Độ bền va đập của vật liệu kim loại đề cập đến khả năng chống hư hỏng và phục hồi biến dạng khi chịu tác động của tải trọng và chỉ số hiệu suất này có ý nghĩa rất lớn đối với ứng dụng thực tế của vật liệu. Độ bền va đập không chỉ phản ánh mức độ dẻo dai, giòn của vật liệu mà còn quyết định độ bền và độ tin cậy của vật liệu dưới tải trọng động. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ bền va đập của vật liệu kim loại, bao gồm bản chất của nguyên liệu thô, hướng của mẫu, hình dạng khía và chất lượng xử lý, độ chính xác của máy thử, độ khít giữa con lắc và khung, nhiệt độ thử nghiệm, vị trí của mẫu va đập, v.v.
1. Bản chất của nguyên liệu thô
Độ bền va đập của vật liệu kim loại có liên quan chặt chẽ đến cấu trúc kim loại, thành phần hóa học, tính chất vật lý, quy trình xử lý và xử lý nhiệt của chúng. Ví dụ, thành phần hóa học của kim loại, đặc biệt là carbon (C), phốt pho (P), lưu huỳnh (S) và các nguyên tố khác, khi hàm lượng của chúng tăng lên, thường dẫn đến giảm độ bền va đập của vật liệu. Điều này là do các nguyên tố này có xu hướng hình thành các pha hoặc tạp chất giòn bên trong vật liệu, làm tăng nồng độ ứng suất và làm giảm độ dẻo dai của vật liệu. Ngược lại, các nguyên tố như mangan (Mn) và niken (Ni) có thể cải thiện hiệu quả độ dẻo dai của vật liệu trong một phạm vi nhất định; Mn có thể tinh chế hạt và ức chế sự kết tủa của cacbua dọc theo ranh giới hạt, trong khi Ni có thể làm tăng năng lượng phân lớp của ferrite và thúc đẩy sự dịch chuyển trượt ngang của các sai lệch, có thể giúp cải thiện độ dẻo dai của thép.
Ngoài ra, thành phần pha của vật liệu kim loại cũng có ảnh hưởng đáng kể đến độ bền của nó. Hàm lượng ferrite càng cao, pha có độ bền thấp, độ dẻo và độ bền tốt thì độ bền va đập của vật liệu thường càng tốt. Ngược lại, carburite dạng lưới làm giảm độ dẻo dai của vật liệu và lượng của chúng càng cao thì độ bền va đập của vật liệu càng kém. Do đó, bằng cách điều chỉnh thành phần hóa học của vật liệu và quy trình xử lý nhiệt, thành phần pha có thể được kiểm soát và do đó độ bền va đập của vật liệu có thể được tối ưu hóa.
2. Định hướng mẫu vật
Sự định hướng của vật liệu kim loại ảnh hưởng đến tính chất cơ học của chúng, bao gồm cả độ bền. Trong các ứng dụng sản xuất và kỹ thuật thực tế, hầu hết các vật liệu kim loại đều được cán, trong quá trình cán các tạp chất kim loại kèm theo các hạt kim loại dọc theo hướng biến dạng chính bị kéo dài, sự hình thành mô sợi kim loại, ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ bền va đập của vật liệu kim loại. Do đó, dọc theo hướng lấy mẫu cán, nghĩa là trục dài của mẫu song song với hướng cán, khía mở theo hướng vuông góc với hướng cán, sao cho độ bền va đập của mẫu thu được càng lớn; ngược lại, vuông góc với hướng lăn lấy mẫu, dọc theo hướng lăn của rãnh mở, độ bền va đập thu được khi lấy mẫu nhỏ hơn.
3. Hình dạng notch và chất lượng xử lý
Hình dạng khía và chất lượng xử lý có tác động quan trọng đến độ bền va đập của vật liệu. Theo tiêu chuẩn GB/T 229-2007, rãnh khía chủ yếu được chia thành rãnh chữ U và rãnh chữ V, hai loại rãnh chữ V so với rãnh chữ U, ứng suất tập trung hơn nên độ bền va đập của nó cao hơn thường thấp hơn. Đối với cùng một vật liệu kim loại, độ bền va đập của mẫu có khía nhỏ hơn nhiều so với mẫu không có khía, vì vết khía sẽ dẫn đến sự tập trung ứng suất, làm giảm độ dẻo dai của vật liệu. Các mẫu va đập có khía có mức độ tập trung ứng suất đáng kể theo thứ tự giảm dần là mẫu va đập loại I, loại V, loại U và hình bán nguyệt.
Ngoài ra, chất lượng xử lý khía cũng là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ bền va đập. Chất lượng xử lý rãnh khía chủ yếu thông qua tác động của rãnh khía gần ứng suất, nồng độ biến dạng ảnh hưởng đến độ bền va đập của vật liệu. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng độ bền va đập của độ sâu vết khía của mẫu vật va đập tăng dần và giảm dần, khi bán kính gốc khía tăng lên thì độ bền va đập của vật liệu kim loại tăng dần; độ bền va đập với phần dưới của vết xước gia công khía, độ cứng giảm dần. Do đó, phải tuân thủ nghiêm ngặt kích thước vết khía của mẫu vật va chạm GB/T 229-2007 theo các quy định về xử lý mẫu vật tác động.
4. Độ chính xác của máy thí nghiệm và con lắc, khung với sự phối hợp
Độ bền va đập của vật liệu kim loại đối với độ chính xác của máy kiểm tra tác động có những yêu cầu nhất định, máy kiểm tra độ chính xác thấp đối với độ bền va đập của tác động lớn hơn. Ngoài ra, độ bền va đập cũng liên quan đến lỗi của thiết bị đọc máy kiểm tra độ va đập nên việc kiểm tra phải được thực hiện trước khi vận hành về mức 0.
Con lắc với khung cũng rất quan trọng. Thử nghiệm tác động là thử nghiệm phá hủy một lần, do đó, độ khít của con lắc với khung phải chính xác. Điều này bao gồm độ song song của trục con lắc và mặt phẳng tham chiếu, độ song song của mặt con lắc và mặt phẳng đu, khe hở hướng tâm và hướng trục của trục con lắc, khoảng cách từ trục con lắc đến tâm va đập, vị trí tương đối của cạnh dao tác động và nhịp hỗ trợ, v.v., phải đáp ứng các yêu cầu của các tiêu chuẩn liên quan. Khi vị trí tương đối của cạnh dao va đập và tâm nhịp đỡ không đáp ứng yêu cầu, cạnh dao va đập và đường tâm của rãnh mẫu không thể trùng nhau, dẫn đến kết quả đo không chính xác, độ bền va đập sẽ lớn.
5. Kiểm tra nhiệt độ
Nhiệt độ thử nghiệm cũng là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ bền va đập của vật liệu. Trong quá trình kiểm tra độ bền va đập, để tìm ra vật liệu nằm trong phạm vi nhiệt độ vùng giòn, trong quá trình sử dụng quy trình này có thể được kiểm soát để tránh nhiệt độ vùng giòn trên vật liệu. Các vật liệu kim loại màu khác nhau và độ bền va đập của chúng dưới tác động của nhiệt độ là khác nhau, nhưng công việc hấp thụ tác động có liên quan đến nhiệt độ của nhiệt độ, độ đồng đều nhiệt độ và thời gian cách nhiệt. Khi nhiệt độ giảm, độ bền va đập của vật liệu thường giảm, điều này là do khả năng biến dạng dẻo của vật liệu ở nhiệt độ thấp giảm, tốc độ giãn nở vết nứt tăng nhanh dẫn đến độ dẻo giảm.
6. Định vị mẫu va đập
Việc định vị mẫu va đập phải đảm bảo rằng đường tâm của rãnh mẫu va đập trùng với cạnh của dao va đập trên con lắc để giảm sai số thao tác thử. Nếu vị trí tương đối của chúng không trùng nhau, không thể đáp ứng các yêu cầu của 0.5mm, thì lực tác động tối đa không thể tác dụng lên mặt cắt ngang tối thiểu của chân răng mẫu vật bị va đập, cuối cùng dẫn đến độ lệch độ bền va đập.
7. Các yếu tố khác
Ngoài các yếu tố trên, các khuyết tật bên trong và tạp chất của vật liệu kim loại cũng có thể ảnh hưởng đáng kể đến độ bền va đập của chúng. Các khuyết tật và tạp chất làm tăng nồng độ ứng suất và làm giảm độ dẻo dai của vật liệu. Ví dụ, các khuyết tật bên trong như tạp chất và bong bóng có thể dẫn đến sự hình thành và mở rộng vết nứt, do đó làm giảm độ bền va đập của vật liệu. Để giảm tác động của các khuyết tật, tạp chất đến độ dẻo dai của vật liệu, chất lượng nguyên liệu thô và các điều kiện của quy trình sản xuất cần phải được kiểm soát chặt chẽ trong quá trình chuẩn bị và chế biến nguyên liệu.
