Thử kéo và thử độ cứng đo được điều gì?

• Đầu kẹp
• Chiều dài đo
• Lực kéo

Bạn sẽ học được gì

• Mô tả mẫu thử kéo và vì sao phép đo chỉ theo dõi đoạn giữa của nó.
• Giải thích vì sao người ta đổi lực và độ giãn thành ứng suất và biến dạng.
• Nói được thử độ cứng đo gì, và vì sao con số phụ thuộc cách đo.

Cần biết trước

Bài này dùng các khái niệm giới hạn chảy, độ bền và độ dẻo; nếu chưa quen, hãy đọc bài về độ bền, độ cứng và độ dẻo.

Thử kéo theo dõi điều gì?

Thử kéo theo dõi lực và độ giãn của mẫu bị kéo. Theo giáo trình Mechanical Testing of Metals của Đại học Cambridge, thử kéo một chiều là quy trình thử cơ học được dùng phổ biến nhất. Giáo trình Mechanical Properties cho biết lực và độ giãn của mẫu được ghi đồng thời.

Mẫu có hai đầu to và đoạn giữa nhỏ hơn. Hành vi được theo dõi ở đoạn giữa gọi là chiều dài đo, nơi ứng suất được tạo ra đều. Hai đầu kẹp nằm ngoài đoạn đó, nơi mẫu có tiết diện lớn hơn nên ứng suất thấp hơn. Các thiết bị đo độ dịch chuyển gồm đầu dò lệch tuyến tính, đầu đo dòng xoáy và máy đo giãn bằng laser quét.

Vì sao đổi lực và độ giãn thành ứng suất và biến dạng?

Vì lực và độ giãn phụ thuộc kích thước mẫu, còn ứng suất và biến dạng thì không. Giáo trình Mechanical Properties chỉ ra rằng hành vi đo bằng lực và độ giãn phụ thuộc kích thước mẫu, nên thường vẽ ứng suất và biến dạng, những đại lượng độc lập với hình học.

Cách đổi cụ thể là lấy lực chia cho diện tích tiết diện ban đầu để được ứng suất kỹ thuật; lấy độ tăng chiều dài chia cho chiều dài đo ban đầu để được biến dạng kỹ thuật. Đây là hai định nghĩa trong giáo trình Mechanical Properties. Nhờ vậy, hai mẫu khác kích thước được so sánh trên cùng cơ sở, thay vì mẫu to hơn chỉ có vẻ bền hơn vì chịu được lực lớn hơn.

Từ đồ thị đó mới đọc được tính chất vật liệu. Giáo trình gọi ngưỡng ứng suất mà biến dạng dẻo bắt đầu là giới hạn chảy. Khi thử kéo, người ta thường xác định một "độ bền" dưới dạng ứng suất kéo tới hạn.

• Mẫu mảnh
• Mẫu to
• Một đường chung

Thử độ cứng đo điều gì?

Thử độ cứng đánh giá khả năng chống biến dạng cục bộ. Giáo trình Mechanical Testing of Metals nêu nhiều kiểu thử, gồm Vickers, Brinell, Knoop và Rockwell. Không dùng chung một công thức cho mọi kiểu thử. Trong phép Vickers, độ cứng là tỷ số giữa lực tác dụng tính bằng kgf và diện tích tiếp xúc, không phải diện tích hình chiếu.

Phép thử này nhẹ nhàng về mẫu. Giáo trình nói nó làm được trên mẫu nhỏ, hình đơn giản, chỉ cần một mặt phẳng, và có thể dùng thử không phá hủy chi tiết ngay tại chỗ.

Có hai điều cần cẩn thận. Con số tìm được có xu hướng thay đổi theo lực ấn, ngay cả với cùng một kiểu thử. Ngoài ra, khi không có hóa bền và với cùng hình dạng mũi ấn, giáo trình nêu một quan hệ gần như tuyến tính giữa ứng suất chảy và độ cứng.

• Các kết quả đo
• Quan hệ gần tuyến tính

Ví dụ trong đời sống

Hãy hình dung một nhà máy cần kiểm tra một lô thanh thép. Họ có thể cắt vài thanh thành mẫu đầu to đoạn giữa nhỏ, kéo đến khi đứt để lấy đồ thị. Với chi tiết đang dùng, họ chỉ ấn mũi thử độ cứng lên một chỗ phẳng mà không cần cắt. Đây là ví dụ giả định để thấy hai phép thử bổ sung nhau.

Hiểu lầm thường gặp

Thử kéo đo thẳng một tính chất. Phép thử ghi lực và độ giãn; các tính chất như giới hạn chảy đến từ đồ thị ứng suất theo biến dạng.

Độ cứng chỉ có một con số duy nhất. Có nhiều kiểu thử, và con số có xu hướng đổi theo lực ấn.

Phải phá mẫu mới thử độ cứng. Giáo trình cho biết phép thử có thể không phá hủy và làm tại hiện trường.

Câu hỏi thường gặp

Chiều dài đo là gì?

Là đoạn giữa của mẫu thử kéo, nơi hành vi được theo dõi và ứng suất được tạo ra đều.

Vì sao không vẽ thẳng lực theo độ giãn?

Vì hành vi đo theo lực và độ giãn phụ thuộc kích thước mẫu, còn ứng suất và biến dạng độc lập với hình học.

Có những kiểu thử độ cứng nào?

Giáo trình kể Vickers, Brinell, Knoop và Rockwell.

Tóm tắt

• Thử kéo ghi lực và độ giãn của một mẫu có đoạn giữa nhỏ, nơi ứng suất đều.
• Ứng suất và biến dạng độc lập với kích thước mẫu, nên từ đồ thị đó đọc được tính chất vật liệu.
• Thử độ cứng cho con số từ lực ấn và vết lõm; nó dùng được trên mẫu nhỏ nhưng thay đổi theo lực ấn.