Phần 2 - Ứng dụng Máy UTM trong ngành Kim loại - Hợp kim

Kiểm tra độ bền kéo của kim loại dạng đúc và rèn

Dựa theo tiêu chuẩn EN 818-X, EN 1677-X, ISO 3266

Đúc và rèn chủ yếu được sử dụng trong tự động hóa và công nghiệp hàng không, ngoài ra còn sử dụng trong việc xây dựng các trạm điện và các thiết bị nâng hạ. Công nghệ đúc cho phép sản xuất hầu hết các chi tiết phức tạp với chi phí thấp, với việc ngày càng tăng số lượng các kim loại nhẹ được đúc để làm giảm khối lượng, đặc biệt trong sản xuất ôtô.

Các chi tiết rèn được sử dụng để đáp ứng yêu cầu về độ bền kéo, hay để chịu áp và lực va đập cực lớn, chẳng hạn như trục khuỷu và các thanh kết nối trong môtô, máy phát điện và hệ thống tua bin điện.

Để kiểm tra độ bền kéo thì phương pháp khả thi là sử dụng đồng thời các thành phần hoặc phá mẫu từ một vị trí cố định. Trong trường hợp đầu tiên, kiểm tra tải trọng lớn cần đến các ngàm kẹp và các dụng cụ hỗ trợ, trong khi các trường hợp còn lại, các mẫu thường có kích thước nhỏ hơn.

Kiểm tra độ dãn r&n với cảm biến độ dãn XT kết hợp quay video cho thép tấm

Dựa theo tiêu chuẩn ASTM E345, DIN 50154, ASTM E517, ASTM E646

Phép kiểm tra độ bền kéo trên kim loại dạng tấm cung cấp nhiều thông tin quan trọng về tính chất cơ lý của vật liệu dập như: độ bền ứng suất, % dãn, độ bền kéo, tỷ lệ dãn của nhựa (giá trị r và n).

Các kim loại tấm cho công đoạn dập, thông thường có độ dầy từ 0.1 đến 3 mm, có độ dẻo đồng thời lại có độ bền cơ học cao.

Các giá trị bất đẳng hướng và độ cứng được biết đến như là “r +n”, cung cấp các thông tin quan trọng về tính chất của vật liệu, giá trị n cho biết độ cứng làm việc của vật liệu trong biến dạng dẻo, trong khi giá trị r miêu tả tính dị hướng dọc của vật liệu.

Vật liệu dùng trong sản xuất công nghiệp phải có các tính chất về độ dẻo để tạo ra các loại hình thù khác nhau đồng thời phải đảm bảo được độ dày đồng đều trên toàn bộ bề mặt của sản phẩm cuối cùng.

Quy trình kiểm tra cần chuẩn bị 3 mẫu từ cuộn thành phẩm, đặt dọc theo trục con lăn, ở góc 45^o và 90^o, lấy kết quả trung bình. Mẫu có dạng mái chèo hoặc dạng dải sọc, có độ rộng tiêu chuẩn từ 12.5 đến 20 mm, có thể tiết lập trong phần hiệu chỉnh. Khuyến nghị nên dùng loại 20 mm để bảo vệ cấu trúc tinh thể của vật liệu.

Các mẫu được chuẩn bị bằng cách cắt cơ học dọc theo chiều dài vật liệu để loại bỏ các gờ cứng hoặc dùng các thiết bị nén ép với khuôn cố định, sau đó hoàn thiện bề mặt trên thiết bị chuyên dụng để loại bỏ gờ cứng.

Phép kiểm tra yêu cầu có 2 thiết bị đo độ dãn, một dùng để đo độ biến dạng dọc và một thiết bị dùng đo biến dạng ngang.

Các model hiện có sẵn gồm dạng bán tự động, tự động hoàn toàn hay dạng không tiếp xúc chẳng hạn như Video Extensometers.

Kiểm tra độ bền kéo cho phôi đồng

Dựa theo tiêu chuẩn ISO 6892

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp kiểm tra độ bền kéo của vật liệu kim loại và định nghĩa các tính chất cơ học mà có thể xác định được ở nhiệt độ phòng.

Các sản phẩm có thể kiểm tra theo tiêu chuẩn này bao gồm kim loại tấm (gồm cả phôi đồng), kim loại dạng sợi, thanh thẳng, hay dạng ống.

Mẫu thử cần được kẹp chắc chắn để căn chỉnh trục kéo và giảm thiểu sự uốn cong. Mẫu thử sau đó được kéo đến khi bị đứt theo phương pháp A hoặc B. Trong quá trình đo, các thông số được ghi lại gồm: tải trọng, độ dãn dọc, thời gian và dữ liệu kéo dãn để xác định đặc tính của vật liệu.

Các số liệu đặc trưng thu được gồm điểm Yield (Rp, Reh, Rel), Độ bền kéo tới hạn (Rm), các giá trị kéo dãn đặc biệt (A, Agt,...). Tiêu chuẩn ISO 6892 cũng quy định hình dạng mẫu được sử dụng nên tùy thuộc vào loại sản phẩm được kiểm tra.

Kiểm tra độ bền kéo của kim loại khi không ở nhiệt độ thường

Dựa theo tiêu chuẩn ISO 6892-2, ISO 6892-3, ASTM E21, GOST 9651, GB/T 228.2

Trong phép đo ở nhiệt độ không phải nhiệt độ môi trường, các giá trị tải trọng, độ dãn dọc, thời gian, và dữ liệu độ bền kéo được ghi lại để xác định các đặc tính của vật liệu.

Các thông số đặc trưng bao gồm điểm Yield (Rp, Reh, Rel), giới hạn kéo (Rm), các thông số đặc biệt khác (A, Agt,...).

Hình dạng mẫu thử tùy theo loại sản phẩm được kiểm tra.

Trong các ứng dụng như sản xuất động cơ, xậy dựng và lắp đặt nhà máy hóa chất, phép đo này là hết sức quan trọng để đảm bảo rằng vật liệu có thể làm việc được ở nhiệt độ lên đến 1200^oC.

Kiểm tra độ bền uốn cho các mẫu kim loại

Dựa theo tiêu chuẩn ISO 7438, ISO 5173, ASTM E190, ASTM E290

Trong kiểm tra độ bền uốn, một tải trọng sẽ tác dụng lên chính tâm bề mặt vật liệu sau đó được uốn cong 180^o.

Mẫu có độ bền kéo bề mặt thấp hơn thì cần được kiểm tra các vết nứt và khuyết tật trước khi thử nghiệm.

Hệ thống thử độ bền kéo bằng Robot cho kim loại

Dựa theo tiêu chuẩn ISO 6892-1, ASTM E8, GB/T 228.1, JIS Z 2241, GOST 1497

Kiểm tra độ bền kéo của sợi kim loại

Dựa theo tiêu chuẩn ISO 6892-1

Tùy từng loại và vật liệu cấu thành sợi mà có các bộ kẹp mẫu khác nhau. Trường hợp vật liệu dễ uốn dẻo, có thể sử dụng các loại kẹp có hình dạng cố định.

Độ dài mẫu có thể tùy chỉnh theo người vận hành nhưng thông thường theo tiêu chuẩn là 100mm.

Kiểm tra độ bền kéo với xác định giá trị r&n

Dựa theo tiêu chuẩn ISO 10113, ISO 10275, ASTM E345, ASTM E646

Kiểm tra độ bền va đập kiểu con con lắc (Phương pháp Charpy)

Dựa theo các tiêu chuẩn ASTM E23, ISO 148-1, ASTM A370-NIST

Tiêu chuẩn ASTM E23 và ISO 148-1 dùng xác định các phương pháp kiểm tra độ bền va đập Charpy của mẫu kim loại dạng thanh hình chữ V (chữ V loại 2-3mm, chữ U loại 5mm).

ASTM A370-NIST cũng bao gồm phương pháp kiểm tra độ bền va đập Charpy nhưng chỉ áp dụng cho các sản phẩm từ thép.

Một đặc trưng của phép đo Charpy là mẫu kim loại phải ở trạng thái nghỉ ở mỗi đầu trong khi tiếp xúc với đe.

Để kiểm tra độ bền va đập Charpy của vật liệu, cần phải lấy mẫu từ nguyên liệu hoặc sản phẩm. Thông thường mẫu dài 55 mm, mỗi cạnh dài 10 mm và dầy từ 2 đến 3.3 mm đối với dạng chữ V và 5 mm cho loại chữ U. Tiêu chuẩn cũng cho phép giảm độ dài các cạnh của mẫu còn 10x7.5 và 10x5 mm, khi đó các tấm kê phải được đặt vào giữa giá đỡ và mẫu để phép đo không bị sai lệch.

Thiết bị thử nghiệm độ bền va đập Charpy

Dựa theo tiêu chuẩn ISO 148, ASTM E23, ISO 14556, ASTM E2298, GOST 9454, JIS B2242

Thiết bị kiểm tra độ bền va đập kiểu Charpy cho phép ghi lại các giá trị của lực tác động theo thời gian dưới dạng đồ thị điểm.

Thiết bị có tốc độ đọc ghi cao lên đến 2 MHz để ghi lại đường cong lực/ sự dịch chuyển trong quá trình đo.

Hệ thống thu nhận tín hiệu tích hợp bộ điều khiển và có kết nối với máy tính qua cổng USB để ghi nhận dữ liệu.

Kiểm tra độ dão

Phép kiểm tra độ dão xác định diễn biến của mẫu khi có ứng suất dão. Để tìm và phân tích các tính chất của mẫu, vật liệu phải chịu lực kéo dài và không đổi.

Phép đo này được ứng dụng cho các vật liệu dùng trong lò nung từ 300^oC đến 1400^oC, các chi tiết sử dụng vật liệu chịu nhiệt đặc biệt.

Các thiết bị gồm có:

- Khung thép cứng có hình dạng dễ thao tác;

- Đòn bẩy có chia tải trọng tỷ lệ với cánh tay đòn;

- Bộ cân bằng đòn bẩy tự động được điều khiển thông qua cảm biến;

- Bộ kẹp gá mẫu.

Kiểm tra mối hàn kim loại

Dựa theo tiêu chuẩn ISO 4136, ISO 5173, ISO 5178

Mối hàn có thể được kiểm tra bằng cách kéo mối hàn từ trạng thái thường đến khi đứt gãy.

Phép đo này thay thế cho những phép đo không cần thiết sử dụng đến máy đo độ dãn, có thể dùng cho phép đo giới hạn tải trọng.

Lưu ý quan trọng là phải hiệu chỉnh trục kéo, giữ cho các ngàm kẹp song song và không bị dịch chuyển.

Kiểm tra độ bền kéo của ống

Dựa theo tiêu chuẩn ASTM A370, ISO 6892-1, API5L, ISO 3183

Các ống kim loại liền mạch hoặc được hàn lại cần thiết phải được kiểm tra độ bền kéo.

Các tiêu chuẩn ISO 6892-1, ASTM A370, API5L, và ISO 3183 hướng dẫn cụ thể quy trình kiểm tra độ bền kéo với rất nhiều các thông số kỹ thuật khác nhau về hình dạng ống, độ dầy, bán kính,...

Mẫu thử có thể là một phần của đoạn ống, có đừng kính lớn hơn 60mm. Phần đầu ống phải được đệm lót để tránh bị biến dạng ống khi kẹp. Chiều dài ống tối thiểu là 50 mm. Thông thường với phép đo độ bền kéo, lực kéo cho phép của máy dao động từ 250 đến 600 kN. Khuyến nghị nên dùng bộ kẹp thủy lực song song.

Kiểm tra độ bền kéo cho thép cán nóng

Dựa theo tiêu chuẩn ISO 6892-1

Mẫu thử cần được kẹp chắc chắn để căn chỉnh trục kéo và giảm thiểu sự uốn cong. Mẫu thử sau đó được kéo đến khi bị đứt theo phương pháp A hoặc B. Trong quá trình đo, các thông số được ghi lại gồm: tải trọng, độ dãn dọc, thời gian và dữ liệu kéo dãn để xác định đặc tính của vật liệu.

Các số liệu đặc trưng thu được gồm điểm Yield (Rp, Reh, Rel), Độ bền kéo tới hạn (Rm), các giá trị kéo dãn đặc biệt (A, Agt,...). Tiêu chuẩn ISO 6892-1cũng quy định hình dạng mẫu được sử dụng nên tùy thuộc vào loại sản phẩm được kiểm tra.

Kiểm tra độ bền kéo của mẫu hợp kim

Dựa trên tiêu chuẩn ASTM B557, ASTM B348

Phép đo này thường áp dụng cho các mẫu nhỏ, dạng đúc. Các đồ gá để kẹp giữ những mẫu đặc biệt nên được chuẩn bị sẵn.

Các loại kẹp có ngàm, ren hoặc hình lăng trụ chỉ sử dụng được cho mẫu dạng tròn, với mẫu phẳng cần dùng kẹp có mối hàn hoặc kẹp thủy lực.