Đề thi, bài tập trắc nghiệm online Vật liệu cơ khí – Đề 15

Gang dẻo (Malleable cast iron) có graphit ở dạng cụm hoặc bông, khác biệt với gang xám (graphit tấm) và gang cầu (graphit cầu). Cấu trúc graphit cụm giúp gang dẻo có độ dẻo và độ dai tốt hơn so với gang xám, mặc dù không bằng gang cầu. Gang cầu có graphit dạng cầu, gang xám có graphit dạng tấm.

Thép carbon thấp có hàm lượng carbon thấp hơn (thường dưới 0.25%), dẫn đến độ dẻo và độ dai tốt hơn so với thép carbon cao (hàm lượng carbon cao hơn, thường trên 0.6%). Thép carbon cao có độ bền kéo và độ cứng cao hơn thép carbon thấp, nhưng độ dẻo và độ dai kém hơn. Khả năng chống ăn mòn không phải là đặc điểm chính để phân biệt thép carbon thấp và cao.

Kiểm tra siêu âm (Ultrasonic Testing - UT) sử dụng sóng siêu âm tần số cao truyền vào vật liệu. Sóng siêu âm phản xạ khi gặp khuyết tật (như nứt, rỗ khí, lẫn tạp chất) bên trong vật liệu, cho phép phát hiện và đánh giá khuyết tật. Kiểm tra bằng mắt thường chỉ phát hiện khuyết tật bề mặt. Kiểm tra thẩm thấu chất lỏng phát hiện khuyết tật bề mặt hở. Kiểm tra từ tính phát hiện khuyết tật bề mặt và gần bề mặt trên vật liệu từ tính.

Mỏi kim loại là hiện tượng phá hủy vật liệu dưới tác dụng của tải trọng biến đổi tuần hoàn (cyclic loading) hoặc tải trọng dao động, ngay cả khi ứng suất cực đại nhỏ hơn nhiều so với giới hạn bền tĩnh. Tải trọng tĩnh không đổi gây ra creep (dão), tải trọng va đập có thể gây phá hủy giòn, tải trọng uốn chỉ là một dạng tải trọng, không đặc trưng cho mỏi.

Phun bi (shot peening) là phương pháp gia công bề mặt bằng cách bắn các hạt bi nhỏ vào bề mặt chi tiết, tạo ra lớp ứng suất nén dư trên bề mặt. Lớp ứng suất nén này có tác dụng làm chậm hoặc ngăn chặn sự hình thành và phát triển của vết nứt mỏi, do đó cải thiện đáng kể độ bền mỏi. Ủ và ram làm giảm độ bền, tôi thể tích không trực tiếp cải thiện độ bền mỏi bằng phun bi.

Polyme (nhựa) là vật liệu cách điện điển hình, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện và điện tử do tính chất cách điện tốt (điện trở suất cao). Đồng, nhôm, thép là vật liệu dẫn điện tốt.

Đồng có độ dẫn nhiệt cao nhất trong số các vật liệu được liệt kê. Độ dẫn nhiệt (ở nhiệt độ phòng, gần đúng): Đồng (khoảng 400 W/m.K), Nhôm (khoảng 240 W/m.K), Thép không gỉ (khoảng 15-50 W/m.K tùy loại), Thủy tinh (khoảng 1 W/m.K). Do đó, đồng là lựa chọn tốt nhất khi cần truyền nhiệt hiệu quả.

Hàn hồ quang tay (Shielded Metal Arc Welding - SMAW), còn gọi là hàn que, sử dụng điện cực que hàn có thuốc bọc. Hồ quang điện được tạo ra giữa que hàn và vật hàn, và thuốc bọc que hàn tạo ra khí bảo vệ mối hàn. Hàn điểm là hàn điện trở. Hàn laser sử dụng chùm tia laser. Hàn ma sát sử dụng nhiệt ma sát.

Ceramic, đặc biệt là các loại oxit nhôm (Al2O3), carbide (ví dụ carbide vonfram WC, carbide silic SiC), nitride (ví dụ nitride silic Si3N4), có độ cứng rất cao và khả năng chịu mài mòn vượt trội so với polyme, nhôm, và thép không gỉ. Do đó, ceramic thường được sử dụng làm lớp phủ bảo vệ bề mặt để tăng khả năng chống mài mòn.

Thử Charpy và Izod là các phương pháp thử nghiệm va đập tiêu chuẩn để xác định độ dai va đập của vật liệu, tức là năng lượng cần thiết để phá hủy mẫu thử bằng va đập. Thử kéo xác định độ bền kéo và các tính chất liên quan đến ứng suất kéo. Thử uốn xác định độ bền uốn. Thử độ cứng Brinell đo độ cứng.

Khi chọn vật liệu, yếu tố quan trọng nhất và thường được xem xét đầu tiên là chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết máy. Vật liệu phải đáp ứng các yêu cầu về cơ tính, lý tính, hóa tính, và độ bền trong môi trường làm việc cụ thể (tải trọng, nhiệt độ, môi trường ăn mòn...). Sau khi xác định được các yêu cầu về tính năng, mới xem xét đến giá thành, tính công nghệ gia công, và nguồn cung cấp.

Thép không gỉ austenitic, như loại 304, có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời nhờ hàm lượng Crom (Cr) cao (tối thiểu 10.5% theo định nghĩa thép không gỉ) và Niken (Ni). Crom tạo lớp màng oxit thụ động bảo vệ bề mặt thép khỏi bị ăn mòn. Niken ổn định pha austenite và cải thiện độ dẻo, độ dai.

Luyện thép là quá trình quan trọng trong sản xuất thép nhằm giảm hàm lượng carbon (để đạt được mác thép mong muốn) và loại bỏ các tạp chất có hại như lưu huỳnh, phốt pho, silic, mangan... từ gang lỏng. Tăng hàm lượng carbon là mục đích của quá trình cácbon hóa, không phải luyện thép. Tăng độ cứng là mục đích của nhiệt luyện, không phải luyện thép. Thay đổi hình dạng phôi là gia công áp lực, không phải luyện thép.

Pha nền (matrix) trong vật liệu composite có vai trò chính là truyền tải trọng từ bên ngoài đến pha gia cường (ví dụ sợi, hạt), giữ các pha gia cường lại với nhau, và bảo vệ pha gia cường khỏi môi trường bên ngoài. Pha gia cường thường chịu tải trọng chính và quyết định độ bền và độ cứng của composite. Pha nền không quyết định độ bền chính hay độ cứng bằng pha gia cường, mà hỗ trợ và liên kết chúng.

Độ cứng là khả năng vật liệu chống lại biến dạng dẻo cục bộ, thường được đo bằng các phương pháp như Brinell, Vickers, Rockwell. Các lựa chọn khác mô tả các tính chất cơ học khác: độ bền kéo là khả năng chịu tải kéo trước khi đứt, độ dẻo là khả năng biến dạng dẻo mà không bị phá hủy, độ dai va đập là khả năng hấp thụ năng lượng va đập.

Ceramic kỹ thuật nổi bật với độ cứng cao, độ bền nhiệt (chịu nhiệt độ cao tốt), và độ bền hóa học (chống ăn mòn tốt), làm cho chúng lý tưởng cho môi trường khắc nghiệt. Độ bền kéo và độ dẻo của ceramic thường kém. Khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt của ceramic thường thấp (trừ một số loại đặc biệt). Ceramic thường khó gia công và giá thành cao hơn so với nhiều vật liệu khác.

Ăn mòn giữa hạt (intergranular corrosion) là dạng ăn mòn xảy ra ưu tiên dọc theo ranh giới hạt của kim loại, do sự khác biệt về thành phần hóa học hoặc cấu trúc tại ranh giới hạt so với bên trong hạt. Ăn mòn đều xảy ra trên toàn bề mặt. Ăn mòn cục bộ là thuật ngữ chung. Ăn mòn rỗ tạo thành các lỗ nhỏ trên bề mặt.

Ứng suất chảy (yield strength) là giá trị ứng suất mà tại đó vật liệu bắt đầu chuyển từ biến dạng đàn hồi sang biến dạng dẻo. Vượt quá ứng suất chảy, vật liệu sẽ biến dạng vĩnh viễn. Ứng suất tối đa trước khi đứt là độ bền kéo. Ứng suất cần thiết để phá hủy bằng va đập liên quan đến độ dai va đập. Giới hạn đàn hồi là ứng suất tối đa mà vật liệu vẫn biến dạng đàn hồi hoàn toàn.

Vật liệu composite nền kim loại (MMC) thường sử dụng pha gia cường là sợi carbon hoặc hạt ceramic (như oxit nhôm, carbide silic) để tăng cường các tính chất cơ học và nhiệt. Sợi thủy tinh và sợi polymer thường được dùng cho composite nền polymer, bột gỗ không phù hợp cho MMC cần tính năng cao.

Thép gió chứa hàm lượng cao các nguyên tố hợp kim như Vonfram (W), Molypden (Mo), Vanadi (V), và Coban (Co). Vonfram và Molypden đặc biệt quan trọng trong việc duy trì độ cứng và tính chống ram mềm ở nhiệt độ cao, cho phép thép gió hoạt động hiệu quả ở tốc độ cắt lớn.

Vật liệu chịu lửa (refractory materials), như gạch chịu lửa, bê tông chịu lửa, ceramic chịu lửa, được thiết kế đặc biệt để chịu nhiệt độ cao, sốc nhiệt và ăn mòn hóa học trong môi trường lò nung và khuôn đúc kim loại. Thép carbon và gang xám không chịu được nhiệt độ cao như vật liệu chịu lửa. Nhôm hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiều so với nhiệt độ đúc thép.

Polyme nhiệt dẻo (thermoplastics) có thể nóng chảy khi gia nhiệt và rắn lại khi làm nguội, và quá trình này có thể lặp lại nhiều lần mà không làm thay đổi đáng kể cấu trúc và tính chất của vật liệu. Ngược lại, polyme nhiệt rắn (thermosets) trải qua quá trình khâu mạch không thuận nghịch khi gia nhiệt lần đầu, tạo cấu trúc mạng lưới không gian, và không thể nóng chảy lại. Polyme nhiệt dẻo thường có thể tái chế, polyme nhiệt rắn thường không tái chế được. Polyme nhiệt rắn thường có độ bền nhiệt cao hơn polyme nhiệt dẻo.

Vật liệu composite nền polymer, đặc biệt là các loại chứa sợi gia cường và chất độn như PTFE (Teflon) hoặc graphite, có khả năng tự bôi trơn và hệ số ma sát thấp, phù hợp cho ổ trượt chịu tải trọng lớn và tốc độ thấp. Gang xám có thể được sử dụng cho ổ trượt nhưng không có khả năng tự bôi trơn tốt bằng composite polymer. Thép carbon và đồng thau không phải lựa chọn tối ưu cho ứng dụng này.

Gang xám có cấu trúc graphit tấm, các tấm graphit này hoạt động như các 'vết nứt nhỏ' và hấp thụ năng lượng rung động tốt, làm cho gang xám có khả năng giảm chấn cao. Thép đàn hồi có tính đàn hồi tốt nhưng không phải vật liệu giảm chấn chính. Nhôm hợp kim và ceramic thường không có khả năng giảm chấn tốt bằng gang xám.

Mài là phương pháp gia công tinh, sử dụng đá mài để loại bỏ lượng dư kim loại rất nhỏ, tạo ra bề mặt chi tiết có độ chính xác kích thước và hình dạng cao, đồng thời đạt độ bóng bề mặt tốt nhất so với tiện, phay, và bào. Tiện và phay là gia công cắt gọt thông thường, bào ít được dùng cho gia công tinh.

Dão (creep) là biến dạng dẻo chậm và liên tục của vật liệu dưới tác dụng của tải trọng không đổi theo thời gian, và hiện tượng này trở nên đáng kể ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ cao cung cấp năng lượng kích hoạt cho các cơ chế dão, và tải trọng cao tạo ra ứng suất cần thiết để gây ra biến dạng. Vì vậy, dão xảy ra rõ rệt nhất ở điều kiện nhiệt độ cao và tải trọng cao.

Hóa già (age hardening), còn gọi là hóa bền tiết pha, là phương pháp nhiệt luyện được sử dụng rộng rãi để tăng độ bền và độ cứng của nhiều hợp kim nhôm. Quá trình này bao gồm ủ dung dịch, làm nguội nhanh, và sau đó hóa già ở nhiệt độ thấp hơn để tạo ra các hạt pha thứ hai mịn phân bố đều trong nền, cản trở sự dịch chuyển của sai lệch. Ủ và thường hóa thường làm giảm độ bền. Ram thường áp dụng cho thép sau khi tôi.

Tôi bề mặt (surface hardening), như tôi cao tần hoặc thấm carbon, tạo ra lớp bề mặt cứng và chống mài mòn trong khi lõi vẫn giữ được độ dẻo dai. Ủ làm mềm thép, thường hóa cải thiện độ dẻo và độ bền, ram giảm độ cứng sau khi tôi. Chỉ có tôi bề mặt đáp ứng yêu cầu tăng độ cứng bề mặt và duy trì độ dẻo dai lõi.

Cán là phương pháp gia công áp lực, không phoi, trong đó kim loại được biến dạng dẻo bằng cách ép giữa các trục cán. Cán thường được dùng để tạo hình tấm, lá, thanh, hình dạng kết cấu từ kim loại. Khoan, phay, tiện là các phương pháp gia công cắt gọt, có phoi.

Nhôm hợp kim có tỷ trọng thấp và độ bền riêng cao, làm cho chúng rất phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu trọng lượng nhẹ và độ bền cao, như trong ngành hàng không và vũ trụ. Thép và gang có tỷ trọng cao hơn nhôm. Đồng cũng nặng hơn nhôm và thường không có độ bền riêng cao bằng một số hợp kim nhôm.