Tính chất cơ học của vật liệu kỹ thuật

Để hoàn thiện vật liệu cho một sản phẩm hoặc ứng dụng kỹ thuật, điều quan trọng là phải hiểu được các tính chất cơ học của vật liệu. Các tính chất cơ học của vật liệu là những đặc tính ảnh hưởng đến sức mạnh cơ học và khả năng tạo hình của vật liệu. Một số tính chất cơ học điển hình của vật liệu bao gồm:

• Sức mạnh

• Khả năng chịu lực

• Độ cứng

• Khả năng làm cứng

• Độ giòn

• Khả năng dát mỏng

• Độ dẻo

• Chuyển dịch và trượt

• Khả năng phục hồi

• Mệt mỏi

Sức mạnh

Đây là tính chất của vật liệu đối kháng với sự biến dạng hoặc phá vỡ của vật liệu khi có lực hoặc tải trọng bên ngoài. Vật liệu mà chúng ta chọn cho các sản phẩm kỹ thuật của mình phải có sức mạnh cơ học phù hợp để có thể hoạt động dưới các lực cơ học hoặc tải trọng khác nhau.

Khả năng chịu lực

Đây là khả năng của vật liệu hấp thụ năng lượng và bị biến dạng đàn hồi mà không bị gãy. Giá trị số của nó được xác định bởi lượng năng lượng trên đơn vị thể tích. Đơn vị của nó là Joule/m3. Giá trị độ chịu lực của vật liệu có thể được xác định bằng đặc tính ứng suất-chuyển vị của vật liệu. Để có độ chịu lực tốt, vật liệu cần phải có cả sức mạnh lẫn độ dẻo.

Ví dụ: vật liệu giòn, có sức mạnh tốt nhưng độ dẻo hạn chế không đủ độ chịu lực. Ngược lại, vật liệu có độ dẻo tốt nhưng sức mạnh thấp cũng không đủ độ chịu lực. Do đó, để có độ chịu lực, vật liệu cần phải có khả năng chịu được cả ứng suất và chuyển vị cao.

Độ cứng

Đây là khả năng của vật liệu chống lại sự thay đổi hình dạng vĩnh viễn do ứng suất bên ngoài. Có nhiều cách đo độ cứng – Độ cứng theo vết xước, Độ cứng theo lõm và Độ cứng theo nảy.

1. Độ cứng theo vết xước
   Độ cứng theo vết xước là khả năng của vật liệu chống lại vết xước trên lớp bề mặt ngoài do lực bên ngoài.

2. Độ cứng theo lõm
   Đây là khả năng của vật liệu chống lại sự lõm do đinh của vật cứng và sắc nhọn.

3. Độ cứng theo nảy
   Độ cứng theo nảy còn gọi là độ cứng động. Nó được xác định bằng chiều cao "nảy" của búa có đầu kim cương rơi từ một độ cao cố định lên vật liệu.

Khả năng làm cứng

Đây là khả năng của vật liệu đạt được độ cứng thông qua quá trình xử lý nhiệt. Nó được xác định bằng độ sâu mà vật liệu trở nên cứng. Đơn vị SI của khả năng làm cứng là mét (tương tự như độ dài). Khả năng làm cứng của vật liệu tỷ lệ nghịch với khả năng hàn của vật liệu.

Độ giòn

Độ giòn của vật liệu chỉ ra rằng vật liệu dễ dàng bị gãy như thế nào khi chịu lực hoặc tải trọng. Khi vật liệu giòn chịu lực, nó hấp thụ rất ít năng lượng và bị gãy mà không có sự chuyển vị đáng kể. Độ giòn ngược lại với độ dẻo của vật liệu. Độ giòn của vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ. Một số kim loại dẻo ở nhiệt độ bình thường trở nên giòn ở nhiệt độ thấp.

Khả năng dát mỏng

Khả năng dát mỏng là tính chất của vật liệu rắn chỉ ra rằng vật liệu dễ dàng bị biến dạng dưới ứng suất nén. Khả năng dát mỏng thường được phân loại dựa trên khả năng của vật liệu được tạo thành tấm mỏng bằng cách đập hoặc cán. Tính chất cơ học này là một khía cạnh của tính dẻo của vật liệu. Khả năng dát mỏng của vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ. Với sự tăng nhiệt độ, khả năng dát mỏng của vật liệu tăng lên.

Độ dẻo

Độ dẻo là tính chất của vật liệu rắn chỉ ra rằng vật liệu dễ dàng bị biến dạng dưới ứng suất kéo. Độ dẻo thường được phân loại dựa trên khả năng của vật liệu được kéo thành dây bằng cách kéo hoặc vẽ. Tính chất cơ học này cũng là một khía cạnh của tính dẻo của vật liệu và phụ thuộc vào nhiệt độ. Với sự tăng nhiệt độ, độ dẻo của vật liệu tăng lên.

Chuyển dịch và trượt

Chuyển dịch là tính chất của vật liệu chỉ ra xu hướng di chuyển chậm và biến dạng vĩnh viễn dưới tác động của ứng suất cơ học bên ngoài. Nó xảy ra do tiếp xúc lâu dài với ứng suất cơ học lớn trong giới hạn của việc chảy. Chuyển dịch nghiêm trọng hơn trong vật liệu bị phơi nhiễm nhiệt trong thời gian dài. Trượt trong vật liệu là một mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao.

Khả năng phục hồi

Khả năng phục hồi là khả năng của vật liệu hấp thụ năng lượng khi nó bị biến dạng đàn hồi do áp dụng ứng suất và giải phóng năng lượng khi ứng suất bị loại bỏ. Khả năng phục hồi chứng minh là năng lượng tối đa có thể hấp thụ mà không gây biến dạng vĩnh viễn. Môđun phục hồi được định nghĩa là năng lượng tối đa có thể hấp thụ trên đơn vị thể tích mà không gây biến dạng vĩnh viễn. Nó có thể được xác định bằng cách tích phân đường cong ứng suất-chuyển vị từ zero đến giới hạn đàn hồi. Đơn vị của nó là joule/m3.

Mệt mỏi

Mệt mỏi là hiện tượng làm yếu vật liệu do tải trọng lặp đi lặp lại. Khi vật liệu chịu tải trọng chu kỳ, và tải trọng lớn hơn một giá trị ngưỡng nhất định nhưng nhỏ hơn nhiều so với sức mạnh của vật liệu (giới hạn sức mạnh kéo cuối cùng hoặc giới hạn ứng suất chảy), các vết nứt vi mô bắt đầu hình thành tại các ranh giới hạt và giao diện. Cuối cùng, vết nứt đạt đến kích thước tới hạn. Vết nứt này lan rộng đột ngột và cấu trúc bị gãy. Hình dạng của cấu trúc ảnh hưởng rất nhiều đến mệt mỏi. Các lỗ vuông và góc nhọn dẫn đến ứng suất tăng cao nơi vết nứt mệt mỏi bắt đầu.

Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.