Đề thi, bài tập trắc nghiệm online Vật liệu cơ khí – Đề 14

Vật liệu composite, đặc biệt là composite sợi (ví dụ sợi carbon hoặc sợi thủy tinh trong nền polyme), thường được thiết kế để có độ bền kéo rất cao so với trọng lượng, vượt trội so với polyme, gốm sứ và nhiều kim loại truyền thống.

Độ dai va đập (Impact toughness) là thước đo năng lượng mà vật liệu có thể hấp thụ được trước khi bị gãy khi chịu tải trọng va đập. Nó thể hiện khả năng chống lại sự phá hủy đột ngột dưới tác động của lực va đập mạnh. Các tính chất khác đo lường các khía cạnh khác nhau về khả năng chịu tải của vật liệu.

Liên kết Van der Waals là loại liên kết yếu nhất trong số các liên kết hóa học chính (ion, cộng hóa trị, kim loại, Van der Waals). Đây là liên kết lưỡng cực-lưỡng cực yếu hoặc lực phân tán London, có vai trò trong liên kết giữa các phân tử nhưng yếu hơn nhiều so với các liên kết khác.

Thủy tinh (Glass) là vật liệu vô định hình, có nghĩa là các nguyên tử hoặc phân tử của nó không được sắp xếp theo trật tự mạng tinh thể xác định. Thép, gốm sứ alumina, và đồng là vật liệu tinh thể, có cấu trúc mạng tinh thể tuần hoàn.

Thử độ cứng Brinell là một phương pháp đo độ cứng bằng cách ấn một viên bi thép cứng vào bề mặt vật liệu và đo đường kính vết lõm. Các phương pháp thử kéo, uốn, và va đập đo các tính chất cơ học khác nhau (độ bền, độ dẻo, độ dai).

Composite sợi carbon (Carbon fiber composites) sử dụng sợi carbon làm pha gia cường để đạt được độ bền kéo và độ cứng cao, trọng lượng nhẹ. Gỗ ép là composite tự nhiên, bê tông cốt thép dùng thép, gốm composite có thể dùng nhiều loại gia cường khác nhau nhưng không nhất thiết là sợi carbon.

Mỏi kim loại (Fatigue) là hiện tượng suy giảm độ bền và phá hủy vật liệu dưới tác dụng của tải trọng chu kỳ hoặc tải trọng biến đổi theo thời gian, ngay cả khi ứng suất cực đại nhỏ hơn nhiều so với giới hạn bền tĩnh của vật liệu.

Thép cacbon cao được định nghĩa là thép có hàm lượng carbon từ 0.6% đến 1.7%, cao hơn so với thép cacbon thấp (dưới 0.3%) và thép cacbon trung bình (0.3% - 0.6%). Thép hợp kim thấp tập trung vào việc bổ sung các nguyên tố hợp kim khác ngoài carbon.

Cát khuôn (molding sand), đặc biệt là cát chịu nhiệt và cát có chất kết dính, được sử dụng rộng rãi làm vật liệu khuôn đúc kim loại vì có giá thành rẻ, dễ tạo hình, và chịu được nhiệt độ cao của kim loại nóng chảy. Nhôm và thép là vật liệu kim loại, polyme không chịu được nhiệt độ đúc kim loại.

Kẽm (Zinc) được sử dụng rộng rãi làm lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn cho thép bằng phương pháp mạ kẽm (galvanizing). Kẽm là kim loại hoạt động hơn thép, nên nó sẽ bị ăn mòn ưu tiên (ăn mòn hy sinh) để bảo vệ thép. Magie cũng có thể dùng nhưng thường ít phổ biến hơn kẽm cho thép, đồng và chì không phải lựa chọn tối ưu cho mục đích này.

Ferrite (α-Fe) là pha dung dịch rắn của carbon trong sắt alpha, có cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm khối (BCC). Austenite (γ-Fe) là dung dịch rắn của carbon trong sắt gamma (FCC), Cementite (Fe3C) là hợp chất hóa học sắt carbide, Pearlite là hỗn hợp cùng tinh của Ferrite và Cementite.

Công nghệ luyện kim bột (Powder metallurgy) là quy trình sản xuất các chi tiết kim loại từ bột kim loại bằng cách ép và thiêu kết. Phương pháp này rất hiệu quả để tạo ra các chi tiết có hình dạng phức tạp, độ chính xác cao, và vật liệu có tính chất đặc biệt. Đúc, gia công cắt gọt, và gia công áp lực là các phương pháp khác nhưng không trực tiếp làm việc với bột kim loại.

Vật liệu composite nền kim loại (Metal Matrix Composites - MMC) thường được gia cường bằng các hạt gốm (ceramic particles) hoặc sợi gốm để cải thiện độ cứng, độ bền nhiệt, và độ bền mỏi. Sợi polyme thường dùng cho composite nền polyme, kim loại khác có thể tạo hợp kim chứ không phải composite nền kim loại, chất lỏng không phải pha gia cường.

Điểm cùng tinh (eutectic point) trong biểu đồ pha Fe-C tương ứng với thành phần khoảng 4.3% carbon và nhiệt độ khoảng 1147°C. Tại điểm này, pha lỏng chuyển trực tiếp thành hỗn hợp hai pha rắn (austenite và cementite) mà không qua pha trung gian. 0.76%C, 727°C là điểm cùng tích (eutectoid), các giá trị khác không phải điểm đặc biệt trên biểu đồ pha Fe-C liên quan đến cùng tinh.

Độ giãn dài tương đối (Strain) trong thử nghiệm kéo được định nghĩa là tỷ số giữa độ giãn dài (sự thay đổi chiều dài) của vật liệu và chiều dài ban đầu. Ứng suất là lực chia cho diện tích, độ bền kéo là ứng suất lớn nhất vật liệu chịu được, mô đun đàn hồi là độ cứng của vật liệu.

Ăn mòn điện hóa (Electrochemical corrosion) xảy ra do sự hình thành pin điện hóa trên bề mặt kim loại, thường do sự khác biệt về thành phần, ứng suất, hoặc môi trường. Các vùng có điện thế khác nhau sẽ hoạt động như anode và cathode, dẫn đến quá trình ăn mòn. Ăn mòn đều xảy ra đồng đều trên bề mặt, ăn mòn cục bộ tập trung ở một số điểm, ăn mòn ứng suất liên quan đến ứng suất cơ học.

Ram (Tempering) là quá trình nhiệt luyện được thực hiện sau khi tôi thép để giảm độ giòn (brittleness) và tăng độ dai (toughness). Quá trình tôi làm tăng độ cứng nhưng cũng làm tăng độ giòn. Ram giúp cân bằng lại các tính chất này.

Độ đàn hồi (Elasticity) là tính chất của vật liệu cho phép nó biến dạng khi chịu tải và phục hồi hoàn toàn hình dạng ban đầu khi thôi tải. Nó thể hiện khả năng hấp thụ và giải phóng năng lượng đàn hồi. Các tính chất khác đo lường các khía cạnh khác nhau về khả năng chịu tải và biến dạng của vật liệu, nhưng không trực tiếp liên quan đến khả năng phục hồi hình dạng.

Ăn mòn khe (Crevice corrosion) là dạng ăn mòn cục bộ xảy ra trong các khe hẹp, rãnh, hoặc vùng bị che chắn nơi mà dung dịch điện ly có thể bị giữ lại và môi trường trở nên khác biệt so với môi trường bên ngoài, thường do sự thiếu hụt oxy. Ăn mòn đều xảy ra trên toàn bề mặt, ăn mòn rỗ tạo thành các lỗ nhỏ, ăn mòn ứng suất liên quan đến ứng suất cơ học.

Pha nền (matrix) trong vật liệu composite có vai trò chính là truyền tải trọng từ bên ngoài đến pha gia cường, liên kết các pha gia cường lại với nhau, và bảo vệ pha gia cường khỏi các tác động môi trường. Pha gia cường thường là pha chịu tải trọng chính, pha nền không trực tiếp tăng độ cứng hay dẫn điện (tùy loại composite).

Gia công bề mặt bằng laser (Laser surface treatment) sử dụng chùm tia laser năng lượng cao để làm nóng chảy, hóa hơi, hoặc biến đổi cấu trúc bề mặt vật liệu, từ đó cải thiện các tính chất như độ cứng, khả năng chống ăn mòn, và độ mài mòn. Mài và đánh bóng là phương pháp cơ học, mạ điện là phương pháp phủ lớp vật liệu khác lên bề mặt.

Ủ (Annealing) là quá trình nhiệt luyện được sử dụng để làm mềm thép, giảm độ cứng, và cải thiện độ dẻo, giúp thép dễ dàng gia công hơn (cắt gọt, uốn...). Tôi làm tăng độ cứng, ram giảm độ giòn nhưng vẫn giữ độ cứng tương đối cao, thường hóa cải thiện cơ tính tổng thể nhưng không phải mục đích chính là làm mềm để gia công.

Gốm chịu nhiệt (Thermal ceramics), đặc biệt là các loại gốm oxit như alumina và silica, có khả năng chịu nhiệt cực cao và cách nhiệt tốt, do đó được sử dụng rộng rãi làm vật liệu bảo vệ nhiệt cho tàu vũ trụ và các ứng dụng nhiệt độ cao khác. Nhôm và thép không chịu được nhiệt độ quá cao như gốm, polyme nhiệt dẻo không chịu được nhiệt độ cao.

Vật liệu gốm sứ (Ceramics) thường có độ bền nhiệt (heat resistance) cao hơn đáng kể so với kim loại. Chúng duy trì độ bền và độ cứng ở nhiệt độ cao mà kim loại có thể bị mềm hoặc mất độ bền. Tuy nhiên, gốm sứ thường giòn hơn và có độ bền kéo kém hơn kim loại.

Creep (bò trườn) là hiện tượng biến dạng dẻo chậm và liên tục của vật liệu dưới tác dụng của tải trọng tĩnh không đổi trong thời gian dài, đặc biệt rõ rệt ở nhiệt độ cao. Tải trọng động, va đập, và môi trường ăn mòn không phải là nguyên nhân chính gây ra creep.

Polyme nhiệt dẻo (Thermoplastics) có khả năng tái chế tốt nhất vì chúng có thể được làm nóng chảy và định hình lại nhiều lần mà không bị biến đổi đáng kể về cấu trúc hóa học. Polyme nhiệt rắn (Thermosets) bị biến đổi không thuận nghịch khi gia nhiệt nên khó tái chế. Elastomer (cao su) và composite polyme cũng khó tái chế hơn polyme nhiệt dẻo.

Liên kết cộng hóa trị (Covalent bond) là liên kết hóa học mạnh hình thành nên mạch chính của phân tử polyme. Các liên kết khác như ion, hydro, và Van der Waals có vai trò trong liên kết giữa các mạch phân tử hoặc trong cấu trúc phụ nhưng không phải liên kết chính của mạch phân tử.

Độ dai phá hủy (Fracture toughness) là thước đo khả năng của vật liệu chống lại sự lan truyền vết nứt. Nó thể hiện năng lượng cần thiết để làm cho vết nứt phát triển và gây ra phá hủy. Các tính chất khác liên quan đến các khía cạnh khác nhau về khả năng chịu tải và biến dạng của vật liệu.

Độ bền (Strength) là khả năng vật liệu chịu được tải trọng mà không bị phá hủy hoặc biến dạng dẻo vĩnh viễn. Độ cứng (Hardness) là khả năng chống lại vết lõm hoặc xước bề mặt, độ dẻo (Ductility) là khả năng biến dạng dẻo trước khi gãy, độ dai (Toughness) là năng lượng cần thiết để phá hủy vật liệu.

Phay (Milling) là phương pháp gia công cắt gọt, loại bỏ vật liệu để tạo hình dạng chi tiết. Cán (Rolling), kéo (Drawing), và ép đùn (Extrusion) là các phương pháp gia công biến dạng dẻo, thay đổi hình dạng vật liệu bằng cách tác dụng lực làm biến dạng dẻo mà không loại bỏ vật liệu.