Trong cuộc sống Kim loại và hợp kim là các vật liệu quen thuộc và tồn tại xung quanh chúng ta. Nó mặt trong các loại đồ dùng như đồ trang sức, khóa cửa, chất hàn răng, dụng cụ âm nhạc, súng, tiền xu.. Tuy nhiên, bạn đã biết kim loại, hợp kim là gì? cấu tạo và tính chất của kim loại, Hợp kim trong cuộc sống như thế nào chưa? Các phương pháp thử kim loại và hợp kim phổ biến nhất hiện nay. Mời bạn đọc cùng với công ty phế liệu Huy Lộc Phát thông qua bài viết sau đây nhé!
Tìm hiểu kim loại – hợp kim là gì?
Kim loại là gì?
Định nghĩa:
Theo định nghĩa cổ điển mà cho đến nay vẫn còn nhiều ý nghĩa thì: Kim loại là vật thể sáng, dẻo có thể rèn được, có tính dẫn nhiệt và dẫn điện cao. Tuy nhiên không phải mọi kim loại đều có được tính chất đó
Cùng với phi kim và á kim, kim loại cũng được phân biệt bởi mức độ ion hóa. Trong bảng tuần hoàn nguyên tố hóa học, kim loại chiếm khoảng 80% còn phi kim và á kim chiếm khoảng 20%.
Trong tự nhiên, phi kim chiếm số lượng nhiều hơn mặc dù trên bảng tuần hoàn, các vị trí của kim loại là đa số. Những kim loại phổ biến nhất có thể kể đến như sắt (Fe), Nhôm (Al), đồng (Cu), vàng (Au), bạc (Ag), Kẽm (Zn)…
Tính chất vật lý, hóa học của kim loại
Cũng như các loại vật liệu khác, kim loại cũng có đặc điểm về cơ, lý tính và hóa học đặc trưng.
Tính chất vật lý
Kim loại có tính cứng, màu sắc ánh kim, có thể dát mỏng và gia công thành nhiều hình thù đa dạng. Nhờ các ion, chúng dẫn điện tốt. Ngoài ra, kim loại còn có từ tính và dẫn nhiệt tốt, có điểm nóng chảy cao. Tính giãn nở nhiệt cũng là đặc trưng của kim loại, khi gặp nhiệt độ nóng chúng có xu hướng giãn ra; Ngược lại, khi gặp nhiệt độ thấp (lạnh), chúng sẽ co lại. Hay Hầu hết, ở nhiệt độ môi trường, kim loại ở thể rắn, trừ thủy ngân và copernixi (ở thể lỏng).
Về cơ tính, kim loại và các hợp kim của nó có tính dẻo, đàn hồi, và có độ bền kéo, độ bền nén nhất định. Tùy vào cấu tạo mà mỗi kim loại có mức độ cơ tính, lý tính cao hơn hay thấp hơn nhau.
Ngoài ra, kim loại là vật liệu có nhiều ưu điểm nhất trong gia công như đúc, rèn, cắt gọt, đột, dập, chấn, hàn mài… Đặc biệt, với công nghệ nhiệt luyện, độ cứng của kim loại và hợp kim có thể được thay đổi. Nhằm tạo ra nhiều loại vật liệu khác nhau.
Tính chất hóa học
Kim loại có thể tác dụng với phi kim, axit, nước, muối để tạo thành các hợp chất. Phản ứng hóa học của kim loại với các chất này có thể có hoặc không có chất xúc tác đi kèm.
- Tác dụng với axit
Khi kim loại phản ứng với axit sẽ tạo ra muối và khí Hidro. Trong trường hợp chất phản ứng là axit đặc, nóng, phản ứng tạo ra muối Nitrat và các khí (như N2, NO2, NO…). Hay muối Sunfat và các khí (SO2, H2S).
- Tác dụng với phi kim
Phi kim là những nguyên tố nằm bên phải bảng tuần hoàn hóa học. Có tính chất không dẫn điện (ngoại trừ Cacbon, graphit), dễ nhận electron (ngoại trừ Hidro). Một số phi kim: oxi, nitơ, photpho, lưu huỳnh, cacbon, hiđrô…
Khi kim loại tác dụng với phi kim sẽ tạo ra oxit (khi phản ứng với O2). Hoặc tạo ra muối khi phản ứng với các phi kim khác như Cl, S… (xem chi tiết tại đây)
- Tác dụng với nước
Ở nhiệt độ thường và nhiệt độ cao, khi kim loại tác dụng với nước có thể cho ra bazơ, kim loại kiềm hay oxit và hidro.
- Tác dụng với muối
Khi kim loại được kết hợp với một muối của kim loại yếu hơn nó, phản ứng sẽ tạo ra muối và kim loại mới.
Hợp kim là gì?
Định nghĩa
Hợp kim là một chất được tạo ra bởi sự tan chảy từ hai nguyên tố trở lên với nhau, sau khi làm mát chúng sẽ tạo thành một loại chất kết tinh có hình dạng hợp chất liên khối hoặc dung dịch rắn. Bạn không thể tách rời hợp kim bằng các cách thức vật lý thông thường. Chúng là đồng nhất và duy trì các tính chất của các kim loại thành phần, trong đó có thể cả kim loại và phi kim kết hợp với nhau.
Có thể nói hợp là một một loại dung dịch rắn với sự kết hợp của nhiều kim loại hoặc giữa kim loại và phi kim. Hơp kim sẽ có tính chất của kim loại như dẫn nhiệt, dẫn điện, bền, dễ biếng dạng, có ánh kim,…. Cụ thể hơn hợp kim là hỗn hợp của các yếu tố ít nhất một trong những yếu tố đang là kim loại. Hợp kim đa số đều ở thể rắn, thành phần của chúng có chứa hai nguyên tố thì mang tên là hợp kim nhị phân, những hợp kim có chứa ba nguyên tố sẽ được gọi là ternary hợp kim.
Tính chất
- Hợp kim là có tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao, rất dễ bị biến dạng và để kéo dãn
- Hợp kim màu là tập hợp các hợp kim từ các kim loại, trừ sắt như: vàng tây, hợp kim nhôm, đồng thau…
- Hợp kim sắt là loại hợp kim có thành phần chủ yếu từ sắt cộng với một số nguyên tố khác. Hợp kim sắt còn có tên gọi khác là hợp kim đen
- Hợp kim phức tạp là hợp kim có kim loại làm nguyên liệu chính và các nguyên tố kim loại khác
Cấu tạo của hợp kim
- Hợp kim có các dạng cấu tạo khác với kim loại, ở các dạng khác nhau thì hợp kim cho ra các pha khác nhau, cụ thể như sau:
- Dung dịch rắn
- Khi có nhiều nguyên tố sắp xếp chung một kiểu mang thì hợp kim ở dung dịch rắn được chia thành 2 mảng: dung dịch rắn xen kẽ và dung dịch rắn thay thế
- Cả 2 dạng dung dịch rắn xen kẽ và dung dịch rắn thay thế đa số có độ cứng yếu hơn, có độ bền thấp, thay vào đó thì nó có sự dẻo dai cao.
- Hợp kim luôn có cấu tạo của mạng tinh thể nguyên chất
- Hợp chất hóa học: là sự liên kết của một hay nhiều nguyên tố theo một tỷ lệ nhất định của nhiều pha. Nó có thể tồn tại ở các dang hợp chất khác nhau.
- Hợp chất hóa học có độ giòn, độ cứng và có nhiệt độ nhiệt phân hủy các chất cao, tất cả các mạng tinh thể phức tạp thì hoàn toàn không giống nhau
- Hỗn hợp cơ học: Là những hợp kim liên kết nhau bằng lực cơ học và các nguyên tố thì không hòa tan và không có sự liên kết để tạo thành hợp chất.
- Hỗn hợp cơ học luôn phụ thuộc vào cơ tính của các pha tạo ra nó
- Cũng giống như kim loại thì hợp kim cũng có cấu tạo từ mạng tinh thể
Các phương pháp thử kim loại và hợp kim phổ biến nhất hiện nay
Các phương pháp thử phá hủy
Thử kéo
a. Phương pháp đo
Để xác định được giá trị độ bền kéo của kim loại và hợp kim trước tiên phải chế tạo mẫu của vật liệu đó. Mẫu được chế tạo theo tiêu chuẩn của từng nước. Ở Việt Nam mẫu thử có tiết diện hình tròn hoặc hình chữ nhật. Sau đó mẫu được kẹp trên máy kéo nén vạn năng được truyền động bằng cơ khí hoặc thủy khí.
Khi tiến hành kéo mẫu trên máy, máy sẽ vẽ biểu đồ quan hệ giữa lực kéo và biến dạng của mẫu. Tùy theo tính chất của vật liệu là vật liệu dẻo (thép, đồng, nhôm…) hay vật liệu dòn (gang) mà ta có các dạng biểu đồ tương ứng.
Trên biểu đồ quan hệ lực kéo và biến dạng của mẫu làm bằng vật liệu dẻo ta thấy có các giai đoạn như sau:
OA: Giai đoạn đàn hồi, quan hệ giữa lực và biến dạng là quan hệ bậc nhất lực kéo lớn nhất gọi là lực tỉ lệ Ptl.
Giới hạn tỉ lệ :
Trong đó F0 là diện tích ban đầu của mặt cắt ngang.
AC: giai đoạn chảy, lực không tăng nhưng biến dạng tăng, giá trị lực là lực chảy .
Giới hạn chảy :
CBD: giai đoạn củng cố (tái bền). Giới hạn bền được tính:
Riêng đối với vật liệu dòn ta thấy mẫu bị đứt khi biến dạng còn bé, vật liệu chỉ có giới hạn bền.
b. Ý nghĩa
Nhờ các chỉ tiêu phản ánh độ bền của kim loại và hợp kim mà ta đánh giá được khả năng sử dụng của kim loại và hợp kim đó:
– Khả năng chịu tải trọng tĩnh: nếu các chi tiết máy có cùng hình dáng, kích thước, nhưng làm bằng các vật liệu khác nhau thì:
+ Vật liệu nào có lớn hơn sẽ có khả năng chịu được tải trọng lớn hơn mà vẫn đảm bảo được tính đàn hồi.
+ Vật liệu nào có lớn hơn sẽ chịu được tải trọng lớn hơn mà vẫn không bị biến dạng.
+ Vật liệu nào có lớn hơn sẽ có khả năng chịu được tải trọng lớn hơn mà vẫn chưa bị phá hủy.
– Tuổi thọ sử dụng: nếu các chi tiết máy làm việc cùng chịu tải trọng như nhau nhưng được làm từ các loại vật liệu khác nhau thì vật liệu nào có độ bền cao hơn sẽ có tuổi thọ lâu hơn.
– Làm nhỏ gọn kết cấu: nếu các chi tiết máy có cùng kết cấu và được chế tạo từ những vật liệu khác nhau thì chi tiết máy nào làm bằng vật liệu nào có độ bền cao hơn sẽ có kích thước nhỏ gọn hơn.
Thử độ cứng
Mỗi loại vật liệu khác nhau sẽ có độ cứng khác nhau. Để đánh giá độ cứng người ta sử dụng các phương pháp đo độ cứng khác nhau như:
- Phương pháp đo độ cứng Brinen (Brinell)
- Phương pháp đo độ cứng Rocvel (Rockwell)
- Phương pháp đo độ cứng Vicke (Vickers)
a. Phương pháp thử
Phương pháp đo độ cứng Brinen
Người ta dùng tải trọng của máy ép thử để ấn viên bi thép lên bề mặt mẫu. Trị số độ cứng được tính theo công thức sau:
Trong đó:
- P: tải trọng của máy thử (kg).
- F: diện tích mặt chỏm cầu vết lõm (mm2).
Nếu gọi đường kính viên bi là D, đường kính vết lõm là d, chiều sâu vết lõm là h thì ta có công thức tính độ cứng như sau:
Phương pháp đo độ cứng Rocvel
Phương pháp này cũng dùng lực để ép đầu thử lên bề mặt mẫu, đầu thử có thể là viên bi thép hoặc mũi côn kim cương có góc ở đỉnh là 1200
Đồng hồ trên máy thử có 3 thang đo A, B, C tương ứng với các lực thử P1 = 60 kg, P2 = 100 kg, P3 = 150 kg. Mỗi thang đo có ký hiệu hoặc đơn vị lần lượt như sau:
- Thang A: lực thử P1, mũi thử kim cương. Ký hiệu (đơn vị): HRA.
- Thang B: lực thử P2, mũi thử là viên bi thép. Ký hiệu (đơn vị): HRB.
- Thang C: lực thử P3, mũi thử kim cương. Ký hiệu (đơn vị): HRC.
Thang đo B dùng để đo các vật liệu mềm, kích thước nhỏ và trung bình và thường là các thành phẩm (kim loại màu hoặc thép đã ủ hoặc thường hóa).
Thang đo A dùng để đo các vật liệu cứng và mỏng (hợp kim cứng, thép đã tôi)
Thang đo C dùng để đo các vật liệu cứng và dày (thường là các sản phẩm bằng thép đã tôi như khuôn dập)
Phương pháp đo độ cứng Vicke
Dùng mũi đo kim cương hình chóp đáy là hình vuông, góc giữa hai mặt đối xứng là 1360
Độ cứng Vike được ký hiệu bằng HV (kg/mm2):
Trong đó:
- P là tải trọng (kg), d là độ dài đường chéo của vết lõm (mm2).
Phương pháp đo độ cứng Vicke được dùng để đo cho cả vật liệu cứng và vật liệu mềm.
b. Ý nghĩa
– Thông qua độ cứng của vật liệu có thể đặc trưng cho tính chất làm việc của các chi tiết máy:
- Khả năng chống mài mòn: bề mặt chi tiết máy có độ cứng càng cao thì khả năng chống mài mòn càng tốt.
- Khả năng cắt gọt của dao hoặc khuôn dập nguội: độ cứng của dao càng cao thì khả năng cắt gọt càng tốt, năng suất làm việc sẽ lớn.
– Thông qua độ cứng có thể đặc trưng cho tính công nghệ của vật liệu ở dạng phôi:
- Mỗi loại vật liệu khác nhau sẽ có khoảng gia công cắt thích hợp theo một hệ số độ cứng nhất định, ví dụ như thép có trị số độ cứng thích hợp nhất là từ 150 – 200HB.
- Khả năng mài bóng: độ cứng càng cao thì khả năng mài bóng càng tốt.
c. Quan hệ giữa các loại độ cứng
Giữa các loại độ cứng trên không có mối quan hệ toán học, muốn biết được mối quan hệ giữa các loại độ cứng ta phải tra bảng. Nhưng trong thực tế có thể quan niệm độ cứng cao hay thấp (đối với thép) theo các chỉ tiêu sau:
– Loại độ cứng dễ cắt gọt hoặc dập nguội: trị số nhỏ hơn 220HB, 20HRC, 100HRB.
– Loại độ cứng trung bình: trị số khoảng 250 – 450 HB, 25 – 45 HRC.
– Loại độ cứng cao: khoảng 50 – 64 HRC.
– Loại độ cứng rất cao: trị số lớn hơn 64 HRB hoặc 84 HRA.
Thử va đập
Để thử độ dai va đập người ta thực hiện trên máy thử va đập bằng lực đập của búa với độ cao h để phá hủy mẫu kim loại.
Có hai loại mẫu được sử dụng để xác định độ dai va đập:
Mẫu charpy có kích thước 10x10x55mm, khi thử phải ngàm hai đầu trên máy.
Mẫu Izod có kích thước 10x10x75 mm, xẻ rãnh chữ V sâu 2 mm cách một đầu 28mm và ngàm tại đầu này trên máy.
Quả búa con lắc của máy đập vào mặt đối diện chỗ xẻ rãnh, đồng hồ của máy chỉ giá trị công phá hủy mẫu.
Độ dai va đập ak được xác định bởi công thức:
Trong đó: A là công để phá hỏng mẫu (Nm), F là diện tích mặt cắt ngang của mẫu tại chỗ xẻ rãnh (m2).
Các phương pháp thử không phá hủy
Đặc điểm chính của ngành sản xuất và chế biến kim loại và hợp kim là vốn đầu tư lớn, nguyên liệu thô đắt tiền, giá trị gia tăng sau chế biến thấp. Do đó, kiểm tra không phá hủy có vai trò quan trọng trong việc cắt giảm chi phí và đảm bảo chất lượng. Các xu hướng hướng tới việc kiểm tra sớm trong quá trình sản xuất và kiểm tra tự động giúp sản xuất nhanh hơn và chi phí thấp hơn.
Mười kỹ thuật NDT được sử dụng phổ biến trong kiểm tra vật liệu kim loại và hợp kim bao gồm:
- Kiểm tra trực quan (VT, RVI)
- Kiểm tra Siêu âm (UT, PAUT, TOFD, TFM, FMC)
- Kiểm tra Chụp ảnh phóng xạ (RT, CR, DR)
- Kiểm tra dòng điện xoáy (ET, ECA)
- Kiểm tra Hạt từ tính (MT)
- Kiểm tra Phát xạ âm (AE)
- Kiểm tra Thẩm thấu chất lỏng (PT)
- Kiểm tra rò rỉ (LT)
- Phân tích độ rung (VA)
- Phương pháp kiểm tra laser (LM)
Các phương pháp nhận diện nhanh hợp kim
Xác định vật liệu tích cực, nhận diện nhanh hợp kim hay PMI là việc nhận dạng và phân tích hóa học các hợp kim khác nhau thông qua các phương pháp không phá hủy. PMI có thể được tiến hành ngay tại chỗ hoặc trong phòng thí nghiệm.
Với các kỹ thuật Nhận dạng vật liệu tích cực (PMI), thành phần hợp kim và danh tính của vật liệu có thể được xác định một cách nhanh chóng. Nếu chứng chỉ vật liệu bị mất hoặc bạn cần chắc chắn về loại vật liệu được sử dụng, PMI là một phương pháp NDT khá phù hợp. Nhận dạng vật liệu tích cực đặc biệt được sử dụng cho các kim loại và hợp kim chất lượng cao như thép không gỉ và kim loại hợp kim cao.
Ba kỹ thuật PMI phổ biến bao gồm:
- Quang phổ huỳnh quang tia X (XRF)
- Quang phổ phát xạ Laser (LIBS)
- Quang phổ phát xạ quang học (OES)
Trên đây là Các phương pháp thử kim loại và hợp kim phổ biến nhất hiện nay mà Phế Liệu Huy Lộc Phát cung cấp cho bạn tham khảo. Ngoài ra, Huy Lộc Phát còn chuyên thu mua phế liệu hợp Kim giá cao tận nơi trên toàn quốc.
Thông tin liên hệ:
CÔNG TY TNHH THU MUA PHẾ LIỆU GIÁ CAO HUY LỘC PHÁT
- Trụ sở chính: 225 Lê Trọng Tấn, P. Bình Hưng Hoà, Quận Bình Tân, TPHCM.
- Chi nhánh: 315 Phường Chánh Nghĩa, Thủ Dầu Một, Bình Dương
- Hotline: 0901 304 700 – 0972 700 828
- Gmail: phelieulocphat@gmail.com
- Website: https://phelieugiacaouytin.com/
- Social Media: Facebook
