Những yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi của vật liệu kim loại

Release Date :29/Th12/20231 Views : 209

Độ bền mỏi của vật liệu rất nhạy cảm với các yếu tố bên trong và bên ngoài khác nhau. Một thay đổi nhỏ trong các yếu tố này có thể dẫn tới sự thay đổi đáng kể về hiệu suất mỏi của vật liệu. Để lựa chọn vật liệu phù hợp cho các bộ phận và đảm bảo hiệu suất mỏi cao, hãy tìm hiểu về tác động của một số yếu tố liên quan trong bài viết dưới đây.

Ảnh hưởng của nồng độ ứng suất

Phương pháp thông thường để đo độ bền mỏi liên quan đến việc sử dụng các mẫu được xử lý bề mặt nhẵn cẩn thận. Tuy nhiên trên thực tế các chi tiết cơ khí thường có các dạng khe hở như bậc thang, rãnh then, ren, lỗ dầu.

Các rãnh này dẫn đến sự tập trung ứng suất, khiến ứng suất thực tế tối đa tại gốc của rãnh lớn hơn nhiều so với ứng suất của toàn bộ phận. Kết quả là, sự hỏng do mỏi kim loại của chi tiết thường bắt đầu từ những rãnh này.

Ảnh hưởng của yếu tố kích thước

Tính không đồng nhất của cấu trúc vật liệu và sự hiện diện của các khuyết tật bên trong dẫn đến khả năng hỏng hóc tăng lên khi kích thước của vật liệu tăng lên, do đó làm giảm giới hạn mỏi của nó. Hiện tượng kích thước ảnh hưởng là một vấn đề quan trọng khi suy luận dữ liệu độ bền mỏi từ các mẫu thí nghiệm nhỏ sang các bộ phận thực tế lớn hơn trong ngành cơ khí. Việc không thể sao chép nồng độ ứng suất và độ dốc ứng suất của các bộ phận có kích thước thực tế trên các mẫu nhỏ, dẫn đến sự khác biệt giữa các kết quả thu được trong phòng thí nghiệm.

Ảnh hưởng của trạng thái gia công bề mặt

Bề mặt gia công luôn chứa các vết gia công không đồng đều, các vết này đóng vai trò như những khe hở cực nhỏ, dẫn đến sự tập trung ứng suất trên bề mặt vật liệu và làm giảm độ bền mỏi của vật liệu.

Nghiên cứu cho thấy đối với thép và hợp kim nhôm, giới hạn mỏi của gia công thô (tiện thô) giảm từ 10% đến 20% hoặc hơn so với đánh bóng dọc. Vật liệu có cường độ cao hơn sẽ nhạy cảm hơn với bề mặt hoàn thiện.

độ bền mỏi

Ảnh hưởng của thành phần hóa học

Độ bền mỏi và độ bền kéo có mối tương quan chặt chẽ trong những điều kiện nhất định. Do đó, trong các điều kiện cụ thể, bất kỳ nguyên tố hợp kim nào giúp tăng cường độ bền kéo cũng có thể cải thiện độ bền mỏi của vật liệu. Trong số các yếu tố khác nhau, carbon có tác động đáng kể nhất đến độ bền của vật liệu. Tuy nhiên, một số tạp chất hình thành trong thép có thể có tác động tiêu cực đến độ bền mỏi.

Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến vi cấu trúc

Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đối với độ bền mỏi phần lớn là ảnh hưởng của cấu trúc vi mô, vì các phương pháp xử lý nhiệt khác nhau dẫn đến các cấu trúc vi mô khác nhau.

Mặc dù cùng một thành phần vật liệu có thể đạt được độ bền tĩnh như nhau thông qua các phương pháp xử lý nhiệt khác nhau, độ bền mỏi của chúng có thể khác nhau rất nhiều do các cấu trúc vi mô khác nhau.

Ở mức độ bền tương tự, độ bền mỏi của ngọc trai vảy thấp hơn đáng kể so với ngọc trai dạng hạt. Các hạt xi măng càng nhỏ thì độ bền mỏi càng cao. Tác động của cấu trúc vi mô đến tính chất mỏi của vật liệu không chỉ liên quan đến tính chất cơ học của các cấu trúc khác nhau mà còn liên quan đến kích thước hạt và đặc điểm phân bố của các cấu trúc trong cấu trúc composite. Tinh chế hạt có thể tăng cường độ bền mỏi của vật liệu.

Ảnh hưởng của tạp chất

Sự hiện diện của các tạp chất hoặc lỗ do chúng tạo ra có thể hoạt động như các vết khía nhỏ, gây ra sự tập trung ứng suất và biến dạng dưới tải trọng xen kẽ, đồng thời trở thành nguồn gốc của các vết nứt do mỏi, tác động tiêu cực đến đặc tính bền mỏi của vật liệu.

Tác động của tạp chất đối với độ bền mỏi phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm loại, tính chất, hình dạng, kích thước, số lượng và sự phân bố của tạp chất, cũng như mức độ bền của vật liệu, trạng thái và mức độ ứng suất.

Các loại tạp chất khác nhau có các tính chất cơ học và vật lý độc đáo, và ảnh hưởng của chúng đối với các đặc tính mỏi khác nhau. Các tạp chất dẻo, chẳng hạn như sunfua, có xu hướng ít ảnh hưởng đến tính chất mỏi của thép, trong khi các tạp chất giòn, chẳng hạn như oxit và silicat, có tác động bất lợi đáng kể.

Ảnh hưởng của sự thay đổi đặc tính bề mặt và ứng suất dư

Ngoài sự hoàn thiện bề mặt đã đề cập trước đó, ảnh hưởng của trạng thái bề mặt cũng bao gồm những thay đổi về tính chất cơ học bề mặt và ảnh hưởng của ứng suất dư đến độ bền mỏi. Sự thay đổi tính chất cơ học của lớp bề mặt có thể do thành phần hóa học và vi cấu trúc của lớp bề mặt khác nhau, hoặc do biến dạng tăng cường bề mặt.

Xử lý nhiệt bề mặt, chẳng hạn như thấm cacbon, thấm nitơ và thấm cacbon, không chỉ có thể tăng khả năng chống mài mòn của các bộ phận mà còn cải thiện độ bền mỏi của chúng, đặc biệt là khả năng chống mỏi và rỗ do ăn mòn. Tác động của xử lý nhiệt hóa học bề mặt đến độ bền mỏi phụ thuộc phần lớn vào chế độ tải trọng, nồng độ carbon và nitơ trong lớp, độ cứng và độ dốc bề mặt, tỷ lệ độ cứng bề mặt với độ cứng lõi, độ sâu của lớp và kích thước và phân bố ứng suất nén dư hình thành trong quá trình xử lý bề mặt. Nhiều thử nghiệm đã chỉ ra rằng, miễn là rãnh khía được gia công trước và sau đó được xử lý bằng xử lý nhiệt hóa học, nói chung, rãnh khía càng sắc nét thì độ bền mỏi càng được cải thiện.

độ bền mỏi

Ảnh hưởng của xử lý bề mặt đối với các đặc tính mỏi thay đổi tùy theo chế độ tải. Dưới tải trọng dọc trục, không có sự phân bố ứng suất không đều dọc theo chiều sâu của lớp, nghĩa là ứng suất trên bề mặt và bên dưới lớp là như nhau. Trong trường hợp này, xử lý bề mặt chỉ có thể cải thiện hiệu suất mỏi của lớp bề mặt, vì vật liệu lõi không được tăng cường, do đó hạn chế sự cải thiện độ bền mỏi.

Trong điều kiện uốn và xoắn, ứng suất tập trung ở lớp bề mặt và ứng suất dư do xử lý bề mặt và ứng suất bên ngoài được chồng lên nhau, làm giảm ứng suất thực trên bề mặt. Đồng thời, việc tăng cường vật liệu bề mặt giúp cải thiện độ bền mỏi trong điều kiện uốn và xoắn.

Ngược lại, các phương pháp xử lý nhiệt hóa học như thấm cacbon và thấm nitơ có thể làm giảm đáng kể độ bền mỏi của vật liệu nếu độ bền bề mặt của bộ phận bị giảm do quá trình khử cacbon trong quá trình xử lý nhiệt.

Tương tự như vậy, độ bền mỏi của lớp phủ bề mặt, chẳng hạn như Cr và Ni, giảm do hiệu ứng khía gây ra bởi các vết nứt trên lớp phủ, ứng suất kéo dư do lớp phủ trong kim loại cơ bản gây ra và sự giòn hydro do hấp thụ hydro trong quá trình mạ điện. 

Làm nguội cảm ứng, làm nguội bề mặt ngọn lửa và làm nguội vỏ thép có độ cứng thấp có thể dẫn đến độ sâu nhất định của lớp độ cứng bề mặt và hình thành ứng suất nén dư thuận lợi trên lớp bề mặt, làm cho nó trở thành một phương pháp hiệu quả để cải thiện độ bền mỏi của các bộ phận.

Cán bề mặt và peening bề mặt cũng có thể tạo ra một độ sâu nhất định của lớp biến dạng cứng trên bề mặt mẫu vật và tạo ra ứng suất nén dư, đây cũng là một cách hiệu quả để tăng cường độ bền mỏi.

Công Ty Cổ Phần Thiết Bị và Giải Pháp Cơ Khí Automech – nhà cung cấp các dòng máy gia công kim loại tấm, hàn laser, giải pháp tự động từ những nhà cung cấp nổi tiếng JFY – thành viên của TRUMPF group, Han’s laser, EKO, Yadon, ABB…. Automech đã hợp tác với nhiều đối tác thương mại lớn ở trong và ngoài nước nhằm phục vụ nhu cầu sản xuất đa dạng. Hệ sinh thái sản phẩm đa dạng cùng mức giá hợp lí là điểm cộng to lớn giúp Automech ngày càng chiếm được lòng tin của khách hàng.

Thông tin về sản phẩm vui lòng liên hệ

Hotline: 0987.899.347 – Mr.Toàn

Email: info@automech.vn

Trụ sở chính: 285 Đường Phúc Lợi, Long Biên, Hà Nội

Hotline Zalo Messenger Up