Tính chất cơ học của vật liệu kim loại đề cập đến các tính chất khác nhau được thể hiện dưới tác dụng của ngoại lực, quyết định sự phù hợp và độ bền của vật liệu trong các môi trường khác nhau. Sau đây là các chỉ số chính về tính chất cơ học của vật liệu kim loại:
1. Sức mạnh và sức mạnh năng suất
Độ bền là khả năng của vật liệu kim loại chống lại tác động của ngoại lực (tải trọng) và tránh biến dạng dẻo hoặc gãy quá mức. Đây là chỉ số cơ bản nhất và quan trọng nhất về tính chất cơ học của vật liệu kim loại. Cường độ có thể được chia thành nhiều loại khác nhau, bao gồm cường độ kéo, cường độ nén, cường độ uốn và cường độ cắt, trong đó cường độ kéo được sử dụng phổ biến nhất.
- Độ bền kéo (σb hoặc Rm): đề cập đến giá trị ứng suất tối đa mà vật liệu có thể chịu được trong quá trình căng, tức là ứng suất tối đa có thể đạt được trước khi kéo ra. Nó phản ánh khả năng chống đứt gãy của vật liệu, ký hiệu là Rm hoặc σb, và đơn vị là MPa (megapascal). Độ bền kéo là thông số quan trọng để đánh giá độ bền và khả năng biến dạng dẻo của vật liệu.
- Cường độ năng suất (σs hoặc ReL, Rp0.2): dùng để chỉ vật liệu trong quá trình kéo, khi ứng suất đạt đến một giá trị tới hạn nhất định, ngay cả khi ứng suất không còn tăng nữa, vật liệu sẽ tiếp tục trải qua biến dạng dẻo đáng kể của giá trị ứng suất. Đối với vật liệu có hiện tượng chảy dẻo rõ ràng, cường độ chảy dẻo là điểm chảy dẻo của ứng suất; đối với các vật liệu không có hiện tượng chảy dẻo rõ ràng, người ta thường quy định phải tạo ra biến dạng dư 0,2% của giá trị ứng suất làm giới hạn chảy dẻo của nó, được gọi là điều kiện cường độ chảy dẻo. Cường độ năng suất là sự khởi đầu của biến dạng dẻo của vật liệu, là một biểu tượng quan trọng, nhưng cũng là chỉ số cường độ thường được sử dụng trong thiết kế cấu trúc.
2. độ dẻo và độ giãn dài
Độ dẻo đề cập đến khả năng của vật liệu kim loại tạo ra biến dạng dẻo đáng kể mà không bị gãy khi chịu tác dụng của ngoại lực. Vật liệu có độ dẻo tốt có thể hấp thụ một lượng năng lượng lớn thông qua biến dạng dẻo, từ đó nâng cao khả năng chống va đập và mỏi.
- Độ giãn dài (δ): Tỷ lệ phần trăm của tổng độ giãn dài của vật liệu sau khi đứt do kéo so với chiều dài được đánh dấu ban đầu. Nó là một chỉ số quan trọng về độ dẻo của vật liệu. Kỹ thuật thường lớn hơn hoặc bằng 5% vật liệu được gọi là vật liệu nhựa, chẳng hạn như thép nhẹ, nhôm, đồng, v.v.; và δ Nhỏ hơn hoặc bằng 5% vật liệu được gọi là vật liệu giòn, chẳng hạn như gang, thủy tinh, gốm sứ, v.v..
- Độ co rút của mặt cắt (ψ): đề cập đến tỷ lệ phần trăm diện tích giảm tối đa của mặt cắt so với diện tích vết nứt ban đầu của vật liệu sau khi bị đứt do kéo. Nó cũng là chỉ số quan trọng để đo độ dẻo của vật liệu. Cùng với độ giãn dài, nó có thể đánh giá toàn diện khả năng biến dạng dẻo của vật liệu.
3. Độ cứng
Độ cứng là khả năng của vật liệu chống lại các vật cứng khác ép vào bề mặt của nó. Nó là một chỉ số về mức độ cứng và mềm của vật liệu, đồng thời cũng là một thông số quan trọng phản ánh khả năng chống mài mòn và hiệu suất cắt của vật liệu.
- Độ cứng Brinell (HBS, HBW) và độ cứng Rockwell (HRA, HRB, HRC): là hai phương pháp kiểm tra độ cứng thường được sử dụng. Độ cứng Brinell có thể áp dụng cho các vật liệu mềm hơn, trong khi độ cứng Rockwell có thể áp dụng cho các vật liệu cứng hơn. Kiểm tra độ cứng có thể được sử dụng không chỉ để đánh giá các tính chất cơ học của vật liệu mà còn để kiểm tra chất lượng của lớp bề mặt của vật liệu, chẳng hạn như quá trình khử cacbon và cacbon hóa.
4. Độ bền va đập
Độ bền va đập là khả năng của vật liệu chống lại tải trọng va đập. Đây là một chỉ số quan trọng về khả năng chống gãy của vật liệu dưới tải trọng động.
- Giá trị độ bền va đập (Ak): thường tính bằng đơn vị joules / centimet vuông (J / cm²), biểu thị khả năng hấp thụ năng lượng của vật liệu dưới tác động của tải trọng va đập. Vật liệu có độ bền va đập tốt có khả năng chống gãy do va đập cao và phù hợp cho các ứng dụng cần áp dụng tải trọng va đập.
5. Mô đun đàn hồi
Mô đun đàn hồi là tỷ số giữa ứng suất và biến dạng trong giai đoạn biến dạng đàn hồi của vật liệu. Đây là một thước đo quan trọng về độ cứng của vật liệu.
- Mô đun đàn hồi (E): thường được biểu thị bằng Pascals (Pa) hoặc Gigapascals (GPa). Đối với các vật liệu kim loại thông thường, chẳng hạn như thép, mô đun đàn hồi thường nằm trong khoảng 200-210 GPa. Vật liệu có mô đun đàn hồi cao cũng có độ cứng cao và khả năng chống biến dạng đàn hồi cao.
6. Độ bền gãy xương
Độ bền nứt gãy là khả năng của vật liệu chống lại sự mở rộng vết nứt khi nó chứa các vết nứt. Đây là một chỉ số quan trọng về khả năng chống gãy giòn của vật liệu.
- Độ bền nứt gãy (KIC): biểu thị hệ số cường độ ứng suất của vật liệu trong điều kiện biến dạng phẳng, khi vết nứt bắt đầu mở rộng. Vật liệu có độ bền đứt gãy cao cũng có khả năng chống gãy giòn mạnh và phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi môi trường có ứng suất cao hoặc nhiệt độ thấp.
7. Sức mạnh mệt mỏi
Độ bền mỏi là khả năng của vật liệu chống lại hư hỏng do mỏi dưới các tải trọng xen kẽ. Đây là một chỉ báo quan trọng về tuổi thọ-lâu dài của vật liệu.
- Giới hạn mỏi (σ-1): biểu thị giá trị ứng suất tối đa của vật liệu trong thời gian tải xen kẽ vô hạn mà không bị hư hại do mỏi. Vật liệu có độ bền mỏi cao cũng có tuổi thọ sử dụng lâu dài và phù hợp cho những trường hợp cần chịu tải trọng xen kẽ.
Các chỉ số đặc tính cơ học của vật liệu kim loại bao gồm độ bền, độ dẻo, độ cứng, độ bền va đập, mô đun đàn hồi, độ bền đứt gãy và độ bền mỏi. Các chỉ số này cùng nhau xác định khả năng ứng dụng và độ bền của vật liệu kim loại trong các môi trường khác nhau. Trong ứng dụng thực tế, cần lựa chọn vật liệu kim loại phù hợp theo yêu cầu sử dụng cụ thể để đạt được chất lượng sản phẩm và hiệu quả sử dụng tốt nhất.