Đề 12 – Bài tập, đề thi trắc nghiệm online Vật liệu cơ khí

Thép không gỉ Duplex, với cấu trúc hỗn hợp Austenitic và Ferritic, thường có khả năng chống ăn mòn vượt trội, đặc biệt trong môi trường khắc nghiệt như axit mạnh, so với các loại thép không gỉ Austenitic, Ferritic và Martensitic thông thường. Các loại thép không gỉ khác nhau về thành phần và cấu trúc nên có tính chất khác nhau.

Thép hợp kim, đặc biệt là thép hợp kim trung bình và cao, có độ bền và độ dai cao, phù hợp cho chi tiết chịu tải trọng tĩnh và va đập mạnh. Gang xám giòn, thép carbon thấp độ bền không cao bằng thép hợp kim, nhôm hợp kim nhẹ nhưng độ bền thường thấp hơn thép.

Thấm carbon (cacbon hóa) là phương pháp nhiệt hóa làm giàu carbon lớp bề mặt thép, sau đó tôi và ram để tạo lớp bề mặt martensite cứng, tăng độ cứng và khả năng chống mài mòn. Ủ, thường hóa và ram không làm thay đổi thành phần hóa học bề mặt.

Gang cầu có graphit ở dạng cầu tròn, làm giảm sự tập trung ứng suất so với graphit dạng tấm trong gang xám, do đó gang cầu có độ bền và độ dẻo cao hơn nhiều. Gang dẻo cũng có độ dẻo tốt nhưng quy trình sản xuất khác, gang trắng rất cứng và giòn.

Vùng hàn là vùng kim loại bị nóng chảy và sau đó đông đặc lại để tạo thành mối nối. Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) là vùng vật liệu xung quanh mối hàn bị thay đổi cấu trúc do nhiệt, vùng kết tinh liên quan đến quá trình đông đặc, vùng biến dạng là vùng bị biến dạng do lực hoặc nhiệt.

Dập tấm là phương pháp gia công áp lực chuyên dùng để tạo hình các sản phẩm dạng tấm mỏng. Rèn tự do tạo hình khối lớn, kéo dây giảm tiết diện dây, ép đùn tạo hình dạng dài có tiết diện không đổi.

Hàn MIG/MAG (GMAW) sử dụng điện cực dây nóng chảy liên tục và khí bảo vệ (khí trơ MIG hoặc khí hoạt tính MAG) để tạo mối hàn. Hàn TIG (GTAW) dùng điện cực không nóng chảy, hàn hồ quang tay dùng que hàn bọc thuốc, hàn điểm là hàn tiếp xúc.

Ceramic thường có hệ số giãn nở nhiệt thấp nhất so với kim loại (nhôm, thép) và polyme. Hệ số giãn nở nhiệt thấp giúp vật liệu duy trì kích thước ổn định khi nhiệt độ thay đổi, quan trọng trong các ứng dụng chính xác.

Ở nhiệt độ thấp, trượt mạng tinh thể là cơ chế biến dạng dẻo chính trong kim loại, khi các lớp nguyên tử trượt lên nhau dọc theo mặt trượt. Leo và khuếch tán là cơ chế biến dạng ở nhiệt độ cao, biến dạng đàn hồi là biến dạng thuận nghịch.

Tốc độ cắt và lượng chạy dao là các thông số công nghệ trực tiếp quyết định hình dạng vết cắt và bề mặt gia công. Độ cứng dao và thành phần vật liệu ảnh hưởng đến khả năng cắt gọt, nhiệt luyện ảnh hưởng đến tính chất cơ học, nhưng tốc độ và lượng chạy dao là yếu tố then chốt cho độ nhám bề mặt.

Liên kết cộng hóa trị là liên kết mạnh giữa các nguyên tử trong mạch phân tử polyme, quyết định cấu trúc mạch và các tính chất cơ học quan trọng như độ dẻo dai và độ bền. Liên kết Van der Waals là liên kết yếu giữa các mạch phân tử, liên kết ion và kim loại không phải là liên kết chính trong polyme.

Composite nền polymer có ưu điểm chính là khối lượng riêng nhỏ hơn đáng kể so với kim loại, dẫn đến tỷ lệ độ bền trên khối lượng cao, rất quan trọng trong nhiều ứng dụng cơ khí. Các ưu điểm khác thường thuộc về kim loại hoặc composite nền ceramic.

Creep (bò) là biến dạng dẻo chậm theo thời gian dưới tác dụng của tải trọng tĩnh, và hiện tượng này tăng mạnh khi nhiệt độ và tải trọng đều cao. Nhiệt độ cao làm tăng tốc độ khuếch tán nguyên tử, tải trọng cao cung cấp động lực cho biến dạng.

Ceramic kỹ thuật có độ cứng và khả năng chịu nhiệt cao, thích hợp cho dao cắt, vòng bi và lớp phủ. Tuy nhiên, ceramic thường giòn và chịu tải trọng uốn, va đập kém. Chi tiết máy chịu tải trọng uốn và va đập lớn cần vật liệu có độ dai cao hơn như thép.

Ceramic kỹ thuật có tính cách điện tốt và chịu nhiệt độ cao, nên được sử dụng rộng rãi làm vật liệu cách điện. Đồng, nhôm và thép là vật liệu dẫn điện tốt, không phù hợp cho ứng dụng cách điện.

Composite nền polymer thường sử dụng sợi carbon, sợi thủy tinh hoặc sợi kevlar làm vật liệu gia cường để tăng độ bền và độ cứng. Composite nền kim loại và ceramic ít khi dùng sợi carbon, composite nền gỗ không phải thuật ngữ phổ biến.

Giảm độ nhám bề mặt làm giảm sự tập trung ứng suất tại các vết xước nhỏ, từ đó cải thiện đáng kể độ bền mỏi. Tăng độ cứng bề mặt cũng có lợi nhưng giảm nhám bề mặt trực tiếp hơn. Tăng độ dẻo dai có thể giúp nhưng không trực tiếp bằng giảm nhám bề mặt. Giảm kích thước thường làm giảm độ bền.

Đúc áp lực tạo ra sản phẩm có độ chính xác kích thước và độ bóng bề mặt cao hơn nhiều so với đúc khuôn cát. Khuôn đúc áp lực đắt hơn, khuôn cát dễ chế tạo và rẻ hơn. Đúc khuôn cát có thể đúc vật đúc lớn hơn, khuôn đúc áp lực bền nhưng không phải là ưu điểm nổi bật nhất so với khuôn cát.

Ủ thấp (ram thấp) là quá trình nung nóng thép ở nhiệt độ thấp (150-250°C) để giảm ứng suất dư sinh ra trong quá trình gia công mà không làm giảm đáng kể độ cứng. Tôi làm tăng ứng suất, ram cao cải thiện độ dai nhưng không chuyên để khử ứng suất, thường hóa cũng không tập trung vào khử ứng suất dư bằng ủ thấp.

Gia công laser sử dụng chùm tia laser hội tụ để đốt nóng và cắt vật liệu. EDM dùng tia lửa điện, siêu âm dùng sóng siêu âm và rung động, hóa học dùng phản ứng hóa học để loại bỏ vật liệu.

Cát khuôn (hỗn hợp cát và chất kết dính) là vật liệu làm khuôn đúc phổ biến nhất do giá thành rẻ, chịu nhiệt tốt và dễ tạo hình. Polyme nhiệt dẻo và gỗ không chịu được nhiệt độ đúc kim loại, nhôm hợp kim có thể làm khuôn nhưng đắt hơn và khó tạo hình phức tạp như khuôn cát.

Ferrite là dung dịch rắn của carbon trong sắt alpha (α-Fe), có cấu trúc mạng lập phương tâm khối (BCC) và độ hòa tan carbon rất thấp. Austenite là dung dịch rắn trong sắt gamma (γ-Fe), Cementite là hợp chất Fe3C, Pearlite là hỗn hợp cùng tinh của Ferrite và Cementite.

Ăn mòn điện hóa cần có hai kim loại khác nhau (tạo cặp pin), chất điện phân (môi trường dẫn điện), và mạch điện kín (để dòng điện chạy). Không khí ẩm có thể là chất điện phân yếu, nhưng yếu tố then chốt là cặp kim loại khác nhau và mạch điện kín.

Thép hợp kim lò xo được thiết kế đặc biệt để có tính đàn hồi cao (khả năng biến dạng đàn hồi lớn), độ bền và độ dai phù hợp cho lò xo. Thép carbon thấp và trung bình không đủ tính đàn hồi và độ bền, gang dẻo không có tính đàn hồi cần thiết.

Độ cứng là khả năng vật liệu chống lại biến dạng dẻo hoặc bị lõm vào dưới tác dụng của ngoại lực. Các tính chất khác liên quan đến khả năng chịu tải, biến dạng hoặc phá hủy.

Tôi thép chủ yếu làm tăng độ cứng và độ bền cơ học, không trực tiếp tăng độ bền chống ăn mòn. Thêm Crom tạo thép không gỉ, mạ kẽm và sơn phủ tạo lớp bảo vệ bề mặt chống ăn mòn.

Phun phủ nhiệt là phương pháp gia công bề mặt tạo lớp phủ bằng cách phun vật liệu ở trạng thái nóng chảy lên bề mặt, sau đó vật liệu đông đặc lại tạo lớp phủ bảo vệ. Mạ điện dùng dòng điện, anod hóa tạo lớp oxit, thấm carbon thay đổi thành phần bề mặt.

Thử Brinell, Rockwell và Vickers là các phương pháp thử nghiệm độ cứng phổ biến, dựa trên việc đo kích thước vết lõm tạo ra bởi đầu thử cứng hơn vật liệu. Thử kéo xác định độ bền và độ dẻo, thử uốn đánh giá khả năng chịu uốn, thử va đập đo độ dai va đập.

Mỏi vật liệu là hiện tượng phá hủy vật liệu dưới tác dụng của tải trọng chu kỳ (biến đổi theo thời gian), ngay cả khi ứng suất cực đại nhỏ hơn giới hạn bền tĩnh của vật liệu. Tải trọng tĩnh không gây mỏi, tải trọng va đập có thể gây phá hủy tức thời, tải trọng nhiệt gây biến dạng nhiệt.

Tôi thép tạo ra pha martensite cứng, làm tăng độ cứng và độ bền đáng kể nhưng đồng thời giảm độ dẻo và độ dai. Ủ và thường hóa làm mềm thép, ram cải thiện độ dai sau khi tôi nhưng vẫn giữ độ cứng ở mức cao.