vật liệu. Các loại thép có môđun đàn hổi E=210000 N/mm2.

Khi đạt đến một ứng suất nhất định, được gọi là giới hạn đàn hổi R , mẫu kéo giãn đáng kể trong lúc lực kéo không thay đổi: mẫu bị “kéo giãn”.

Sau khi vượt khỏi phạm vi kéo giãn, ứng suất trong mẫu kéo tăng từ từ đến điểm cực đại của đường biểu diễn. Trị số cao nhất của ứng suất được gọi là độ bền kéo R .

Sau đó đường biểu diễn đi xuống. Mẫu kéo thắt lại càng lúc càng nhiều và cuối cùng đút gãy. Độ giãn còn lại sau khi mẫu đút gãy được gọi là độ giãn đút gãy A (Hình 2, trang 291).

Thí dụ: Một mẫu kéo tròn với đường kính ban đầu d= 8 mm và chiểu dài ban đẩu A0=40 mm được kiểm tra trong thử nghiệm kéo. Lực kéo lúc đạt giới hạn đàn hồi là F =11810 N, lực kéo cực đại F =18095. Sau khi mẫu kéo đứt gãy chiều dài còn lại được đo là L =50,8 mm. Những trị số của các độ lớn sau đây là bao nhiêu: a) giới hạn đàn hổi, b) độ bền kéo và c) độ giãn đứt gãy?

Tham số đặc trưng cho vật liệu không có giới hạn đàn hồi rõ rệt

ở những vật liệu không có giới hạn đàn hồi rõ rệt như nhôm, đổng hoặc thép tôi, đường biểu diễn ứng suất-độ giãn không có giới hạn đàn hồi. Lúc đẩu đường biểu diễn là đường thẳng tăng dẩn, chuyển sang đường cong không có điểm chuyển tiếp và hạ xuống sau khi vượt qua khỏi trị số cực đại cho đến khi đứt gây (Hình 1).

Ứng suất ở điểm cao nhất của đường biểu diễn trong trường hợp này cũng được gọi là độ bền kéo R , độ giãn còn lại là độ giãn đứt gãy A (xem công thức tính ở phẩn trên).

Vì những vật liệu với đường biểu diễn này thiếu giới hạn đàn hổi quan trọng cho việc tính độ bển, nên người ta chọn độ lớn thay thế bằng độ giãn 0,2% R 02. Đây là ứng suất làm cho mẫu kéo sau khi hết tải còn 0,2% đọ giãn còn lại.

Độ giãn 0,2% được xác định bằng đường vẽ song song với đoạn thẳng ở phẩn đầu của đường biểu diễn qua điểm £ = 0,2% (Hình 1).

Thí dụ: Giới hạn độ giãn 0,2% của vật liệu nhôm trong hình 1 có trị số

/?p0J= 120 N/mm2.

So sánh vật liệu

Mỗi vật liệu có một dạng đặc biệt của đường biểu diễn ứng suất- độ giãn. Khi ghi lại những đường biểu diễn của những kim loại khác nhau trong một biểu đồ, người ta sẽ nhận thấy được phản ứng khác biệt của vật liệu qua biến dạng (Hình 2).

Thử nghiệm ép

Trên một máy kiểm tra đa năng, một mẫu thử được lực ép F tác động từ từ đến khi gãy hoặc nứt (Hình 1).

Vật liệu cứng giòn như gang đúc sắt hoặc thép tôi vỡ ra nhiều miếng lớn. Vật liệu dai nhưthép không tôi bị biến dạng phình ra thành hình trống có vết nứt ở hướng lực tác động, ứng suất tối cao đạt được nơi một mẫu ép được gọi là độ bền ép ở dB.

Khả năng chịu tải cất của vật liệu được kiểm tra bằng thử nghiệm cắt. Trên máy kiểm tra đa năng, mẫu cắt dạng thanh tròn được đặt trong bộ gá cắt. Lực cắt được nâng lên từ từ đến khi mẫu bị cắt đứt (Hình 2).

Lực cắt tối đa F cẩn thiết được đo và với 2 lần  diện tích của tiết diện thanh tròn (2.S ) người ta tính ra được độ bển cắt.

Đô bền cắt ra B = Fm2 Sq

Kiểm tra độ cứng theo Vickers

Phương pháp kiểm tra độ cứng theo Vickers dùng một đầu thử hình khối tháp 4 cạnh bằng kim cương ấn vào mẫu với một lực kiểm tra Fvà đo đường chéo d của vết ấn khối tháp được phát sinh (Hình 1).

Thực hiện thử nghiêm. Trong trường hợp thông thường việc kiểm tra độ cứng được thực hiện với máy kiểm tra độ cứng vạn năng (Hình 2).

Đẩu thử, thí dụ như khối tháp kim cương, được ép vào mẫu với lực thử nghiệm. Sau 10 đến 15 giây, đẩu thử được nhấc lên và quay sang một bên. Nhờ vậy hệ thống phóng đại quang học đi đến vết ấn được thành hình và vết này được chiếu vào màng phát quang, ở nơi này vết ấn được đo chính xác với một đường ray đo di động.

Trong kiểm tra độ cứng theo Vickers ở phạm vi lớn, những lực kiểm tra sau đây được sử dụng:

49,3 N (HV5), 98,07 N (HV10), 196,1 N (HV20), 294,2 N (HV30), 490,3 N (HV50) và 980,7 N (HV100).

Kiểm tra độ cứng theo Vickers chỉ cần một đẩu thử, vật này dùng để kiểm tra cả vật liệu mềm lẫn vật liệu cứng.

Ký hiệu ngắn. Độ cứng Vickers được trình bày bằng ký hiệu ngắn, gổm có trị số độ cứng, chữ ký hiệu HV cũng như điểu kiện kiểm tra (xem thí dụ bên phải).

Trường hợp thời gian tác động 10 đến 15 giây thì sẽ được bỏ đi, thí dụ như 360 HV 50. Kết quả của kiểm tra độ cứng theo Vickers và Brinell cho những vật liệu mểm và cứng vừa (đến 350 HV) sẽ có cùng trị số. Với những vật liệu cứng hơn thì chúng sẽ có trị số sai biệt với nhau.

Kiểm tra độ cứng theo Vickers với tải nhẹ và vết ấn vi thê

(rất nhỏ). Nếu cẩn có vết ấn của đẩu thử càng nhỏ càng tốt thì người ta sẽ dùng thiết bị kiểm tra với tải nhẹ. Lực kiểm tra gây vết ấn nhỏtừ2N đến 50N (HV 0,2 đến HV 5), được đo bằng kính hiển vi gắn trên thiết bị kiểm tra. Kiểm tra độ cứng với tải nhẹ dùng để kiểm tra lớp tôi mỏng và chi tiết đã hoàn tất. Trong thử nghiệm độ cứng theo Vickers ở phạm vi rất nhỏ, thí dụ nhưtừng hạt của cấu trúc, người ta dùng lực kiểm tra nhỏ hơn 2 N.

Kiểm tra độ cứng theo Knoop. Phương pháp thử nghiệm này tương tự như thử nghiệm theo Vickers ứng dụng cho vật liệu cứng giòn, chẳng hạn đồ gốm. Đầu thử là một khối tháp kim cương hình thoi.