Thiết kế chế tạo máy thí nghiệm kéo nén dạng nhỏ để xác định các thông số cơ tính của vật liệu

Các điều ki n th và độ chính xác của máy thí nghi m kéo nén d ng nh.. It enables the testing of tensile, compression, and bending tests to determine the mechanical parameters of material

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên c u c a riêng tôi Các số liệu để thiết kế, chế t o máy thí nghiệm kỨo nỨn d ng nhỏ và các kết qu thực nghiệm kỨo các mẫu thử

trên máy nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ

công trình nào khác

Tác gi

Đặng Xuơn Th y

M C L C

Trang

LỜI CAM ĐOAN i

M ω L ω ii

DANH M C CÁC CH VIẾT T T v

DANH M C CÁC BẢNG vi

DANH M C CÁC HÌNH vii

TÓM T T ix

M Đ U 1

1 Tính c p thi t của đề tài 1

2 M c tiêu đề tài 3

3 T ng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài 3

3.1 Ngoài nư c 3

3.2 Trong nư c 3

4 Đối tư ng và ph m vi nghiên cứu 3

4.1 Đối tư ng nghiên cứu 3

4.2 Ph m vi nghiên cứu 3

5 Cách ti p c n và phương pháp nghiên cứu 4

5.1 Cách ti p c n 4

5.2 Phương pháp nghiên cứu 4

6 Nội dung nghiên cứu 4

Chương I: 5

T NG QUAN 5

I.Gi i thi u các lo i v t li u 5

1 Các tính ch t chung của kim lo i và h p kim 5

1.1 Cơ tính 5

1.2 Bi n d ng đàn h i: 7

1.3 Bi n d ng dẻo: 8

2.2 Sự hình thành ứng su t dư 10

2.3 Sự thay đ i thể tích và t i tr ng 10

3 Nh ng nhân tố nh hư ng t i tính dẻo và bi n d ng dẻo của kim lo i 10

3.1 Ảnh hư ng của ứng su t chính: 10

3.2 Ảnh hư ng của ứng su t dư 11

3.3 Ảnh hư ng của thành ph n hoá h c và t chức kim lo i 12

3.4 Ảnh hư ng của nhi t độ 12

3.5 Ảnh hư ng của tốc độ bi n d ng: 14

4 Lý tính 14

5 Hóa tính 15

6 Tính công ngh 15

7 Các phương pháp th kim lo i và h p kim 16

7.1 Th kéo 16

7.2 Th độ cứng 18

7.3 Chỉ tiêu cơ tính dư i tác d ng t i tr ng động 20

7.4 Độ bền của v t li u dư i tác d ng của t i tr ng chu kỳ 22

8 Th nghi m cho nh ng chi ti t có kích thư c nh 23

8.1 Xu hư ng 23

8.2 Máy th nghi m d ng nh 24

8.3 K t lu n 25

Chương 2: 26

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY THệ NGHIỆM KÉO NÉN DẠNG NHỎ 26

2.1 Nghiên cứu, ch t o máy thí nghi m kéo nén d ng nh 26

2.1.1 Đặc tính máy thí nghi m kéo nén d ng nh 26

2.1.2 Nguyên lý làm vi c của máy thí nghi m kéo nén d ng nh 26

2.1.3 Các ph n t đư c s d ng trong máy ch t o 27

2.1.4 Thi t k điều khiển và giao di n 35

2.2 Các điều ki n th và độ chính xác của máy thí nghi m kéo nén d ng nh 37

2.2 1 Điều ki n th 37

2.2.2 Tốc độ th dựa trên điều khiển tốc độ bi n d ng 38

2.2.3 Báo cáo th 40

2.2.4 K t qu th 41

2.5 K t lu n 48

Chương 3: V T LIỆU VÀ CHI TIẾT THệ NGHIỆM 49

3.1 Các Quy định về hình d ng và kích thư c của m u th kéo kim lo i 49

3.1.1 Hình d ng và kích thư c: 49

3.1.2 M u th qua gia công: 49

3.1.3 M u th không gia công 50

3.2 Lo i m u th 50

3.3 Quy trình ch t o chi ti t thí nghi m 55

4.1 Thực nghi m kéo các m u thí nghi m v t li u nhôm, thép trên máy thí nghi m kéo

n én d ng nh 57 4.2 K t qu thực nghi m thực t trên hai m u v t li u m u nhôm và m u thép: 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

[2] Partheepan, G., “Design and usage of a simple miniature specimen test setup for the evaluation of mechanical properties”, International Journal of Microstructure and Materials

Properties, 1, 2005, 38-50 64

[3] Panayotou N F., “Design and use of Nonstandard Tensile Specimens for Irradiated Materials Testing”, SPT- 888, 2001, 201-219 64[4] Rosinski S T., “Application of Sub-size specimens in Nuclear Plant Life Extension”,

ASTM STP 1204, 2010, 405-416 64[5] Yuanchao X., “Application of the miniature specimen technique to material irradiation tests and surveillance for reactor components”, International Journal of Pressure Vessels and

Nuclear Engineering and Design Fusion, 2, 1985, 407-416 65

Rp: độ giãn dẻo

Rt: độ giãn dƠi tổng

Rr: Giới h n b n quy ước

A: độ giãn dƠi tư ng đ i sau đ t [đư c xác đ nh từ tín hi u c a máy đo độ giãn trực ti p

từ m u thử

Ag: độ giãn dẻo tư ng đ i lực lớn nhất

Agt: độ giãn dƠi tư ng đ i tổng lực lớn nhất

At: độ giãn dƠi tư ng đ i tổng v t phá h y lớn nhất

e: độ giãn dƠi tư ng đ i

mE: độ d c c a phần đƠn hồi c a đư ng cung ng suất - độ giãn dƠi tư ng đ i

R: ng suất





1.10 S đồ xác đ nh độ dai va đ p 21 1.11 S đồ m u vƠ nguyên lỦ đo độ dai va đ p 21 1.12 Sự ph thuộc độ b n vƠ th i gian 22 1.13 Sự ph thuộc c a s chu kỳ vƠ độ b n 23 1.14 Máy kéo nén d ng nh 24 2.1` S đồ tổng quan máy kéo nén d ng nh 27

2.7 Arduino Uno R3 (ψo m ch đi u khi n) 35

2.10 Máy thí nghi m kéo nén d ng nh 37 2.11 K t qu thu đư c từ các m u thử 41 2.12 ωác đ nh nghĩa độ giãn 42 2.13 các giới h n ch y trên vƠ dưới cho các ki u đư ng cong khác nhau 43 2.14 Giới h n dẻo, độ giãn dẻo, Rp 43

2.15 Giới h n dẻo, độ giãn dƠi tổng, Rt 44 2.16 Giới h n b n quy ước, Rr 44 2.17 Giới h n dẻo, độ giãn dẻo, Rp phư ng pháp lựa ch n 45 2.18 Đánh giá khác nhau v độ giãn c a đi m ch y tư ng đ i 46

2.19 ωác ki u đư ng cong ng suất - bi n d ng khác nhau đ xác đ nh

2.20 ωác t c độ bi n d ng đư c sử d ng trong thử kéo, n u ReH, ReL,

3.10 Máy kính hi n vi đi n tử quét SEM 58

TÓM T T

Đ NH CÁC THÔNG S ω TệNH ω A V T LI U

Tóm tắt: Vi c nghiên thi t k ch t o máy thí nghi m kéo nén d ng nh đ xá

đ nh các thông s c tính c a v t li u có Ủ nghĩa c v lý thuy t l n thực ti n

Xác đ nh các đặc tính c h c c a v t li u là một ch đ quan tâm nghiên c u

quan tr ng c a những nhà nghiên c u trong su t th i gian dài cho những v t li u khác

nhau Một khi xác đ nh chính xác đư c các thông s c tính c a v t li u thì góp phần

quan tr ng vào vi c thi t k , tính toán mô ph ng phần tử hữu h n vƠ đưa ra đư c sự dự đoán tin c y cho các phư ng trình đư ng cong ng suất-bi n d ng Trong thi t k và

phân tích kỹ thu t, phư ng pháp ki m tra đặc tính c h c c a v t li u bao gồm thí

nghi m kéo-nén, u n, va đ p, đo độ c ng,… Trong các thí nghi m đó, thí nghi m kéo

(tensile test) bi u di n m i quan h c a ng suất-bi n d ng kéo (tensile stress-strain) là phư ng pháp thí nghi m đ n gi n vƠ đư c sử d ng nhi u nhất b i vì từ các m i quan

h đó hầu h t các đặc tính c h c c a v t li u,

Hi n nay, máy thí nghi m kéo nén v n năng lƠ công c rất cần thi t và phổ bi n

sử d ng trong các phòng thí nghi m c h c, trung tâm ki m đ nh, trư ng đ i h c, nhà

máy s n xuất Nó cho phép thực hi n các lo i thí nghi m kéo, nén, u n đ xác đ nh các

thông s c h c c a v t li u như thép, bê tông, gỗ, chất dẻo hay cấu ki n cần thí

nghi m áp d ng trong các lĩnh vực c khí ch t o và xây dựng

Nh n th c đư c tầm quan tr ng c a thử nghi m c tính v t li u cho những chi

ti t có kích thước nh với độ chính xác cao nhằm ph c v công tác đƠo t o, nghiên

c u khoa h c và ng d ng thực t , nghiên c u này s trình bày c th v thi t k ch

t o máy thí nghi m kéo nén d ng nh đ xác đ nh c tính c a v t li u từ đó k t qu thí

nghi m đư c thực nghi m trên máy ch t o cũng đư c th hi n trong đ tài này là

thi t k ch t o máy thí nghi m kéo nén d ng nh đ xác đ nh các thông s c tính c a

v t li u đư c sử d ng trong những chi ti t, thi t b với kích thước nh Đ thực hi n

đư c h c viên cao h c đã thi t k ch t o máy thí nghi m kéo nén d ng nh đ xác

đ nh các thông s c tính c a v t li u Đ tài này góp phần nâng cao chất lư ng đƠo

t o và nghiên c u khoa h c cho sinh viên, h c viên cao h c thuộc các chuyên ngành

Ch t o máy vƠ ω đi n tử

DESIGN MANUFACTURING MACHINES FOR SMALL DIAGRAMS FOR DETERMINING MATERIAL MECHANISMS OF MATERIALS

Today, universal compression testing machines are a very necessary and common tool used in mechanical laboratories, accreditation centers, universities and manufacturing plants It enables the testing of tensile, compression, and bending tests

to determine the mechanical parameters of materials such as steel, concrete, wood, plastics, or test structures applied in the mechanical field create and build

Recognizing the importance of testing machine materials for small details with high accuracy to serve training, scientific research and practical applications, this study will present Particularly on the design and manufacture of small-scale tensile testing machines to determine the mechanical properties of materials The experimental results on the machine are also shown in this article is designed to make small-scale tensile testing machines to determine the mechanical parameters of materials used in small-sized components and devices To accomplish this, the graduate student designed and constructed a compact compression test machine to determine the mechanical parameters of the material This project contributes to improve the quality of training and scientific research for students and graduate students in the fields of Mechanical Engineering and Mechatronics

M Đ U

1 Tính c p thi t của đề tài

Xác đ nh các đặc tính c h c c a v t li u lƠ một ch đ quan tơm nghiên c u quan

tr ng c a những nhƠ nghiên c u trong su t th i gian dƠi cho những v t li u khác nhau Một khi xác đ nh chính xác đư c các thông s c tính c a v t li u thì góp phần quan

tr ng vƠo vi c thi t k , tính toán mô ph ng phần tử hữu h n vƠ đưa ra đư c sự dự đoán tin c y cho các phư ng trình đư ng cong ng suất-bi n d ng Trong thi t k vƠ phơn tích kỹ thu t, phư ng pháp ki m tra đặc tính c h c c a v t li u bao gồm thí nghi m

kéo-nén, u n, va đ p, đo độ c ng,… Trong các thí nghi m đó, thí nghi m kéo (tensile test) bi u di n m i quan h c a ng suất-bi n d ng kéo (tensile stress-strain) là phư ng pháp thí nghi m đ n gi n vƠ đư c sử d ng nhi u nhất b i vì từ các m i quan

h đó hầu h t các đặc tính c h c c a v t li u, ví d : giới h n b n kéo (UTS), giới h n

ch y (Yield Stress), Môđun đƠn hồi (Young’s Modulus E), h s Poisson (Poisson’s ratio), … đư c xác đ nh Hình 1 bi u di n m i quan h giữa ng suất vƠ bi n d ng vƠ cách sác đ nh các thông s c tính c a v t li u dựa vƠo thí nghi m kéo [1] Tuy nhiên,

đ ti n hƠnh một thử nghi m xác đ nh các thông s c h c c a v t li u, đi u đầu tiên thực sự cần thi t đ đư c xem xét lƠ thi t b thử nghi m vƠ chi ti t thử nghi m

Hi n nay, máy thí nghi m kéo nén v n năng lƠ công c rất cần thi t vƠ phổ bi n sử

d ng trong các phòng thí nghi m c h c, trung tơm ki m đ nh, trư ng đ i h c, nhƠ máy s n xuất Nó cho phép thực hi n các lo i thí nghi m kéo, nén, u n đ xác đ nh các thông s c h c c a v t li u như thép, bê tông, gỗ, chất dẻo hay cấu ki n cần thí nghi m áp d ng trong các lĩnh vực c khí ch t o vƠ xơy dựng

Hình 1 Mối quan hệ c a ng suất-biến d ng

NgoƠi ra, với sự phát tri n c a những kỹ thu t công ngh ch t o mới với các s n phẩm ngƠy cƠng đư c thu nh v kích thước vƠ kh i lư ng nhưng v n đ m b o hi u

qu vƠ năng suất sử d ng, ví d : h vi c đi n tử (MicroElectroMechanicalSystems ậ MEMS), công ngh nano (NanoElectroMechanicalSystems - NEMS), …, vì th vi c xác đ nh chính xác c tính c a những v t li u nƠy rất khó khăn Đ i với những chi ti t

nh nƠy, vi c sử d ng phư ng pháp thử nghi m truy n th ng với những máy cổ đi n

có các h n ch sau:

- Độ chính xác c a phư ng pháp đo không cao

- Phù h p cho những chi ti t thử nghi m có kích thước lớn vƠ dƠy

- Sử d ng d ng c đo bi n d ng (extensometer) ti p xúc Thi t b nƠy đư c gắn trực ti p ti p xúc lên b mặt c a chi ti t cần đo nên s gơy ra hư h i cho chi ti t

vƠ phát sinh ng suất ti p xúc d n đ n k t qu đo không chính xác

- Thi t b đo ti p xúc rất d b hư h ng đặc bi t khi thí nghi m tới khi chi ti t đ t hẳn

- Nặng n vƠ giá thƠnh đắt

kích thước nh phù h p vƠ có độ chính xác cao đồng th i sử d ng phư ng pháp đo không ti p xúc (non-contact method) đ lo i b sai s ti p xúc

Nh n th c đư c tầm quan tr ng c a thử nghi m c tính v t li u cho những chi ti t

có kích thước nh với độ chính xác cao nhằm ph c v công tác đƠo t o, nghiên c u khoa h c vƠ ng d ng thực t , nghiên c u nƠy s trình bƠy c th v nghiên c u, ch

t o máy thí nghi m kéo nén d ng nh đ xác đ nh c tính c a v t li u ψên c nh đó,

qui trình ch t o chi ti t thí nghi m với kích thước nh đư c mô t trong nghiên c u nƠy, từ đó một vƠi k t qu thí nghi m đư c thực nghi m trên máy ch t o cũng đư c

th hi n trong nghiên c u nƠy

2 M c tiêu đề tài

M c tiêu tổng quát c a đ tƠi nƠy lƠ thi t k ch t o máy thí nghi m kéo nén d ng

nh đ xác đ nh các thông s c tính c a v t li u đư c sử d ng trong những chi ti t, thi t b với kích thước nh Đ thực hi n đư c đi u đó,h c viên cao h c đã nghiên c u thi t k vƠ ch t o máy thí nghi m kéo nén d ng nh với độ chính xác cao từ đó sử

d ng vƠo vi c xác đ nh các thông s c tính c a v t li u Đ tƠi nƠy góp phần nơng cao chất lư ng đƠo t o vƠ nghiên c u khoa h c cho sinh viên, h c viên cao h c thuộc các chuyên ngƠnh ωh t o máy vƠ ω đi n tử

3 T ng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài

3.1 Ngoài nư c

Hi n nay trên th giới nhi u máy thí nghi m d ng micro đã đư c ch t o dùng

đ thử nghi m những chi ti t d ng nh [2-8]

ωác công ty s n xuất máy ωNω trên th giới Tuy nhiên, không có tƠi li u nƠo

đư c công b v nghiên c u động lực h c c a bƠn máy ωNω truy n động vƠ bộ đi u khi n h th ng truy n động c a máy

4 Đối tư ng và ph m vi nghiên cứu

4.1 Đối tư ng nghiên cứu

Thi t k ch t o máy thí nghi m kéo nén d ng nh đ xác đ nh các thông s c tính bi n d ng c a v t li u

4.2 Ph m vi nghiên cứu

Xơy dựng mô hình nghiên c u; thi t k ch t o máy thí nghi m kéo nén d ng

nh với kh năng có th thực hi n các thí nghi m c b n đ xác đ nh thông s c tính

c a v t li u vƠ thực nghi m với những thí nghi m c th

5 Cách ti p c n và phương pháp nghiên cứu

5.2 Phương pháp nghiên cứu

Đ tƠi k t h p nghiên c u lỦ thuy t với thực nghi m nhằm nghiên c u thi t k ch

t o máy thí nghi m kéo nén d ng nh đ xác đ nh các thông s c tính bi n d ng c a

v t li u

6 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên c u lỦ thuy t v tính chất c a v t li u vƠ thi t b thí nghi m;

Chương I:

T NG QUAN I.Gi i thi u các lo i v t li u

1 Các tính ch t chung của kim lo i và h p kim

1.1 Cơ tính

LƠ những đặc trưng c h c bi u th kh năng c a kim lo i hay h p kim ch u tác động c a các lo i t i tr ng ωác đặc trưng đó bao gồm:

a Độ bền: lƠ kh năng ch ng l i các tác d ng c a lực bên ngoƠi mƠ không b phá

h ng Tùy theo các d ng khác nhau c a ngo i lực mƠ ta có các lo i độ b n: độ b n kéo

( ), độ b n nén (k  ), độ b n u n (n  ) u

Đ n v đo c a độ b n thư ng dùng lƠ N/mm2, MPa hoặc MN/mm2

b Độ cứng: lƠ kh năng ch ng l i bi n d ng dẻo c c bộ khi có ngo i lực tác d ng

lên kim lo i thông qua v t nén N u cùng một giá tr lực nén mƠ v t lõm trên m u đo cƠng lớn thì độ c ng c a v t li u đó cƠng kém

Thử độ c ng đư c thực hi n trên máy thử, vƠ đư c đánh giá bằng các đ n v đo độ

c ng như sau: độ c ng ψrinen (Hψ), Rocvell (HRA, HRψ, HRω), Vicke (HV)

c Độ dẻo: lƠ kh năng v t li u thay đổi hình dáng kích thước mƠ không b phá h y

khi ch u tác d ng c a lực bên ngoƠi

Đ xác đ nh độ dẻo ngư i ta thư ng ti n hƠnh đánh giá theo c hai ch tiêu cùng xác đ nh trên m u sau khi thử độ b n kéo:

- Độ giãn dƠi tư ng đ i (δ): lƠ kh năng v t li u thay đổi chi u dƠi sau khi b kéo đ t

 F0 và F1lƠ di n tích ti t di n m u trước vƠ sau khi kéo, đư c tính cùng

đ n v đo

 Độ dai va đ p: lƠ kh năng v t li u ch u đư c t i tr ng va đ p mƠ không b phá h y, kỦ hi u lƠ akvƠ đ n v đo lƠ J/mm2hoặc kJ/m2

Tính chất v t lỦ c a quá trình bi n d ng

+ Giai đo n bi n d ng đƠn hồi

+ Giai đo n bi n d ng dẻo

+ Giai đo n phá huỷ

- Từ thí nghi m kéo kim lo i, ta có đồ th quan h giữa lực vƠ bi n d ng sau:

Hình 1.1 Đồ thị quan hệ giữa lực và biến d ng

+ Giai đo n bi n d ng đƠn hồi: Dưới tác d ng c a ngo i lực, m ng tinh th b bi n

d ng, khi ng suất sinh ra trong kim lo i chưa vư t quá giới h n đƠn hồi các nguyên tử kim lo i d ch chuy n không quá thông s m ng, bi n d ng mất đi sau khi khử b lưc tác d ng ψan đầu khi tăng lực tác d ng m c độ bi n d ng L tăng tỷ l b c nhất với lực tác d ng

+ Giai đo n bi n d ng dẻo: Đơy lƠ một đặc trưng c h c qua tr ng c a v t li u, trong giai đo n nƠy lực tác d ng không tăng mƠ bi n d ng v n tăng, khi t i tr ng tăng quá một giới h n nhất đ nh nƠo đó thì độ bi n d ng tăng lên với t c độ nhanh h n giai

đo n nƠy bi n d ng dẻo đi cùng với bi n d ng đƠn hồi

+ Giai đo n phá h y: Sau giai đo n bi n d ng dẻo, v t li u b bi n c ng, do đó giai

đo n nƠy lực tác d ng tăng thì bi n d ng mới tăng Ti p t c tăng lực tác d ng đ n một lúc nƠo đó, t i một mặt cắt nƠo đó c a m u s nh dần l i, đồng th i lực gi m, mặt cắt

P

 L

c b

a

đó c a m u kim lo i b đ t r i Khi t i tr ng đ t đ n một giá tr lớn nhất, trong kim

lo i xuất hi n v t n t, ng suất tăng nhanh, kích thước v t n t tăng dần vƠ cu i cùng lƠ

sự phá huỷ kim lo i

+ ψi n d ng dẻo lƠ hình th c phổ bi n, gia công áp lực lƠ quá trình l i d ng giai đo n

bi n d ng dẻo đ d dƠng cho vi c gia công ψi n d ng c a kim lo i đư c thực hi n bằng sự trư t vƠ song tinh ψi n d ng dẻo bắt đầu đư c thực hi n khi mƠ trong kim

lo i tr ng thái ng suất đư c xác đ nh Trong đó ng suất ti p tác d ng lên m u trư t

đ t đ n giá tr giới h n (ph thuộc vƠo v t li u ) vƠ có kh năng vư t qua nội lực trên các mặt trư t vƠ trên tinh giới h n c a kim lo i

Hình 1.2 Tr ng thái trượt

1.2 Bi n d ng đàn h i:

ψi n d ng đƠn hồi lƠ bi n d ng mƠ nó luôn tỷ l thu n với lực tác d ng, t c lƠ

n u lực tác d ng tăng thì bi n d ng tăng, n u b lực tác d ng thì bi n d ng không còn nữa vƠ v t th tr l i tr ng thái ban đầu.ψ n chất c a bi n d ng đƠn hồi như sau: kim

lo i vƠ v t th có cấu t o tinh th , m ng tinh th c a kim lo i gồm những nguyên tử sắp x p theo một quy lu t nhất đ nh lực liên k t (hút vƠ đẩy) hình 1.2 bi u di n sự thay đổi lực hút a, lực đẩy b vƠ lực tổng h p c c a các nguyên tử ph thuộc vƠo kho ng cách r giữa chúng, tr ng thái bình thư ng khi hai nguyên tử cách xa nhau một kho ng ro thì lực hút bằng lực đẩy vƠ nguyên tử tr ng thái cơn bằng

Khi tác d ng ngo i lực lên kim lo i, m ng tinh th b xô l ch, do sự xê d ch đƠn hồi c a từng nguyên tử kh i v trí cơn bằng T i tr ng kéo s lƠm tăng kho ng cách giữa nguyên tử, khi đó r > r o vƠ lực hút xuất hi n có xu hướng đưa nguyên tử tr l i v trí cơn bằng T i tr ng nén s lƠm gi m khoáng cách nguyên tử Khi đó r < ro lực đẩy

giữa các nguyên tử xuất hi n vƠ có xu hướng đưa nguyên tử tr v tr ng thái cơn bằng

T i tr ng xê d ch s lƠm lớp nguyên tử nƠy trư t lên lớp nguyên tử kia lƠm các nguyên

tử ch ch kh i v trí cơn bằng Khi ấy lực tổng h p tư ng hỗ xuất hi n có xu hướng đưa các nguyên tử tr l i v trí cơn bằng

Như v y: Khi bi n d ng đƠn hồi, dưới tác d ng c a ngo i lực các nguyên tử d ch kh i

v trí cơn bằng, kho ng cách giữa các nguyên tử thay đổi N u b ngo i lực đi thì lực liên k t s đưa các nguyên tử tr v v trí cơn bằng vƠ bi n d ng s không còn nữa Thực nghi m ch ng minh trong quá trình bi n d ng đƠn hồi, lực luôn tỷ l bi n d ng

vƠ tuơn theo đ nh lu t Huck:

a Biến d ng dẻo c a đơn thể

Đ n tinh lƠ kh i kim lo i có m ng tinh th đồng nhất, bi n d ng dẻo trong đ n tinh

x y ra dưới hai hình th c: sự trư t vƠ song tinh

+ Trư t: khi tác d ng lên v t th t i tr ng bất kỳ, bên trong v t th xuất hi n hai d ng

ng suất: ng suất pháp tuy n vƠ ng suất ti p tuy n Dưới tác d ng c a v t

th b kéo nén đƠn hồi ( n u < đƠn hồi) hoặc b phá huỷ n u > b n

Dưới tác d ng c a ng suất ti p , lúc đầu các lớp nguyên tử b xê d ch đƠn hồi kh i

v trí cơn bằng Khi > tới h n s x y ra hi n tư ng các mặt nguyên tử trư t lên nhau theo một mặt nhất đ nh Quá trình đó lƠ quá trình trư t

Như v y: Trư t lƠ hi n tư ng mƠ dưới tác d ng c a ng suất ti p có bộ ph n c a đ n tinh th di động song song với những bộ ph n khác theo một mặt nhất đ nh g i lƠ mặt trư t

+ Song tinh: song tinh lƠ sự vừa trư t vừa quay c a một phần tinh th đ n v trí mới đ i x ng với phần còn l i qua một mặt phẳng nhất đ nh g i lƠ song tinh

Hình 1.3 Xô lệch mạng

b Biến d ng dẻo c a đa tinh thể:

Đa tinh th lƠ t p h p các đ n tinh ψi n d ng c a đa tinh gồm hai d ng:

- ψi n d ng trong nội bộ: đ n tinh th d ng nƠy gồm ch y u sự trư t vƠ song tinh.Trong đa tinh các h t sắp x p rất lộn xộn Sự trư t x y ra trướt h t những tinh

th nƠo có mặt trư t vƠ hướng trư t t o với hướng c a ngo i lực một góc 450 rồi lần

lư t đ n các mặt khác Tinh th nƠo có s lư ng mặt trư t vƠ hướng trư t lớn s bi n

d ng d h n vƠ nhi u h n

- ψi n d ng vùng giới h n: giữa các h t lƠ vùng giới h n t i đơy có ch a nhi u t p chất d ch y vƠ m ng tinh th b r i lo n nhi t độ thư ng vùng nƠy khó x y ra sự trư t vƠ song tinh Nhưng nhi t độ cao h n 9500 ω vùng tính giới d cháy vƠ bi n

d ng tr c Do v y dưới tác d ng c a ngo i lực các h t d trư t vƠ quay tư ng đ i với nhau t o nên bi n d ng dư.V y nh êt độ thấp, bi n d ng c a đa tinh th ch y u x y

ra trong nội bộ h t, còn nhi t độ cao thì bi n d ng ch y u lƠ sự trư t vƠ quay c a các h t

2 Các hi n tư ng x y ra khi bi n d ng

ψi n d ng dẻo lƠm thay đổi hình d ng h t, t o nên ng suất dư vƠ lƠm xô l ch

m ng tinh th , gơy nên bi n c ng

2.1 Sự thay đ i hình d ng h t :

Khi bi n d ng dẻo, các mặt trư t c a mỗi h t có xu hướng quay v tr c tác d ng lực, do đó h t kéo dƠi vƠ theo ng suất kéo N u m c độ bi n d ng cƠng nhi u thì hình

d ng h t thay đổi cƠng nhi u ψan đầu h t có hình d ng cầu, với m c độ bi n d ng lớn

có th b kéo dƠi thƠnh thớ

Sự thay đổi hình d ng h t ch y u lƠ nh quá trình trư t Hình d ng c a h t không những thay đổi v kích thước mƠ trong quá trình bi n d ng các h t có th vỡ ra nhi u kh i nh , lƠm tăng c tính

t

t t

2.2 Sự hình thành ứng su t dư

Khi gia công áp lực do bi n d ng không đ u vƠ không cùng một lúc nên trong nội bộ v t th sau khi bi n d ng còn đ l i ng suất g i lƠ ng suất dư ωó ba lo i ng suất dư:

ng suất dư lo i 1 ( 1): lƠ ng suất dư sinh ra do sự bi n d ng không đồng đ u giữa các bộ ph n c a v t th

ng suất dư lo i 2 ( 2): lƠ ng suất dư sinh ra do sự bi n d ng không đồng đ u giữa các h t H t nƠo có nhi t độ nóng ch y thấp hoặc đư c đun nóng nhi u thì sau

bi n d ng s bi n d ng nhi u Khi kéo các h t bi n d ng kéo nhi u thì sau khi bi n

d ng s ch u ng suất dư nén, các h t bi n d ng ít sau khi gia công s ng suất dư kéo

ng suất dư lo i 3 ( 3): lƠ ng suất dư sinh ra do sự bi n d ng không đ u trong nội bộ h t Khi bi n d ng trong nội bộ h t có sự trư t vƠ song tinh gơy nên sự vỡ nát vặn vẹo c a m ng tinh th Nên sự bi n d ng nƠy không đ u nhau cũng s thiên tích trung tơm h t t p trung kim lo i khó ch y Do đó khi gia công nhi t độ cao, giữa các vùng nƠy cũng có sự bi n d ng không đ u gơy nên ng suất dư

2.3 Sự thay đ i thể tích và t i tr ng

Trong kim lo i có nhi u khe x p, lỗ rỗ, v t n t t vi gơy ra khi đúc hoặc gia công Khi bi n d ng dẻo trong nội bộ kim lo i bao gi cũng x y ra hai quá trình ngh ch nhau:

Quá trình t o ra v t n t, khe x p, lỗ rỗ t vi do sự vỡ nát m ng tinh th khi trư t vƠ

a Các d ng ng xuất chính và điều kiện c a biến d ng dẻo

ng xuất chính lƠ ng xuất pháp tuy n (n ) sinh ra bên trong v t th khi có ngo i lực tác d ng ωó 3 d ng ng suất chính: ng suất mặt, ng suất đư ng vƠ ng suất kh i







a) b) c)

Hình 1.4 Biến đổ tr ng thái ng suất

Đi u ki n đ kim lo i có th bi n d ng dẻo lƠ T max = Tth

V y đi u ki n bi n d ng dẻo đ i với các trư ng h p tr ng thái ng suất khác nhau s

kh i lƠm kim lo i có tính dẻo cao h n nén mặt vƠ nén đư ng thẳng S đồ nh hư ng

c a tr ng thái ng suất đ n tính dẻo vƠ bi n d ng dẻo c a kim lo i x p theo th tự tính dẻo tăng dần

3.2 Ảnh hư ng của ứng su t dư

Sự tồn t i d ng ng suất sư bên trong v t th bi n d ng s lƠm cho tính dẻo c a kim lo i kém đi, ng suất dư lớn h n có th lƠm cho v t b bi n d ng hoặc b phá huỷ

1 max

2 1 max

3 1 max

+ vùng có ng suất dư kéo thì:

ThƠnh phần hoá h c h p kim quy t đ nh b i nguyên t c b n, nguyên t h p kim vƠ

t p chất Nguyên t c b n: t o nên các tổ ch c c s , do đó nh hư ng quy t đ nh tới tính dẻo vƠ bi n d ng c a kim lo i vƠ h p kim

VD: trong thép ω, nguyên t có b n lƠ Fe vƠ ω N u phần trăm cacbon cƠng tăng thì thép cƠng c ng vƠ giòn, n u phần trăm sắt cƠng tăng thì thép cƠng m m

- Nguyên t h p kim: nguyên t h p kim cộng kim lo i c s thƠnh liên k t kim

lo i ωhính liên k t nƠy lƠm cho kim lo i vƠ h p kim c ng vƠ giòn

- Nguyên t t p chất: t p chất trong kim lo i nh hư ng lớn tới tính dẻo c a nó.T p chất d cháy thư ng t p trung vùng tới h n, lƠm r i lo n m ng tinh th t i đơy Do đó lƠm tính dẻo kim lo i kém đi

Tuy nhiên các nguyên t h p kim khác nhau thì nh hư ng có tính cũng khác nhau, ngoƠi ra trong h p kim còn có tổ ch c vƠ h p chất hóa h c m ng tinh th c a nó rất ph c t p lƠm kim lo i khó bi n d ng, tổ ch c lƠ hỗn h p c h c, n u độ h t khác nhau, sự sắp x p các h t lộn xộn cũng lƠm c n tr quá trình trư t Hình d ng các h t cũng nh hư ng lớn đ i với tính dẻo

3.4 Ảnh hư ng của nhi t độ

Quá trình chuy n bi n trong kim lo i khi nung nóng

Khi nung kim lo i đã qua bi n d ng nguội đ n nhi t độ không cao lắm [T1 = (0,25

- 0,3)Tch y], nh dao động nhi t có kh năng khử b đư c một phần ng suất dư vƠ sự

xô l ch m ng lƠm tăng tính dẻo kim lo i, hi n tư ng đó g i lƠ hồi ph c Hồi ph c có

th c y ra ngay trong quá trình gia công nóng Hồi ph c ph thuộc vƠo th i gia, nhi t

độ vƠ t c độ bi n d ng Nhi t độ cƠng cao, th i gian giữ nhi t cƠng lơu thì ph c hồi cƠng nhi u ωùng một nhi t độ như nhau, n u t c độ bi n d ng cƠng cao thì hồi ph c cƠng ít Hồi ph c lƠm cho độ b n gi m, tính dẻo tăng, tính ch ng r tăng

b Quá trình kết tinh l i:

Khi nung nóng nhi t độ T2 = 0,4Tch y, bên trong kim lo i s x y ra hai hi n tư ng:

- Xuất hi n những trung tơm k t tinh có m ng tinh th hoƠn thi n, trung tơm nƠy lớn lên vƠ t o thƠnh kim lo i có m ng không b xô l ch

- T p h p những h t nh bé vƠ không đ u thƠnh những h t lớn h n vƠ đ u nhau

h n Hai quá trình đó lƠ quá trình k t tinh l i lần một vƠ lần hai

Như v y, nh hi n tư ng k t tinh l i mƠ độ b n, độ c ng c a kim lo i gi m, tính dẻo tăng, ph c hồi đư c tính chất c lí c a v t li u gi m sự không đồng nhất v thƠnh phần hóa h c, khử b ng suất dư vƠ khử b các v t n t t vi

c Các hình th c gia công kim lo i bằng áp lực:

ωăn c vƠo nhi t độ ngư i ta chia ra hai hình th c gia công sau:

- Gia công nóng: Gia công nóng lƠ hình th c gia công áp lực thực hi n nhi t dộ lớn h n nhi t dộ k t tinh l i

Thực t nhi t độ k t tinh l i lƠ: Tg.c.nong = (0,7 - 0,9)Tchay

* Gia công nóng có đặc đi m:

nhi t độ gia công nóng kim lo i có tính dẻo, tr lực có bi n d ng gi m, do đó d gia

- Khi gia công tr ng thái nóng, n u ngừng gia công nhi t độ cao, t c độ lƠm nguội

v t gia công quá lớn d gơy bi n d ng, cong vênh hoặc n t nẻ

Một s kim lo i vƠ h p kim có tính giòn nóng khó gia công nhi t độ cao Ví d : thép

có ch a nhi u lưu huỳnh b giòn nóng, d n t khi gia công nóng

- Gia công nguội: Gia công nguội lƠ hình th c gia công áp lực nhi t độ mƠ t i đó không x y ra quá trình k t tinh l i

Nhi t độ gia công nguội xác đ nh theo bi u th c: Tg.c.nguoi < Tk.t.lai

Lý tính c b n c a kim lo i gồm có: kh i lư ng riêng, nhi t độ nóng ch y, tính dãn

n , tính d n nhi t, tính d n đi n vƠ từ tính

+ Kh i lư ng riêng: lƠ kh i lư ng c a 1 cm3 v t chất

W

Trong đó

 m: lƠ kh i lư ng c a v t chất

 V lƠ th tích c a v t chất

a Tính nóng chảy: kim lo i có tính ch y loãng khi b đ t nóng vƠ đông đặc l i khi

lƠm nguội Nhi t độ ng với lúc kim lo i chuy n từ th đặc sang th l ng hoƠn toƠn

g i lƠ đi m nóng ch y Đi m nóng ch y có Ủ nghĩa quan tr ng trong công ngh đúc,

hàn

b Tính dẫn nhiệt: lƠ tính truy n nhi t c a kim lo i khi b đ t nóng hoặc b lƠm

l nh Tính truy n nhi t c a kim lo i gi m xu ng khi nhi t độ tăng vƠ ngư c l i khi nhi t độ gi m xu ng

c Tính giãn nở: lƠ tính chất thay đổi th tích khi nhi t độ c a kim lo i thay đổi

Đư c đặc trưng bằng h s giãn n

d Tính dẫn điện: lƠ kh năng cho dòng đi n đi qua c a kim lo i So sánh tính d n

nhi t vƠ d n đi n ta thấy kim lo i nƠo có tính d n nhi t t t thì tính d n đi n cũng t t vƠ ngư c l i

e Từ tính: lƠ kh năng b từ hóa khi đư c đặt trong từ trư ng Sắt, coban, niken vƠ

hầu h t các h p kim c a chúng đ u có tính nhi m từ Tính nhi m từ c a thép vƠ gang

ph thuộc vƠo thƠnh phần vƠ tổ ch c bên trong c a kim lo i

5 Hóa tính

LƠ độ b n c a kim lo i đ i với những tác d ng hóa h c c a các chất khác như: ôxy, nước, axit… mƠ không b phá h y Tính năng hóa h c c a kim lo i có th chia thƠnh các lo i sau:

a Tính chịu ăn mòn: lƠ độ b n c a kim lo i đ i với sự ăn mòn c a môi trư ng

a Tính đúc: đư c đặc trưng b i độ ch y loãng, độ co vƠ thiên tích

Độ ch y loãng bi u th kh năng đi n đầy khuôn c a kim lo i vƠ h p kim

Độ ch y loãng cƠng cao thì tính đúc cƠng t t

Độ co cƠng lớn thì tính đúc cƠng kém

b Tính rèn: lƠ kh năng bi n d ng vĩnh cửu c a kim lo i khi ch u lực tác d ng bên

ngoƠi mƠ không b phá h y

Thép có tính rèn cao khi đư c nung nóng nhi t độ phù h p Gang không có tính

rèn vì giòn Đồng, nhôm, chì có tính rèn t t ngay c tr ng thái nguội

c Tính hàn: lƠ kh năng t o thƠnh sự liên k t giữa các phần tử khi nung nóng chỗ

hƠn đ n tr ng thái ch y hay dẻo

d Tính cắt gọt: lƠ kh năng kim lo i gia công d hay khó, đư c xác đ nh bằng t c

độ cắt g t, lực cắt g t vƠ độ bóng b mặt kim lo i sau khi cắt g t

Một kim lo i hay một h p kim nƠo đó mặc dù có những tính chất rất quỦ nhưng

tính công ngh kém thì cũng khó đư c sử d ng rộng rãi vì khó ch t o thƠnh s n

phẩm

7 Các phương pháp th kim lo i và h p kim

7.1 Th kéo

a Phương pháp đo

Đ xác đ nh đư c giá tr độ b n kéo c a kim lo i vƠ h p kim trước tiên ph i ch

t o m u c a v t li u đó M u đư c ch t o theo tiêu chuẩn c a từng nước Vi t Nam

m u thử có ti t di n hình tròn hoặc hình chữ nh t (Hình 4.7.1.1a, b) Sau đó m u đư c

kẹp trên máy kéo nén v n năng đư c truy n động bằng c khí hoặc th y khí

(Hình 7.1)

Khi ti n hƠnh kéo m u trên máy, máy s v bi u đồ quan h giữa lực kéo vƠ bi n

d ng c a m u Tùy theo tính chất c a v t li u lƠ v t li u dẻo (thép, đồng, nhôm…) hay

v t li u dòn (gang) mƠ ta có các d ng bi u đồ tư ng ng Hình 4.7.1.2 bi u th m i

quan h giữa bi n d ng vƠ lực khi kéo cho 2 v t li u dòn vƠ dẻo

có các giai đo n như sau:

OA: Giai đo n đƠn hồi, quan h giữa lực vƠ bi n d ng lƠ quan h b c nhất lực kéo lớn nhất g i lƠ lực t l Ptl

Giới h n t l :

0

tl tl

PF

  (1.4)

Trong đó:

 F0 lƠ di n tích ban đầu c a mặt cắt ngang

 Aω: giai đo n ch y, lực không tăng nhưng bi n d ng tăng, giá tr lực lƠ lực

ch y

Giới h n ch y :

0

ch ch

PF

  (1.5)

ωψD: giai đo n c ng c (tái b n) Giới h n b n đư c tính:

0

B B

PF

PF

  (1.7)

b Ý nghĩa

Nh các ch tiêu ph n ánh độ b n c a kim lo i vƠ h p kim mƠ ta đánh giá đư c kh năng sử d ng c a kim lo i vƠ h p kim đ áp d ng các phư ng pháp giá công các chi

ti t ng d ng cho cho các thi t b với môi trư ng lƠm vi c c a từng chi ti t:

- Tuổi th sử d ng: n u các chi ti t máy lƠm vi c cùng ch u t i tr ng trong môi trư ng nhi t độ như nhau nhưng đư c lƠm từ các lo i v t li u khác nhau thì v t li u nƠo có độ b n cao h n s có tuổi th lơu h n

- Làm nh g n k t cấu: n u các chi ti t máy có cùng k t cấu vƠ đư c ch t o từ những v t li u khác nhau thì chi ti t máy nƠo lƠm bằng v t li u nƠo có độ b n cao h n

s có kích thước nh g n h n

7.2 Th độ cứng

Mỗi lo i v t li u khác nhau s có độ c ng khác nhau Đ đánh giá độ c ng ngư i ta

sử d ng các phư ng pháp đo độ c ng khác nhau như: phư ng pháp đo độ c ng ψrinen, phư ng pháp đo độ c ng Rocvel, phư ng pháp đo độ c ng Vicke

a. Độ c ng Brinell (ảB)

S đồ nguyên lỦ đo độ c ng Hψ:

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý đo độ c ng ảB

T i tr ng tiêu chuẩn:

P = K.D2

K: Hằng s ph thuộc vƠ b n chất v t li u, chi u dƠy m u đo

Kim lo i đen: K = 30; Đồng vƠ h p kim đồng: K = 10; Nhôm vƠ các h p kim

2

2 2

2

mmKGd

DDD

PF

PHB

Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý đo độ c ng Rocoel

a Mũi đâm kim cương hoặc hợp kim c ng b Mũi đâm bi thỨp

Có 3 thang A, B, C là HRA, HRB, HRC

Với thang A vƠ ω: Mũi đơm hình nón bằng kim cư ng có góc đ nh 1200

Với thang ψ: Mũi đơm lƠ viên bi có đư ng kính d = 1/16 inch = 1.585mm

002.0

hk

HR  (1.9)

h: chi u sơu mũi đơm dưới tác d ng t i tr ng chính tác d ng (mm)

0.002: Giá tr v ch chia đồng hồ so hay khi mũi đơm ấn sơu thêm 0.002mm thì kim d ch đi một v ch

Khi dùng mũi đơm lƠ bi k= 130; khi dùng mũi đơm nón kim cư ng k=100

+ Mũi đơm có d ng hình tháp có góc h p b i 2 mặt đ i di n lƠ 1360

+ Ph m vi áp d ng: Đo v t li u có độ c ng cao c a những lớp hóa b n rất

m ng vƠ những v t li u m ng d ng tấm, lá

2 0

68 sin 2 d

P F P

HV  (kG/mm2) (1.10)

F: di n tích v t lõm (mm2)

P: T i tr ng tác d ng(KG) d: đư ng chéo v t lõm(mm)

7.3 Chỉ tiêu cơ tính dư i tác d ng t i tr ng động

a, Đặc trưng cho tính dẻo c a v t li u :

• Độ gi n dƠi tư ng đ i - lo) / lo] 100 %

• Độ co thắt tư ng đ i - F1) / Fo] 100 %

Trong đó :

lo, l1 - độ dƠi c a m u thử trước vƠ sau khi kéo (mm)

Fo, F1 - Di n tích ti t di n c a m u trước vƠ sau khi kéo (mm2)

T i tr ng động lƠ t i tr ng tác động lên v t li u dưới d ng các xung lực hay

7.4 Độ bền của v t li u dư i tác d ng của t i tr ng chu kỳ

Phá h y m i lƠ d ng phá h y x y ra khi kim lo i ch u t i tác d ng c a t i tr ng

thay đổi theo chu kỳ theo một quy lu t bất kỳ nƠo đó Hi n tư ng m i c a v t li u mƠ

h u qu c a nó lƠ phá h y m i đư c h t s c chú Ủ khi thi t k các chi ti t máy Phá

h y m i có các đặc đi m sau:

+ Kh năng phá h y m i không ph thuộc vƠo th i gian mƠ thông qua s lư ng

chu kỳ đặt t i tr ng

+ N u ng suất thực t bé h n một giá tr xác đ nh thì phá h y m i không bao

gi x y ra dù s lư ng chu kỳ lƠ rất lớn Giá tr ng suất nƠy g i lƠ giới h n m i 

-1(kG/mm2)

+ Phá h y m i thư ng "nh y c m" với y u t gơy ra sự t p trung ng suất

+ Giới h n m i ph thuộc vƠo b n chất c a v t li u vƠ h s bất đ i x ng t i

tr ng đặc trưng cho chu kỳ

Hình 1.12 Sự phụ thuộc độ bền và thời gian

r = -1 chu kỳ đ i x ng

+ Xác đ nh giới h n m i bằng cách xơy dựng đư ng cong m i

Hình 1.13 Sự phụ thuộc c a số chu kỳ và độ bền

ωông vi c ti n hƠnh trên một lo t 6÷10 các m u gi ng nhau ch u t i tr ng trên

các máy thử m i, cho tới khi tìm đư c giá tr ng suất mƠ khi s chu kỳ t i tr ng đ t

đư c lƠ 107chu kì mƠ m u không b phá h y

8 Th nghi m cho nh ng chi ti t có kích thư c nh

8.1 Xu hư ng

Với sự phát tri n c a những kỹ thu t công ngh ch t o mới với các s n phẩm ngƠy cƠng đư c thu nh v kích thước vƠ kh i lư ng nhưng v n đ m b o hi u qu vƠ năng suất sử d ng, ví d : h vi c đi n tử (MicroElectroMechanicalSystems ậ MEMS), công ngh nano (NanoElectroMechanicalSystems - NEMS), …, vì th vi c xác đ nh

chính xác c tính c a những v t li u nƠy rất khó khăn

Đ i với những chi ti t nh nƠy, vi c sử d ng phư ng pháp thử nghi m truy n th ng với những máy cổ đi n như trình bƠy phần trên có các h n ch sau:

- Độ chính xác c a phư ng pháp đo không cao

- Phù h p cho những chi ti t thử nghi m có kích thước lớn vƠ dƠy

- Sử d ng d ng c đo bi n d ng (extensometer) ti p xúc Thi t b nƠy đư c gắn trực ti p ti p xúc lên b mặt c a chi ti t cần đo nên s gơy ra hư h i cho chi ti t

vƠ phát sinh ng suất ti p xúc d n đ n k t qu đo không chính xác

- Thi t b đo ti p xúc rất d b hư h ng đặc bi t khi thí nghi m tới khi chi ti t đ t hẳn

- Nặng n vƠ giá thƠnh đắt

Vì v y từ những h n ch trên, đ ki m tra xác đ nh c tính c a v t li u dùng đ

ch t o những chi ti t nh d ng micro vƠ nano thì cần ph i sử d ng chi ti t thử nghi m với kích thước nh tư ng ng đ cho ra k t qu đáng tin c y vƠ sát với thực t Đ thử nghi m đư c chi ti t nh vƠ m ng như th thì đòi h i ph i thử nghi m trên máy có kích thước nh phù h p vƠ có độ chính xác cao đồng th i sử d ng phư ng pháp đo không ti p xúc (non-contact method) đ lo i b sai s ti p xúc

8.2 Máy th nghi m d ng nh

Kỹ thu t thử nghi m kéo d ng nh đ xác đ nh các thông s c tính c a v t li u lƠ

m i quan tơm lớn c a các nhƠ nghiên c u [1] Partheepan đã đ xuất một chi ti t thí nghi m d ng nh vƠ bộ ph n kẹp giữ chi ti t đ giúp chi ti t c đ nh trong thí nghi m xác đ nh các thông s c tính c a v t li t [2-8] H đã sử d ng phư ng pháp phần tử hữu h n đ tính toán ki m nghi m các chi ti t nêu trên

Trang b những máy nói trên trong phòng thí nghi m vƠ vi c chuẩn b m u thí

nghi m d ng nh lƠ một thách th c cho ngơn sách c a nhƠ nghiên c u ψên c nh đó,

đ v n hƠnh những máy nƠy cần ph i có kỷ năng đặc bi t cho những máy ki m tra

theo h th ng th y lực Do đó, một cách ti p c n mới cho h th ng thử nghi m kéo d

sử d ng, rẻ ti n lƠ cần thi t cho sinh viên đ i h c, h c viên cao h c vƠ nghiên c u khoa h c đ h tự thí nghi m một cách d dƠng

8.3 K t lu n

Trong phần nƠy, giới thi u tổng quan v các tính chất chung c a kim lo i vƠ h p kim Từ đó, tác gi đi sơu vƠo các tính chất c tính c a kim lo i vƠ h p kim cũng như các phư ng pháp xác đ nh các thông s c tính đó

NgoƠi ra, tác gi cũng lƠm rõ thêm v xu hướng v thi t k , ch t o chi ti t, thi t b

hi n nay Thực v y, xu hướng c a thi t b hi n nay cƠng nh v kích thước vƠ kh i

lư ng nhưng v n đ m b o năng suất vƠ hi u qu sử d ng Vì th , đ xác đ nh chính xác các thông s c tính c a những v t li u ch t o ra những chi ti t đó thì cần ph i sử

d ng máy thí nghi m vƠ chi ti t thí nghi m có kích thước nh phù h p

Chương 2:

2.1 Nghiên cứu, ch t o máy thí nghi m kéo nén d ng nh

2.1.1 Đặc tính máy thí nghi m kéo nén d ng nh

M c đích thi t k ch t o máy thí nghi m kéo nén d ng nh lƠ nhằm đ thực hi n các thí nghi m đ xác đ nh c tính v t li u c a các chi ti t có kích thước nh vƠ các

m i liên k t hƠn S đồ tổng quan c a máy ch t o đư c th hi n trong Hình 2.1 Máy thí nghi m kéo nén d ng nh nƠy đư c thi t k , ch t o đ thử nghi m những chi ti t

nh với các ch độ thử nghi m khác nhau, đặc tính c a máy ch t o như sau:

- Kích thước tổng th c a máy: dƠi 700mm X rộng 180mm cao X 300mm

2.1.2 Nguyên lý làm vi c của máy thí nghi m kéo nén d ng nh

M u thí nghi m đư c thực hi n khi chi ti t thí nghi m đư c kéo một đầu, trong khi đầu còn l i đư c gắn với c m bi n đo lực (load cell) đ đo lực kéo Đ kéo chi ti t với

độ chính xác cao thì một vít me với bước rất nh đư c dùng đ chuy n đổi chuy n động quay c a động c bước thƠnh chuy n động t nh ti n c a bƠn máy Động c bước

có s bước lƠ 200 vƠ đư c đi u khi n b i driver với độ chính xác lên đ n 1/16 bước đ

t o ra đư c độ d ch chuy n rất nh c a bƠn máy NgoƠi ra, một thi t b c m bi n đo chuy n v với độ phơn gi i cao cũng đư c sử d ng đ đo chuy n v c a thí nghi m

ω m bi n chuy n v nƠy không ti p xúc trực ti p với chi ti t thí nghi m nên lo i b

đư c sai s

ψộ ph n kẹp giữ hai đầu chi ti t thí nghi m đư c ch t o bằng thép không r Inox nhằm đ m b o cho chi ti t thí nghi m đư c gá đặt vƠo đúng v trí đồng th i không b trư t khi có lực tác d ng

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quan máy kỨo nỨn d ng nhỏ

2.1.3 Các ph n t đư c s d ng trong máy ch t o

a Động cơ bước – hộp giảm tốc:

Động c bước có vai trò rất quan tr ng trong đi u khi n chuy n động kỹ thu t s ,

tự động hóa,… vì nó lƠ c cấu ch p hƠnh trung thƠnh với những l nh đưa ra dưới d ng

s , nó chấp hƠnh chính xác Ta có th đi u khi n nó quay một góc bất kỳ, chính xác, dừng l i một v trí nƠo đó ta mu n Vì v y nó đư c ng d ng nhi u trong tự động hóa vƠ đi u khi n s

Rất nhi u ng d ng đòi h i c cấu chuy n động có độ chính xác cao, chuy n động êm cho thấy vai trò c a động c bước rất quan tr ng

1 Cấu t o c a động cơ bước:

Động c bước lƠ một lo i động c đi n có nguyên lỦ vƠ ng d ng khác bi t với đa

s các động c đi n thông thư ng ωhúng thực chất lƠ một động c không đồng bộ dùng đ bi n đổi các tín hi u đi u khi n dưới d ng các xung đi n r i r c k ti p nhau thƠnh các chuy n động góc quay hoặc các chuy n động c a rôto có kh năng c đ nh rôto vƠo các v trí cần thi t

V cấu t o, động c bước có th đư c coi lƠ tổng h p c a hai lo i động c : Động c một chi u không ti p xúc vƠ động c đồng bộ gi m t c công suất nh

Động c bước có th đư c mô t như lƠ một động c đi n không dùng chuy n m ch

ω th , các mấu trong động c lƠ rôto vƠ stato lƠ các năm chơm vĩnh cửu hoăc trong trư ng h p c a động c bi n từ tr nó lƠ những kh i răng lƠm bằng v t li u nhẹ

có từ tính, cho phép chúng quay khá nhanh vƠ với một bộ đi u khi n thích h p cho phép chúng kh i động vƠ dừng l i bất kỳ v trí nƠo ta mu n một cách d dƠng

Động c bước có th đư c dùng trong h th ng vòng h đ n gi n những h th ng nƠy

đ m b o cho h th ng đi u khi n gia t c với t i tr ng tĩnh, nhưng khi t i tr ng thay đổi hoặc đi u khi n gia t c lớn, ngư i ta v n dùng h đi u khi n

vòng kín với động c bước một chi u không ti p xúc vƠ động c đồng bộ gi m t c công suất nh

Trong đi u khi n chuy n động kỹ thu t s , động c bước lƠ một c cấu chấp hƠnh đặc

bi t hữu hi u b i nó có th thực hi n trung thƠnh các l nh đưa ra dưới d ng s

Động c bước đư c ng d ng nhi u trong ngƠnh Tự động hóa chúng đư c ng

d ng trong các thi t b cần đi u khi n chính xác Ví d : Đi u khi n robot, đi u khi n tiêu cự trong các h quang h c, đi u khi n đ nh v trong các h quan trắc, đi u khi n bắt, bám m c tiêu trong các khí tƠi quan sát, đi u khi n l p trình trong các thi t b gia công cắt g t, đi u khi n các c cấu lái phư ng vƠ chi u trong máy bay, truy n quay cho máy kéo nén d ng nh đòi h i có t c độ ch m

4 Các đặc tính cơ b n c a động cơ bước

ψrushlesss (không chổi than): STEP lƠ lo i động c không chổi than

Load Independent (độc l p với t i): động c bước quay với t c độ ổn đ nh trong tầm moment c a động c

Open loop positioning (đi u khi n v trí vòng h ): thông thư ng chúng ta có th

đ m xung kích động c đ xác đ nh v trí mƠ không cần ph i có c m bi n hồi ti p v