tính chất cơ học của vật liệu

NỘI DUNG1 Tính chất cơ học của vật liệu kim loại Cơ tính tính chất cơ học của vật liệu: Là những đặc trưng cơ học biểu thị khả năng của vật liệu khi chịu tác dụng của tải trọng.Cơ tính

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC



TIỂU LUẬN MÔN : VẬT LIỆU HỌC NGÀNH HÓA

TÊN ĐỀ TÀI:

TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU

Giảng viên hướng dẫn: T.s Nguyễn Văn Bời

Lớp học phần : 210414002 Nhóm :10

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC



BỘ MÔN: HÓA HỮU CƠ

TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

TÍNH CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU

TP.Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 09 năm 2010

1

MỤC LỤC

NỘI DUNG

1 Tính chất cơ học của vật liệu kim loại

Cơ tính (tính chất cơ học của vật liệu): Là những đặc trưng cơ học biểu thị khả năng của vật liệu khi chịu tác dụng của tải trọng.Cơ tính của vật liệu bao gồm: độ bền, độ cứng, độ dãn dài tương đối, độ dai va chạm

Dưới tác động của ngoại lực P, vật rắn có xu hướng thay đổi hình dáng so với trước khi chịu tác dụng của lực và được gọi là biến dạng, khi đó trong vật xuất hiện ứng suất để chống lại sự biến dạng.Biến dạng là sự thay đổi hình dạng kích thước của vật liệu dưới tác động của ngoại lực

Ứng suất: đại lượng biểu thị nội lực phát sinh trong vật thể biến dạng do tác dụng của các nguyên nhân bên ngoài như tải trọng, sự thay đổi nhiệt độ, v v…

Ứng suất =

Khi ứng suất pháp (s), vuông góc với bề mặt chịu lực thì làm vật liệu bị biến dạng (e) Khi ứng suất tiếp (t), song song với bề mặt chịu lực thì làm cho vật bị xê dịch (g)

1.1 Các đặc trưng cơ tính

Độ bền δ: Là đặc tính cơ bản của vật liệu, được định nghĩa là khả năng chịu đựng

không bị nứt, gãy, phá hủy dưới tác động của ngoại lực lên vật thể

Các đặc tính về độ bên theo cách tác động ngoại lực khác nhau: độ bền kéo (sk),

độ bền nén (sn), độ bền cắt (su), độ bền uốn, độ bền mỏi, độ bền va đập, giới hạn chảy

 Độ bền uốn là ứng suất thấp nhất làm biến dạng vĩnh viễn cho một vật liệu xem xét

 Độ bền nén là giới hạn ứng suất nén làm vật liệu bị biến dạng hay phá huỷ

 Độ bền kéo là giới hạn lớn nhất của ứng suất kéo làm đứt vật liệu xem xét

 Độ bền mỏi là số đo độ bền của vật liệu hoặc thành phần chịu tải trọng có chu kỳ

 Độ bền va đập là khả năng chịu đựng của vật liệu khi chịu các tải trọng va đập đột ngột

 Giới hạn chảy: là ứng suất nhỏ nhất làm cho kim loại bị biến dạng dẻo (biến dạng dư.)

Sơ đồ mẫu đo độ bền kéo khi tác dụng ngoại lực P (N) lên thanh kim loại có diện tích tiết diện ngang F (mm2)

Giá trị độ bền được tính theo công thức:

Giới hạn mà tại đó lực P đạt đến giá trị làm cho thanh kim loại bị phá huỷ được gọi

là giới hạn bền cho phép được ký hiệu [s]

Độ cứng: là khả năng của vật liệu chống lại sự biến dạng dẻo cục bộ khi có ngoại

lực tác dụng thông qua vật nén Cùng một giá trị lực nén biến dạng trên mẫu đo càng lớn thì độ cứng càng kém

Gồm 2 loại:

+Độ cứng Brinen (đo theo phương pháp Bri nen): Ký hiệu HB

HB được tính theo công thức:

5

F

P



s

P: tải trọng (kG)

F: diện tích mặt cầu vết lõm (mm2)

Đơn vị của độ cứng Brinen HB là kG/mm2

Tuỳ theo chiều dày của mẫu thử mà chọn đường kính viên bi thử D=10 mm, D=5mm, D=2,5mm

Tuỳ theo tính chất của vật liệu mà chọn tải trọng P cho thích hợp:

- Đối với thép và gang: P = 30D2

- Đồng và hợp kim đồng: P = 10D2

- Nhôm, babit và các hợp kim mềm khác; P = 2,5D2

Độ cứng HB dùng đo vật liệu có độ cứng thấp (< 450 kG/mm2) như gang, thép chưa tôi, đồng, nhôm V.v…

+Độ cứng Rowell (Rôcoen): Ký hiệu HRA, HRB, HRC tương ứng với 3 thang đo

A, B, C

Các thang đo trong đ ộ c ứ ng Rocwel

Thang A – Dùng mũi chóp kim cương

P = 60 KG Ký hiệu: HRA -Thang B –Dùng bi thép

P = 100 KG Ký hiệu: HRB -Thang C – Dùng mũi chóp kim cương

P = 150 KG Ký hiệu: HRC

Nội dung phương pháp:

• Tải trọng P

• Bi thép tôi cứng có đường kính 1/16” (1,587 mm) cho thang đo B Đo vật ít cứng

• mũi hình côn bằng kim cương có góc ở đỉnh 1200 (thang A hoặc C) dùng thử vật liệu có độ cứng cao như thép đã qua nhiệt luyện

Độ cứng Rôcoen HRC dùng để đo độ cứng cao (> 450 kG/ mm2)

Quan hệ các loại độ cứng:

- Độ cứng thấp : HB = 220

HRC = 20

- Độ cứng trung bình: HB =250 - 450

HRC = 25 – 45

- Độ cứng cao: HRC = 50 – 64

- Độ cứng rất cao: HRC > 64

Độ cứng Víchke :Dùng mũi kim cương hình chóp đáy vuông, góc giữa hai mặt đối diện 1360 ấn lên bề mặt mẫu thử với tải trọng P từ 5 ¸ 120 kG (5; 10; 20; 30; 50; 100; 120)

Độ cứng Vicke ký hiệu HV (kG/mm2) trong đó:

P: tải trọng (kG); d: đường chéo của vết lõm

Phương pháp đo độ cứng Vicke có thể đo cho cả vật liệu mềm và vật liệu có lớp bề mặt cứng mỏng sau khi đã thấm than, thấm nitơ, nhiệt luyện v.v…

Độ dẻo: Độ dẻo là một đặc tính vật liệu khi chịu tác động của các lực làm biến dạng vật

thể chất rắn mà không làm phá hủy khối chất rắn đó

+Độ dãn dài tương đối (d%)

7

• Là tỷ lệ tính theo phần trăm giữa lượng dãn dài sau khi kéo l1 và chiều dài ban đầu l0 ; Ký hiệu: d%

%

L0, l1 độ dài trước và sau khi kéo tính bằng mm

• Vật liệu có độ dãn dài tương đối càng lớn thì càng dẻo và ngược lại

Vật liệu có độ dãn dài tương đối càng lớn thì càng dẻo và ngược lại

Độ dai va chạm (ak): Là khả năng chịu tải trọng tác dụng đột ngột (tải trọng va

đập) của vật liệu mà không bị phá huỷ.Ký hiệu: ak

A: công sinh ra khi va đập làm gẫy mẫu(J)

F: diện tích tiết diện mẫu (mm2)

Đơn vị của ak (J/mm2; kJ/m2)

2 Tính chất cơ học của vật liệu vô cơ

3 Tính chất cơ học của vật liệu hữu cơ

100

0

0 1







l

l l

d

Khái niệm: Vật liệu hữu cơ (còn được gọi là cao phân tử) là phân tử có nhiều hợp phần cơ bản Là một hợp chất được hình thành do sự lặp lại nhiều lần của một loại hay nhiều loại nguyên tử hay nhiều nhóm nguyên tử lien kết với nhau với một số lượng khá lớn để tạo thành một loại tính chất mà chúng không thay đổi đáng kể khi lấy đi hoặc thêm vào một vài đơn vị cấu tạo

Theo cấu trúc vật liệu hữu (polymer) cơ được phân thành các loại sau đây:

Polyme mạch thẳng: Đại phân tử của nó là các chuỗi mắc xích nối liền nhau theo đường dích dắc hay hình xoắn ốc ( ví dụ như polyetylen PE) (hình a)

Polyme mạch nhánh: Là loại mạch thẳng nhưng trong phân tử có nhánh (ví dụ Polyizobutylen PIB) (hình b)

Polyme dạng lưới: Các mạch cạnh nhau trong polymer này được nối với nhau bằng liên kết cộng hóa trị (ví dụ các loại cao su lưu hóa) (hình c)

Polyme không gian: Các monomer có 3 nhóm hoạt động tạo nên polymer không gian 3 chiều, có tính cơ, lý, nhiệt đặc biệt (ví dụ nhựa eepoxy) (hình d)

Biến dạng và cơ tính:

9

Biến dạng của vật liệu hữu cơ theo một hàm số nhiệt độ.khi nhiệt độ tăng đồng thời ứng suất giảm.biến dạng (d) của vật liệu tăng

Biến dạng của vật liệu theo thể tích biến dạng (Vbd): Khi thể tích biến dạng giảm thi ứng suất giảm và độ biến dạng (d) tăng

Bảng số liệu: Độ biến dạng và các chỉ số của một số vật liệu polyme

g/cm3

E 103MPa

s

MPa

d

%

PE 40-50%t.thể 0.92-0.93 0.17-0.28 8.3-31 100-650

PE 70-80%t.thể 0.95-0.97 1.07-1.09 22-31 10-1200

PVC vô đ.hình 1.30-1.58 2.4-4.1 41-52 40-80

PTFE50-70%t.thể 2.14-2.20 0.40-0.55 14-34 200-400

PP 50-60%t.thể 0.90-0.91 1.14-1.55 31-34 100-600

PS vô đ.hình 1.04-1.05 2.28-3.28 36-52 1.2-2.5

PMMA vô đ.hình 1.17-1.20 2.24-3.24 48-76 2-10

Bakelit 1.24-1.32 2.8-4.8 34-62 1.5-2.0

Cơ chế biến dạng:

e

0

s

40C

Đồ thị s-e của polymetylmetacrylat

polymetylmetacrylat

200C

300C

400C

500C

600C

Polyme giòn (Bakelit): Polyme giòn có cấu trúc mạng tịnh thể không gian và lưới hẹp

Khi chịu tác dụng của một lực thì mạng tinh thể sẽ duỗi thẳng ra, mạch nhánh (doliên kết cộng hóa trị) bị đút làm cho vật liệu polymer giòn xuất hiện vết nứt

Polyme dẻo:

Cấu trúc phân tử là dạng tinh thể và vô định hình (hình a)

Khi chịu tác dụng của một áp lực thì cấu trúc vô định hình biến dạng thuận nghịch (hình b)

Khi tác dụng một lực lớn thì tấm tinh thể trượt và quay song song với lực tác dung, làm cho vật liện biến dạng không thuận nghịch (hình c)

Khi tác dụng một lực đủ lớn thì tấm tinh thể bị chia cắt thành nhóm nhỏ (hình d) Khi tiếp tục tác dụng thêm lực thì các tấm tinh thể bị chia cắt thanh các nhóm nhỏ

sẽ bị tách rời và sắp xếp lại Các mảnh tinh thể lien kết bằng phân tử nối mạng, dẫn đến ứng suất tăng, từ đó xuất hiện biến dạng trượt.Khi tác dụng thêlực lớn nữa thì vật liệu sẽ xuất hiện vết nứt, mạng tinh thể bị đứt mạng, dẫn tới vật liệu bị phá hủy (hình e)

11

Polyme đàn hồi cao su:

Polyme đàn hồi cao su có cấu trúc vô định hình dạng búi hoặc lưới rộng Khi tác dụng một lực thì mạng tinh thể duỗi thẳng và song song với phương của lực Khi ngừng tác dụng lực vào vật liệu thì mạch tinh thể trở lại trạng thái ban đầu

Bbúi