Đề thi, bài tập trắc nghiệm online Vật liệu cơ khí – Đề 10

Polyme nhiệt rắn (thermosetting polymers) trải qua phản ứng hóa học không thuận nghịch khi gia nhiệt, tạo liên kết ngang và trở nên cứng rắn vĩnh viễn. Chúng không thể nóng chảy và tái định hình lại sau khi đã định hình ban đầu. Polyme nhiệt dẻo (thermoplastic polymers) có thể nóng chảy và tái định hình nhiều lần.

Ép đùn (extrusion) là quá trình đẩy phôi kim loại qua khuôn để tạo ra các sản phẩm có hình dạng mặt cắt ngang cố định và chiều dài lớn, thường có hình dạng phức tạp. Cán dùng để giảm chiều dày hoặc tạo hình dạng tấm, kéo dùng để tạo dây hoặc ống, rèn thường dùng để tạo hình dạng gần đúng hoặc cải thiện cơ tính.

Ram (tempering) là quá trình nhiệt luyện thực hiện sau khi tôi thép, nhằm mục đích giảm độ giòn của thép đã tôi (vốn rất cứng nhưng giòn), đồng thời cải thiện độ dai và giảm ứng suất dư. Ram không làm tăng độ cứng hoặc độ bền kéo, và không làm mềm thép như ủ.

Silicon carbide (SiC) là loại gốm kỹ thuật có độ cứng và khả năng chịu mài mòn rất cao, thậm chí cao hơn cả alumina và zirconia. Điều này làm cho SiC trở thành vật liệu lý tưởng cho dao cắt gọt hiệu suất cao, đặc biệt khi gia công các vật liệu cứng và mài mòn. Silicon nitride cũng có độ cứng cao nhưng silicon carbide thường được ưu tiên hơn về độ cứng và chịu mài mòn.

Gang dẻo (ductile iron) có graphit ở dạng cầu, khác với dạng tấm của gang xám. Dạng cầu giúp giảm sự tập trung ứng suất và cải thiện đáng kể độ bền kéo, độ dẻo và độ dai va đập so với gang xám. Gang trắng rất cứng và giòn, gang hợp kim là gang xám hoặc gang dẻo có thêm các nguyên tố hợp kim.

Ứng suất dư (residual stress) là ứng suất tồn tại trong vật liệu ngay cả khi không có tải trọng bên ngoài. Ứng suất dư có thể gây ra nhiều tác hại như nứt, biến dạng không mong muốn, giảm độ bền mỏi và độ bền ăn mòn ứng suất. Trong một số trường hợp, ứng suất dư nén bề mặt có thể có lợi, nhưng ứng suất dư kéo thường có hại.

Mỏi vật liệu là hiện tượng suy giảm độ bền và phá hủy vật liệu dưới tác dụng của tải trọng chu kỳ (tải trọng thay đổi theo thời gian), ngay cả khi ứng suất đỉnh nhỏ hơn giới hạn bền tĩnh của vật liệu. Tải trọng tĩnh là không đổi, tải trọng va đập tác dụng nhanh và mạnh, tải trọng tập trung là tải trọng tác dụng trên diện tích nhỏ.

Phương pháp thử độ cứng Rockwell đo độ cứng vật liệu bằng cách xác định chiều sâu vết lõm còn lại sau khi tác dụng hai lần tải trọng khác nhau lên vật liệu bằng đầu thử (bi hoặc mũi kim cương). Độ cứng Rockwell được xác định dựa trên sự khác biệt về chiều sâu vết lõm giữa hai lần tải. Phương pháp Brinell đo đường kính vết lõm, Vickers cũng đo đường kính vết lõm hình tháp.

Hóa bền tiết pha (precipitation hardening) là cơ chế hóa bền dựa trên việc tạo ra các hạt pha thứ hai (tiết pha) rất nhỏ và phân tán đều trong nền kim loại. Các hạt tiết pha này cản trở sự di chuyển của dislocaions, làm tăng độ bền và độ cứng của vật liệu. Hóa bền biến dạng là do tăng mật độ dislocations, hóa bền dung dịch rắn là do nguyên tử hợp kim cản trở dislocations, hóa bền hạt mịn là do tăng diện tích biên giới hạt.

Ăn mòn điện hóa (electrochemical corrosion) xảy ra khi có sự khác biệt về điện thế (do thành phần, ứng suất, môi trường, v.v.) giữa các vùng khác nhau trên bề mặt kim loại trong môi trường điện ly (như nước, dung dịch muối). Sự khác biệt điện thế tạo thành pin điện hóa, gây ra dòng electron và quá trình ăn mòn. Ăn mòn hóa học xảy ra do phản ứng hóa học trực tiếp, ăn mòn cơ học do tác động cơ học, ăn mòn sinh học do vi sinh vật.

Vật liệu composite thường được cấu tạo từ hai thành phần chính: vật liệu nền (matrix) và vật liệu gia cường (reinforcement). Vật liệu nền bao bọc và liên kết vật liệu gia cường, trong khi vật liệu gia cường cung cấp độ bền và độ cứng cho composite.

Đồng (Cu) là vật liệu dẫn điện tốt nhất trong số các lựa chọn được đưa ra. Đồng có độ dẫn điện cao hơn đáng kể so với nhôm, thép không gỉ và titan. Nhôm cũng là chất dẫn điện tốt, nhưng kém hơn đồng. Thép không gỉ và titan dẫn điện kém hơn nhiều so với đồng và nhôm.

Gốm sứ thường có hệ số giãn nở nhiệt nhỏ nhất so với thép, nhôm và polyme. Điều này có nghĩa là gốm sứ ít bị giãn nở hoặc co lại khi nhiệt độ thay đổi, làm cho chúng phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ ổn định kích thước cao trong môi trường nhiệt độ biến đổi. Polyme có hệ số giãn nở nhiệt lớn nhất, tiếp theo là nhôm và thép.

Thấm carbon (carburizing) là quá trình xử lý nhiệt bề mặt để khuếch tán carbon vào lớp bề mặt của thép, tạo ra lớp bề mặt giàu carbon và cứng hơn sau khi tôi, trong khi lõi thép vẫn giữ được độ dai ban đầu. Ủ làm mềm thép, tôi thể tích làm cứng toàn bộ chi tiết (có thể gây giòn), ram giảm độ cứng và độ giòn.

Crom (Cr) là nguyên tố hợp kim chính tạo nên khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ. Hàm lượng crom tối thiểu thường là 10.5% để hình thành lớp màng oxit crom thụ động bảo vệ bề mặt thép khỏi bị ăn mòn. Niken cũng thường được thêm vào thép không gỉ để cải thiện độ bền, độ dẻo và khả năng chống ăn mòn, nhưng crom là yếu tố quyết định.

Thép ổ lăn (bearing steel) là loại thép hợp kim đặc biệt được thiết kế để chế tạo ổ bi và ổ đũa do có độ cứng rất cao, khả năng chịu mài mòn tốt và hệ số ma sát thấp. Các vật liệu khác như nhựa, cao su và nhôm không đáp ứng được yêu cầu về độ cứng và khả năng chịu tải trọng cho ứng dụng ổ bi.

Sợi carbon composite có tỷ lệ độ bền trên trọng lượng vượt trội so với thép, nhôm và titan. Điều này là do sợi carbon có độ bền kéo rất cao và mật độ thấp, làm cho composite sợi carbon đặc biệt hiệu quả trong các ứng dụng yêu cầu trọng lượng nhẹ và độ bền cao.

Thép gió có độ cứng nóng cao, tức là vẫn giữ được độ cứng và khả năng cắt gọt ở nhiệt độ cao sinh ra trong quá trình cắt gọt kim loại. Do đó, chúng được sử dụng rộng rãi để chế tạo các dụng cụ cắt gọt kim loại như dao phay, dao tiện, mũi khoan, v.v. Dụng cụ đo thường không yêu cầu độ cứng nóng cao, dụng cụ gia công nguội và nóng là phân loại quy trình gia công, không trực tiếp liên quan đến thép gió.

Thép không gỉ chứa crom, niken và các nguyên tố hợp kim khác, tạo ra khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt tốt, làm cho chúng phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao và môi trường khắc nghiệt. Các vật liệu khác như thép carbon thấp, gang xám và nhôm hợp kim có thể không đủ khả năng chống ăn mòn hoặc chịu nhiệt trong điều kiện tương tự.

Điểm chảy (yield point) trên đường cong ứng suất-biến dạng trong thử nghiệm kéo đánh dấu sự bắt đầu của biến dạng dẻo trong vật liệu. Trước điểm chảy, vật liệu biến dạng đàn hồi. Sau điểm chảy, biến dạng dẻo trở nên đáng kể và không thể phục hồi hoàn toàn khi loại bỏ tải trọng.

Creep (trườn) là biến dạng dẻo chậm và liên tục của vật liệu dưới tác dụng của ứng suất không đổi theo thời gian, đặc biệt rõ rệt ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ cao làm tăng tốc độ creep, và ứng suất cao cũng thúc đẩy quá trình này. Ở nhiệt độ thấp, creep thường không đáng kể trừ khi ứng suất rất cao.

Ủ là quá trình nhiệt luyện làm nóng thép đến nhiệt độ nhất định và làm nguội chậm trong lò, giúp giảm độ cứng, tăng độ dẻo và loại bỏ ứng suất dư. Tôi làm tăng độ cứng, ram giảm độ giòn sau khi tôi, và thường hóa cải thiện độ đồng đều cấu trúc.

Ferrite (α-Fe) là dung dịch rắn của carbon trong sắt alpha (có cấu trúc mạng tinh thể BCC - Body Centered Cubic). Austenite (γ-Fe) là dung dịch rắn của carbon trong sắt gamma (FCC). Cementite (Fe3C) là hợp chất hóa học giữa sắt và carbon. Pearlite là hỗn hợp cùng tinh của ferrite và cementite.

Liên kết kim loại là loại liên kết hóa học đặc trưng cho kim loại, trong đó các electron hóa trị được giải phóng và tạo thành 'biển electron' chung cho toàn bộ mạng tinh thể. Liên kết kim loại giải thích nhiều tính chất đặc trưng của kim loại như độ dẫn điện, dẫn nhiệt, độ dẻo, độ dai và ánh kim. Liên kết ion và cộng hóa trị phổ biến trong gốm và polyme, liên kết Van der Waals yếu hơn và phổ biến trong polyme và một số vật liệu phân tử.

Độ dai va đập (impact toughness) là thước đo khả năng của vật liệu hấp thụ năng lượng khi chịu tải trọng va đập hoặc xung kích mà không bị phá hủy giòn. Nó phản ánh khả năng chống lại sự nứt gãy đột ngột dưới tác dụng của tải trọng động. Các tính chất khác như độ cứng, khả năng chống mài mòn và chịu nhiệt là các khía cạnh khác của tính chất vật liệu.

Độ cứng là khả năng của vật liệu chống lại sự biến dạng dẻo cục bộ, như lõm hoặc trầy xước. Các tính chất khác như độ bền, độ dẻo và độ dai mô tả các khía cạnh khác nhau của hành vi cơ học của vật liệu.

Cát khuôn là vật liệu phổ biến nhất để làm khuôn đúc kim loại do có khả năng chịu nhiệt độ cao, độ ổn định kích thước tốt, dễ tạo hình và giá thành rẻ. Polyetylen (PE) là polyme, không chịu được nhiệt độ cao. Thép carbon và nhôm hợp kim có thể được dùng làm khuôn kim loại (khuôn kim loại), nhưng cát khuôn phổ biến hơn cho đúc thông thường.

Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ - Heat Affected Zone) là vùng vật liệu cơ bản gần mối hàn bị nung nóng trong quá trình hàn nhưng không bị nóng chảy. HAZ thường có cấu trúc hạt thô do quá trình tái kết tinh và tăng trưởng hạt ở nhiệt độ cao, dẫn đến cơ tính kém nhất trong các vùng của mối hàn. Vùng kim loại mối hàn là kim loại nóng chảy và đông đặc lại, vùng kim loại cơ bản là vật liệu ban đầu.

Gia công bằng tia laser (laser cutting) sử dụng chùm tia laser hội tụ để làm nóng chảy, bốc hơi hoặc đốt cháy vật liệu, từ đó cắt hoặc khắc vật liệu. Gia công tia lửa điện (EDM) sử dụng tia lửa điện để loại bỏ vật liệu. Gia công cơ khí truyền thống sử dụng dao cắt cơ học. Gia công siêu âm sử dụng dao động siêu âm để hỗ trợ quá trình cắt gọt.

Khuyết tật đường (line defects) là loại khuyết tật mạng tinh thể kéo dài theo một chiều, điển hình là dislocation. Khuyết tật điểm (point defects) là khuyết tật tại một vị trí nguyên tử đơn lẻ (ví dụ: vacancy, interstitial). Khuyết tật diện (surface defects) là khuyết tật trên bề mặt hoặc biên giới hạt. Khuyết tật khối (volume defects) là khuyết tật ba chiều như lỗ rỗng hoặc tạp chất lớn.