Microsoft Word PP THU KEO VL HOC DC 2013 doc BK TP HCM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU Hướng dẫn thí nghiệm Vật liệu học Đại cương PHƯƠNG PHÁP THỬ KÉO VẬT LIỆU.
Trang 1BK
TP.HCM
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM - TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
Hướng dẫn thí nghiệm Vật liệu học Đại cương:
PHƯƠNG PHÁP THỬ KÉO VẬT LIỆU
Nhóm biên soạn: ThS Nguyễn Thái Hòa - ThS Lưu Tuấn Anh
L ưu hành nội bộ Tp.H ồ Chí Minh, tháng 09-2013
Trang 2Trang 1
Bài thí nghi ệm:
HƯỚNG DẪN THỬ KÉO
1 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU
- Nắm vững và tính toán được ứng suất và biến dạng của vật liệu qua phương pháp thử kéo – phương pháp đo cơ tính vật liệu
- Khái niệm và phương pháp xác định độ bền kéo đứt với các nhóm vật liệu cơ bản: kim loại, polymer composite
- Phương pháp sử dụng máy thử kéo cho một phép đo cơ tính cụ thể
2 LÝ THUYẾT
Trong các phương pháp xác định tính chất cơ học của vật liệu, thử kéo hoặc kéo nén đơn (một chiều) ở nhiệt độ thường là phương pháp được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu và kỹ nghệ Thử kéo đơn là phương pháp tác động lực từ từ lên mẫu được chế tạo theo tiêu chuẩn, kéo cho đến khi đứt rời Bằng thử kéo chúng ta xây dựng được giản đồ ứng suất biến dạng quy ước và trên cơ sở đó có thể xác định được các đặc trưng cơ học sau:
- Đặc trưng bền - bao gồm: giới hạn đàn hồi σđh; giới hạn chảy quy ước σ0,2; giới hạn bền quy ước σb; giới hạn bền thực Sk;
- Độ dẻo - các chỉ tiêu độ dãn đứt tương đối δ%; độ co thắt tương đối Ψ%
2.1 Biểu đồ kéo
Sau khi đưa mẫu thử vào máy thử kéo hay máy chuyên dụng, ta sẽ xây dựng được biểu đồ kéo (Hình 1) Từ đó, xác định được các giá trị của độ bền, độ dẻo của vật liệu mẫu thử Biểu đồ kéo biểu thị mối quan hệ giữa tải trọng đặt vào và độ dài thêm của mẫu hoặc ứng suất quy ước với độ biến dạng (Hình 2)
Hình 1: Biểu đồ thử kéo
Trang 3Hình 2: Các dạng biểu đồ thử kéo
2.2 Độ bền
Độ bền là chỉ tiêu cơ bản nhất, biểu thị khả năng chống lại biến dạng dẻo hay phá hủy của vật liệu Theo giá trị tăng dần sẽ lần lượt có giới hạn đàn hồi, giới hạn chảy, giới hạn bền Khi xác định các giới hạn này, người ta dùng khái niệm ứng suất quy ước (tải trọng chia cho diện tích mặt cắt ngang ban đầu, không tính đến sự giảm diện
tích m ặt cắt ngang trong khi kéo)
a Giới hạn đàn hồi σdh (gi ới hạn tỷ lệ)
Là ứng suất quy ước lớn nhất mà tại đó biểu đồ kéo thể hiện theo đường thẳng (tuyến tính), và sau khi bỏ tải trọng thì mẫu sẽ trở lại các kích thước ban đầu
0
F
P a
dh =
P a : t ải trọng ứng với điểm a (điểm cao nhất trên đoạn thẳng của biểu đồ kéo)
F 0 : di ện tích mặt cắt ngang ban đầu của mẫu
Trong thực tế, nhiều vật liệu kim loại rất khó xác định tải trọng Pa một cách chính xác vì sự biến đổi từ thẳng sang cong không xảy ra đột ngột Người ta quy ước xác định Pa bằng cách xác định biến dạng dư sau khi bỏ tại trọng Pa đi Nếu biến dạng dư không đáng kể và nhỏ hơn giá trị cho trước (thường độ dãn dài tương đối là 0,001; 0,003 hoặc 0,005%) thì ta xác định được tải trọng quy ước Pa
Trừ một số vật liệu cần tính đàn hồi như thép, hợp kim làm nhíp, lò xo…., người
ta ít xác định chỉ tiêu này
b Giới hạn chảy σc
Trang 4Trang 3
Là ứng suất quy ước mà tại đó vật liệu bắt đầu chảy, tức là tiếp tục biến dạng với ứng suất không đổi Đó chính là đoạn nằm ngang trên biểu đồ kéo
Nhiều vật liệu không có đoạn chảy với ứng suất không đổi thì phải xác định giới hạn chảy quy ước σ0,2 ; tức là ứng suất quy ước mà độ giãn dài dư tương đối là 0,2% sau khi bỏ tải trọng đi
0
2 , 0 2 , 0
F
P
=
P 0,2 : t ải trọng đặt vào (ứng với độ dãn dài 0,2%)
Giới hạn chảy của các vật liệu thường tính theo σ0,2 Ngoài ra, ta còn gặp giới hạn chảy tương ứng với với đại lượng biến dạng toàn phần quy ước σ0,5 Nó là ứng suất quy ước ứng với tải trọng đặt vào tại đó có độ giãn dài toàn phần tương đối là 0,5%
0 5 , 0
F
P tp
=
P tp : t ải trọng tương ứng với độ dãn dài toàn phần tương đối là 0,5%
c Giới hạn bền σb
Là ứng suất quy ước tương ứng với lực kéo lớn nhất mà mẫu chịu đựng được trước khi đứt
0
F
P b
b =
P b : t ải trọng tác dụng lớn nhất lên mẫu trên biểu đồ kéo
So với giới hạn đàn hồi và giới hạn chảy, giới hạn bền dễ xác định hơn vì đo tải trọng Pb không liên quan đến việc đo chính xác độ biến dạng
2.3 Độ dẻo
Độ dẻo được xác định bằng sự thay đổi kích thước chiều dài hoặc mặt cắt ngang của mẫu sau khi đã bị kéo đứt so với trạng thái ban đầu
a Độ giãn dài tương đối (sau khi đứt) δ
Là tỷ số tính theo phần trăm giữa độ giãn dài tuyệt đối của mẫu sau khi đứt với chiều dài tính toán ban đầu
% 100
0
0 1
L
L
L −
=
δ
L 0 : chi ều dài ban đầu của mẫu
L 1 : chi ều dài sau khi đứt của mẫu
b Độ thắt tương đối (sau khi đứt) ψ
Là tỷ số tính theo phần trăm giữa độ thắt tuyệt đối của mẫu sau khi đứt với diện tích mặt cắt ngang ban đầu
% 100
0
1 0
F
F
F −
= Ψ
Trang 5F 0 : di ện tích mặt cắt ngang ban đầu của mẫu
F 1 : di ện tích mặt cắt ngang sau khi đứt của mẫu (tại cổ thắ)t
3 THỰC HÀNH
3.1 Máy thử kéo
Công việc thử kéo được thực hiện trên máy thử vạn năng Model 300 DX=F2-G1 do hãng Instron (Mỹ) chế tạo
Các thông số kỹ thuật của máy như sau:
- Lực kéo lớn nhất: 300kN
- Hành trình kéo: 77-889mm
- Hành trình nén: 26-533mm
- Tốc độ kéo tối đa: 76mm/phút
- Tiết diện lớn nhất của mẫu dạng tấm:
25x51mm
- Đường kính lớn nhất của mẫu dạng tròn trục:
φ32
3.2 Mẫu thử
Muốn thử kéo, đầu tiên phải có mẫu thử được chọn theo những quy định riêng
(d ọc, ngang thớ hay vị trí nào trên sản phẩm…); có hình dạng, kích thước theo tiêu
chuẩn Thường thì mẫu thử kéo có dạng mặt cắt ngang là hình tròn, vuông hoặc chữ nhật
Hình 3: Kích thước mẫu thử
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 197-2002, kích thước mẫu thử được cho như sau:
a) Mẫu hình chữ nhật:
- Bán kính cong nhỏ nhất của phần cong chuyển tiếp giữa 2 đầu kẹp và chiều dài phần làm việc phải là 12 mm
- Đối với sản phẩm có a0 ≤ 3mm, có chiều rộng bằng hoặc nhỏ hơn 20mm, chiều rộng của mẫu có thể bằng chiều rộng của sản phẩm
Ghi chú: S 0 : là ti ết diện mặt cắt ngang ban đầu của mẫu
Trang 6Trang 5
b) Mẫu hình tròn:
Đối với các mẫu thử kéo có dạng hình trụ tròn, không có kích thuớc chuẩn cụ thể hay nói cách khác có thể có nhiều kích thước d0
M ẫu thử d 0 < 4 mm:
- Chiều dài tính toán (L0) là 200±2mm hoặc 100±1mm
- Khoảng cách giữa 2 đầu kẹp của máy ít nhất phải là 250mm hoặc 150mm
M ẫu thử d 0 ≥ 4 mm:
- Chiều dài tính toán: L0 = 5d0 – loại mẫu ngắn
L0 = 10d0 – loại mẫu dài
- Chiều dài làm việc: Lc = L0 + (0,5÷2)d0
- Chiều dài tổng: Lt = Lc + 2d0 hoặc 4d0 phụ thuộc phương pháp lắp mẫu vào máy thử
3.3 Trình tự tiến hành thử kéo
Bước 1: Đo các thông số ban đầu của mẫu
- Chiều dài ban đầu L0, chính xác tới 0,1mm
- Tiết diện ngang F0, đo ở 3 vị trí
Bước 2: Khởi động hệ thống máy thử kéo
- Bật cầu dao nguồn, bật công tắc máy thử kéo
- Khởi động máy tính kết nối máy thử kéo
Bước 3: Giới hạn khoảng cách chạy của bệ di chuyển
- Nhờ công tắc hành trình có thể giới hạn khoảng chạy của dầm điều chỉnh với mục đích bảo vệ bệ di chuyển và pittông
Bước 4: Kẹp mẫu vào ngàm kẹp
- Lưu ý: Mẫu phải được kẹp vào ngàm kẹp 1 đoạn tối thiểu bằng 75% chiều dài mặt ngàm kẹp
Bước 5: Chọn phương pháp thử
- Chọn phương pháp thử kéo
- Thiết lập các thông số cho mẫu thử
- Nhập tốc độ thử kéo cho phù hợp
- Tiến hành thử kéo
Chiều dày mẫu
a0
Chiều rộng mẫu
b0
Chiều dài tính toán L0
Chiều dài làm việc Lc
Chiều dài tự do giữa 2 đầu kẹp
>3 b0/a0 ≤ 8 5,65 S0 ≥L0 +1,5 S0 ≥ L0 + 24
Trang 7- Hiển thị kết quả trực tiếp trên màn hình
- In kết quả
4 NỘI DUNG BÁO CÁO
- Tóm tắt phương pháp thử kéo: cách chuẩn bị mẫu, trình tự thử kéo
- Kết quả thử kéo
- Đánh giá và nhận xét kết quả thử kéo
5 TRẢ LỜI CÂU HỎI
- Cơ tính vật liệu có thể xác định qua phép thử kéo mẫu vật liệu không? Tại sao?
- Qua phép thử kéo mẫu vật liệu, có thể xác định các đặc trưng (tính chất) gì của vật liệu làm mẫu? Giải thích?
- Đề nghị phương pháp đo cơ tính của một loại vật liệu cụ thể? Kết quả thu được
dự tính từ phép đo này? Ứng dụng trong thực tiễn sử dụng vật liệu?
Trang 8Trang 7
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] William D Callister Jr., Materials Science and Engineering – An Introduction, John
Wiley & Sons, Inc., 2007
Vật liệu kỹ thuật, Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2010
[3] Lê Công Dưỡng, Vật liệu học, , NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 1997