Có lẽ chúng ta nên bắt đầu bằng cách thừa nhận rằng danh sách các đặc tính cơ học khá dài. Một số đặc tính quan trọng và phổ biến hơn những đặc tính khác khi mô tả một vật liệu. Do đó, chúng ta đang xem xét chủ đề này theo góc nhìn của một kỹ sư. Anh ta cần biết những điều cơ bản để phân biệt các loại kim loại với nhau để đưa ra quyết định sáng suốt khi thiết kế một thứ gì đó.

Ứng suất và biến dạng vật liệu

Đầu tiên, chúng ta cần giải thích một số khái niệm vật lý đằng sau các tính chất cơ học. Khái niệm chính là ứng suất. Ứng suất cho bạn biết lực tác dụng lên một diện tích lớn như thế nào. Trong kỹ thuật cơ khí, ứng suất thường được biểu thị bằng MPa hoặc N/mm2. Hai đơn vị này có thể hoán đổi cho nhau. Công thức ứng suất là:

σ=F/A, trong đó F là lực (N) và A là diện tích (mm2).

Khái niệm quan trọng thứ hai là biến dạng. Biến dạng không có đơn vị vì nó là tỷ số giữa các chiều dài. Nó được tính như sau:

ε=(l-l0)/l0, trong đó l0 là chiều dài ban đầu (mm) và l là chiều dài kéo dài (mm).

Mô đun Young

Từ hai khái niệm đó, chúng ta có được các tính chất cơ học đầu tiên – độ cứng và độ đàn hồi là đối lập của nó. Đây là một yếu tố quan trọng đối với các kỹ sư khi giải quyết các vấn đề vật lý (tính phù hợp của vật liệu cho một ứng dụng nhất định).

Độ cứng được biểu thị bằng mô đun Young, còn được gọi là mô đun đàn hồi. Là một trong những tính chất cơ học chính của vật liệu, nó xác định mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng – giá trị của nó càng lớn, vật liệu càng cứng.

Điều này có nghĩa là cùng một tải trọng sẽ làm biến dạng hai bộ phận có kích thước bằng nhau theo những cách khác nhau nếu chúng có mô đun Young khác nhau. Đồng thời, giá trị nhỏ hơn có nghĩa là vật liệu đàn hồi hơn.

Công thức cho mô đun Young:

E=σ/ε (MPa)

Giới hạn chảy

Ứng suất chảy hoặc giới hạn chảy là giá trị thường được sử dụng nhất trong các tính toán kỹ thuật. Nó cung cấp cho vật liệu giá trị ứng suất tính bằng MPa mà vật liệu có thể chịu được trước khi biến dạng dẻo. Nơi này được gọi là điểm chảy. Trước đó, vật liệu lấy lại hình dạng ban đầu khi nâng tải. Sau khi vượt quá điểm chảy, biến dạng là vĩnh viễn.

Có một lý do chính đáng để sử dụng ứng suất chảy là yếu tố quan trọng nhất trong kỹ thuật cơ khí. Như có thể thấy từ đường cong ứng suất-biến dạng, khi ứng suất vượt quá điểm chảy, thiệt hại vẫn chưa phải là thảm khốc. Điều đó để lại một “đệm” trước khi một công trình bị hỏng hoàn toàn đến mức gãy.

Độ bền kéo

Độ bền kéo cực đại, hay chỉ là độ bền kéo, là bước tiếp theo sau độ bền kéo. Cũng được đo bằng MPa, giá trị này biểu thị ứng suất tối đa mà vật liệu có thể chịu được trước khi bị gãy.

Khi lựa chọn vật liệu phù hợp để chịu được các lực đã biết, hai vật liệu có độ bền kéo tương tự nhau có thể có độ bền kéo khác nhau. Độ bền kéo cao hơn có thể giúp tránh tai nạn nếu có lực không lường trước được tác dụng.

Tính dẻo

Tính dẻo là một tính chất cơ học của vật liệu thể hiện khả năng biến dạng dưới ứng suất mà không bị gãy trong khi vẫn giữ nguyên hình dạng đã biến dạng sau khi tải được nâng lên. Kim loại có tính dẻo cao hơn sẽ tốt hơn cho việc định hình. Điều này thể hiện rõ trong quá trình uốn kim loại.

Hai tính chất cơ học liên quan của vật liệu là tính dẻo và tính dễ uốn. Tính dẻo có mô tả khá giống với tính dẻo – đó là khả năng vật liệu bị biến dạng dẻo trước khi bị gãy. Nó được thể hiện dưới dạng phần trăm giãn dài hoặc phần trăm giảm diện tích. Về cơ bản, tính dẻo là một tính chất bạn cần khi kéo các sợi kim loại mỏng, ví dụ. Một ví dụ điển hình về vật liệu dễ uốn như vậy là đồng. Điều này giúp chế tạo dây có thể thực hiện được.

Theo định nghĩa, tính dễ uốn cũng tương tự. Nhưng trên thực tế, nó đặc trưng cho tính phù hợp của vật liệu đối với biến dạng nén. Về bản chất, một kim loại có tính dễ uốn tốt sẽ phù hợp để sản xuất các tấm hoặc tấm kim loại bằng cách cán hoặc đóng búa.

Độ bền

Độ bền là sự kết hợp giữa độ bền và độ dẻo. Một vật liệu bền có thể chịu được những cú đánh mạnh mà không bị vỡ. Độ bền thường được định nghĩa là khả năng hấp thụ năng lượng của vật liệu mà không bị nứt.

Một ví dụ về độ bền cần thiết là máy xúc đá. Ném những tảng đá lớn vào thùng sẽ gây ra biến dạng chứ không phải nứt nếu vật liệu cứng.

Độ cứng

Một thuộc tính quan trọng khác của vật liệu kỹ thuật. Giá trị độ cứng cao cho thấy vật liệu chịu được áp suất cục bộ. Nói một cách đơn giản, vật liệu cứng không dễ bị trầy xước hoặc tạo ra vết hằn lâu dài (biến dạng dẻo). Điều này đặc biệt quan trọng khi diễn ra các quá trình mài mòn nặng. Trong những trường hợp như vậy, vật liệu cứng như Hardox là phù hợp. Độ cứng và độ dai là hai đặc tính quyết định độ bền.

Độ cứng được đo bằng cách cào xước, nảy hoặc lõm. Cách phổ biến nhất để mô tả độ cứng là thông qua độ cứng lõm. Có nhiều cách khác nhau để thực hiện các thử nghiệm này, tùy thuộc vào vật liệu. Mỗi cách sẽ cho ra một đơn vị độ cứng khác nhau – Brinell, Vickers hoặc Rockwell. Nếu bạn muốn so sánh 2 vật liệu có giá trị độ cứng trong các hệ thống khác nhau, trước tiên bạn phải chuyển đổi chúng sang cùng một loại (ví dụ: Vickers).

Độ giòn

Độ giòn thường là một đặc tính vật liệu không mong muốn trong kỹ thuật cơ khí. Điều này có nghĩa là vật liệu bị vỡ mà không có biến dạng dẻo đáng chú ý. Dấu hiệu cho thấy độ giòn của vật liệu là tiếng kêu tách khi vỡ.

Mặc dù khi nghĩ về độ giòn, nó có thể liên quan đến độ bền thấp nhưng thực tế thì không phải vậy. Hai điều đó không loại trừ lẫn nhau. Một vật liệu bền vẫn có thể giòn. Một ví dụ về điều này là gốm sứ. Gang là một ví dụ về kim loại giòn.

Độ bền mỏi

Độ bền mỏi hoặc giới hạn mỏi thể hiện khả năng chịu ứng suất tuần hoàn của vật liệu. Trong trường hợp hợp kim sắt, có một giới hạn rõ ràng mà kim loại có thể chịu được. Trong trường hợp ứng suất thấp hơn giới hạn (theo số chu kỳ), không sợ gãy.

Đây là một đặc tính quan trọng của vật liệu cần lưu ý khi thiết kế trục. Hướng của lực liên tục thay đổi theo vòng quay của trục, nghĩa là ứng suất có tính tuần hoàn.

Với các kim loại khác, như nhôm và đồng, không có giới hạn rõ ràng nào cho khả năng chống ứng suất tuần hoàn. Chúng vẫn có xu hướng gãy sau một lượng ứng suất uốn ngược nhất định. Đối với những vật liệu như vậy, có một giá trị đo lường tương tự khác – độ bền.

Với độ bền mỏi, vật liệu có tuổi thọ vô hạn, nếu giá trị ứng suất thấp hơn giới hạn mỏi. Trong trường hợp độ bền, bạn sẽ nhận được giá trị mà vật liệu có thể hoạt động trong một số chu kỳ nhất định. Giá trị này thường được đặt ở mức 10⁷.

Nếu bạn cần thiết bị lường đo điện chính hãng, uy tín

Lidinco là công ty cung cấp các loại thiết bị đo lường điện uy tín nhập khẩu trực tiếp với giá cạnh tranh. Các sản phẩm đều được bảo hành theo chính sách hãng, tư vấn kỹ thuật tận tình.

Ngoài ra, Lidinco còn cung cấp các loại thiết bị phân tích, đo lường viễn thông, vật tư nhà máy, công nghiệp, thiết bị giáo dục, thiết bị SMT và các loại thiết bị chuyên dụng khác.

Công Ty TNHH Đầu Tư Phát Triển Cuộc Sống
Địa chỉ: 487 Cộng Hòa, Phường 15, Quận Tân Bình, TPHCM, Việt Nam
Điện thoại: 028 3977 8269 / 028 3601 6797
Di động: 0906 988 447
Email: sales@lidinco.com

Xem thêm: Các loại ốc vít