Trong thiết bị có một số cấu kiện rất thường chịu tải lặp đi lặp lại trong một thời gian dài. Việc kiểm tra độ bển mỏi có giá trị đặc biệt cho các cấu kiện như là đinh ốc, cốt và trục. Những cấu kiện này có thể bị gãy cho dù lực tải rất thấp so với độ bền kéo của vật liệu. Người ta gọi loại gãy này là độ gãy bền hay độ gãy mỏi [Hình 1].
Gãy bền có thể nhận được dưới dạng mặt gãy. Mặt gãy có đường nứt ban đẩu, có bể mặt gãy mỏi với dấu mòn và mặt gây quá tải.
Độ bền mỏi được kiểm tra trong thử nghiệm mỏi qua rung. Mẫu thử được đưa vào chịu tải với lực kéo và lực ép luân phiên thay đổi nhanh với tẩn số thí dụ như 50 dao động trong một giây [Hình 2].
Trong việc kiểm tra bền mỏi có thể có những miền lực tải khác nhau [Hình 3]
Lực tải có thề thay đổi bất thường quanh điểm không [ơ = 0], được gọi là tải đổi chiều [tải đổi dấu]. Nếu trị sổ trung bình của ứng suất ở vùng ép [ơ < 0], hay vùng kéo [ơ > 0], người ta gọi là tải ngưỡng ép hay tải ngưỡng kéo. Trị 5ố tối đa của ứng suất được gọi là biên độ ứng suất ƠA.
Mỗi một thử nghiệm mỏi qua rung chạy cho đến khi mẫu kiểm tra gãy hoặc cho đến số chu kỳ dao động [sốlẩn tải luân phiên thay đổi, chu trinh ứng suất] lên đến 1 o7 = 10.000.000. số chu kỳ gãy N được đo khi bị gãy.
Mỗi loạt thử nghiệm bển mỏi bao gồm khoảng 10 lượt kiểm tra với mẫu cùng vật liệu. Biên độ ứng suất ƠA của tải dao động đổi chiều được khởi đẩu ở giới hạn đàn hổi Re và giảm từ lượt kiểm tra này đến lượt khác.
Kết quả của từng lượt kiểm tra được ghi vào trong một biểu đổ [Hình 4]. Đường nối của những điểm đo thành biểu đổ Wohler [August Wohler: Nhà nghiên cứu vật liệu]. Biểu đổ sụt xuống đoạn đầu và tới độ chu kỳ 1 o6 = 1.000.000 chuyển sang hướng nằm ngang. Biên độ ứng suất của đoạn này được gọi là độ bền mỏi ƠD.
Nếu một vật liệu chịu tải với một ứng suất dao động [đổi chiều] thấp hơn độ bền mỏi, nó sẽ không bị gãy mỏi cho dù số lượng chu kỳ dao động đến mức vô tận, người ta gọi vật liệu này có độ bền mỏi. Loại thép hợp kim được trình bày trong hình 4 có độ bền mỏi khi bị ứng suất dao động dưới 180 N/mm2.
Nếu loại thép này bị tác động trên mức bền mỏi, nó sẽ bị gãy sau số chu kỳ dao động, gọi là giới hạn mỏi, người ta gọi vật liệu này có giới hạn bền mỏi. Vật liệu trong hình 4 thí dụ chỉ chịu được 5000 chu kỳ dao động ở ứng lực xoay chiểu [tải đổi chiều] 500 N/mm2. Độ bền mỏi tùy thuộc hình dạng. Chỉ số vật liệu do kết quả của thử nghiệm bển mỏi qua dao động có giá trị cho mẫu thử trơn, cấu kiện máy có hình dạng thích nghi với chức năng.
Để biết được khả năng tải của một cấu kiện máy cụ thể, phải thử nghiệm bền mỏi qua rung với mẫu có hình dạng của cấu kiện ấy. Những kết quả độ bển mỏi tìm ra được gọi là độ bền mỏi tùy thuộc hình dạng.
Là những đặc trưng cơ học biểu thị khả năng của kim loại hay hợp kim chịu tác động của các loại tải trọng. Các đặc trưng đó bao gồm:a. Độ bền: là khả năng chống lại các tác dụng của lực bên ngoài mà không bị phá hỏng.
Tùy theo các dạng khác nhau của ngoại lực mà ta có các loại độ bền: độ bền kéo [sk], độ bền nén [sn], độ bền uốn [su].
Đơn vị đo của độ bền thường dùng là N/mm2 hoặc MN/mm2.
b. Độ cứng: là khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ khi có ngoại lực tác dụng lên kim loại thông qua vật nén. Nếu cùng một giá trị lực nén mà vết lõm trên mẫu đo càng lớn thì độ cứng của vật liệu đó càng kém.
Thử độ cứng được thực hiện trên máy thử, và được đánh giá bằng các đơn vị đo độ cứng như sau: độ cứng Brinen [HB], Rocvell [HRA, HRB, HRC], Vicke [HV].
c. Độ dẻo: là khả năng vật liệu thay đổi hình dáng kích thước mà không bị phá hủy khi chịu tác dụng của lực bên ngoài.
Để xác định độ dẻo người ta thường tiến hành đánh giá theo cả hai chỉ tiêu cùng xác định trên mẫu sau khi thử độ bền kéo:
- Độ giãn dài tương đối [δ]: là khả năng vật liệu thay đổi chiều dài sau khi bị kéo đứt.
- Độ thắt tiết diện tương đối [ψ]: là khả năng vật liệu chịu thay đổi tiết diện sau khi bị kéo đứt.
Ở đây: l0 và l1 là chiều dài mẫu trước và sau khi kéo, được tính cùng đơn vị đo.
F0 và F1 là diện tích tiết diện mẫu trước và sau khi kéo, được tính cùng đơn vị đo.
d. Độ dai va đập: là khả năng vật liệu chịu được tải trọng va đập mà không bị phá hủy, ký hiệu là ak và đơn vị đo là J/mm2 hoặc kJ/m2.
1.3.2. Lý tính
Là những tính chất của kim loại thể hiện qua các hiện tượng vật lý khi thành phần hóa học của kim loại đó không thay đổi.
Lý tính cơ bản của kim loại gồm có: khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, tính dãn nở, tính dẫn nhiệt, tính dẫn điện và từ tính.
a. Khối lượng riêng: là khối lượng của 1 cm3 vật chất.
Trong đó m: là khối lượng của vật chất.
V là thể tích của vật chất.
b. Tính nóng chảy: kim loại có tính chảy loãng khi bị đốt nóng và đông đặc lại khi làm nguội. Nhiệt độ ứng với lúc kim loại chuyển từ thể đặc sang thể lỏng hoàn toàn gọi là điểm nóng chảy. Điểm nóng chảy có ý nghĩa quan trọng trong công nghệ đúc, hàn.
c. Tính dẫn nhiệt: là tính truyền nhiệt của kim loại khi bị đốt nóng hoặc bị làm lạnh. Tính truyền nhiệt của kim loại giảm xuống khi nhiệt độ tăng và ngược lại khi nhiệt độ giảm xuống.
d. Tính giãn nở: là tính chất thay đổi thể tích khi nhiệt độ của kim loại thay đổi. Được đặc trưng bằng hệ số giãn nở.
e. Tính dẫn điện: là khả năng cho dòng điện đi qua của kim loại. So sánh tính dẫn nhiệt và dẫn điện ta thấy kim loại nào có tính dẫn nhiệt tốt thì tính dẫn điện cũng tốt và ngược lại.
f Từ tính: là khả năng bị từ hóa khi được đặt trong từ trường. Sắt, coban, niken và hầu hết các hợp kim của chúng đều có tính nhiễm từ. Tính nhiễm từ của thép và gang phụ thuộc vào thành phần và tổ chức bên trong của kim loại.
1.3.3. Hóa tính
Là độ bền của kim loại đối với những tác dụng hóa học của các chất khác như: ôxy, nước, axit mà không bị phá hủy. Tính năng hóa học của kim loại có thể chia thành các loại sau:
a. Tính chịu ăn mòn: là độ bền của kim loại đối với sự ăn mòn của môi trường xung quanh.
b. Tính chịu nhiệt: là độ bền của kim loại đối với sự ăn của ôxy trong không khí ở nhiệt độ cao.
c. Tính chịu axit: là độ bền của kim loại đối với sự ăn mòn của môi trường axit.
1.3.4. Tính công nghệ
Là khả năng thay đổi trạng thái của kim loại, hợp kim, tính công nghệ bao gồm các tính chất sau:
a. Tính đúc: được đặc trưng bởi độ chảy loãng, độ co và thiên tích.
Độ chảy loãng biểu thị khả năng điền đầy khuôn của kim loại và hợp kim. Độ chảy loãng càng cao thì tính đúc càng tốt.
Độ co càng lớn thì tính đúc càng kém.
b. Tính rèn: là khả năng biến dạng vĩnh cửu của kim loại khi chịu lực tác dụng bên ngoài mà không bị phá hủy.
Thép có tính rèn cao khi được nung nóng ở nhiệt độ phù hợp. Gang không có tính rèn vì giòn. Đồng, nhôm, chì có tính rèn tốt ngay cả ở trạng thái nguội.
c. Tính hàn: là khả năng tạo thành sự liên kết giữa các phần tử khi nung nóng chỗ hàn đến trạng thái chảy hay dẻo.
d. Tính cắt gọt: là khả năng kim loại gia công dễ hay khó, được xác định bằng tốc độ cắt gọt, lực cắt gọt và độ bóng bề mặt kim loại sau khi cắt gọt.
Một kim loại hay một hợp kim nào đó mặc dù có những tính chất rất quý nhưng tính công nghệ kém thì cũng khó được sử dụng rộng rãi vì khó chế tạo thành sản phẩm.