Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8185:2009 hoàn toàn tương đương với tiêu chuẩn quốc tế ISO 1099:2006, quy định về phương pháp thử mỏi đối với vật liệu kim loại bằng cách đặt lực dọc trục điều khiển được. Đây là văn bản kỹ thuật cốt lõi hướng dẫn các phòng thử nghiệm, nhà sản xuất và cơ quan kiểm định chất lượng xác định độ bền mỏi của vật liệu kim loại dưới tác động của tải trọng chu kỳ dọc trục ở nhiệt độ phòng.

Phạm vi áp dụng và nguyên lý thử nghiệm

Tiêu chuẩn này xác định các điều kiện kỹ thuật để tiến hành thử mỏi với biên độ lực không đổi trên các mẫu thử vật liệu kim loại. Các nguyên lý cơ bản bao gồm:

• Đối tượng áp dụng: Các mẫu thử vật liệu kim loại không có sự tập trung ứng suất cố ý (mẫu thử trơn).
• Nguyên lý thực hiện: Đặt tải trọng dọc trục tuần hoàn (lực kéo, lực nén hoặc cả hai) lên mẫu thử dọc theo trục đối xứng của mẫu.
• Điều kiện môi trường: Thử nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ phòng (nhiệt độ khí quyển bình thường), trừ khi có quy định đặc biệt khác, và nhiệt độ phải được duy trì ổn định trong suốt quá trình thử để tránh sai số do giãn nở nhiệt.

Các thuật ngữ và định nghĩa kỹ thuật quan trọng

Để đảm bảo tính thống nhất trong việc áp dụng và đọc hiểu kết quả, tiêu chuẩn đưa ra các định nghĩa chuẩn hóa sau:

• Lực cực đại (Fmax): Giá trị đại số lớn nhất của lực trong một chu kỳ tải trọng.
• Lực cực tiểu (Fmin): Giá trị đại số nhỏ nhất của lực trong một chu kỳ tải trọng.
• Lực trung bình (Fm): Giá trị trung bình đại số của lực cực đại và lực cực tiểu trong một chu kỳ.
• Biên độ lực (Fa): Một nửa hiệu số đại số giữa lực cực đại và lực cực tiểu.
• Hệ số bất đối xứng của chu kỳ ứng suất (R): Tỷ số giữa lực cực tiểu và lực cực đại (R = Fmin/Fmax). Hệ số này quyết định đặc tính của chu kỳ thử nghiệm (ví dụ: chu kỳ đối xứng hoàn toàn khi R = -1).
• Tuổi thọ mỏi (N): Số chu kỳ lực tác động lên mẫu thử cho đến khi xuất hiện vết nứt mỏi rõ rệt hoặc mẫu thử bị phá hủy hoàn toàn.

Yêu cầu đối với thiết bị thử nghiệm

Thiết bị và hệ thống gá đặt đóng vai trò quyết định đến độ chính xác của phép thử mỏi dọc trục:

• Máy thử mỏi: Phải có khả năng áp đặt lực dọc trục chính xác, kiểm soát tốt biên độ lực và tần số thử nghiệm. Máy phải được hiệu chuẩn định kỳ theo các tiêu chuẩn đo lường hiện hành.
• Độ đồng trục của hệ thống kẹp: Yêu cầu cực kỳ nghiêm ngặt về độ đồng trục giữa các đầu kẹp của máy thử nhằm hạn chế tối đa mômen uốn ngoài ý muốn tác động lên mẫu thử. Sự lệch tâm có thể làm xuất hiện ứng suất uốn phụ, dẫn đến kết quả thử nghiệm bị sai lệch nghiêm trọng.
• Hệ thống đo lường và giám sát: Phải có bộ cảm biến lực và bộ đếm chu kỳ hoạt động liên tục, có khả năng tự động dừng máy ngay khi mẫu thử bị phá hủy hoặc khi lực vượt quá giới hạn an toàn thiết lập trước.

Yêu cầu về hình dáng và chuẩn bị mẫu thử

Chất lượng chế tạo mẫu thử ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy của kết quả thử mỏi:

• Hình dáng hình học: Mẫu thử thường có phần thân hình trụ tròn hoặc hình chữ nhật phẳng. Phần chuyển tiếp giữa vùng kẹp và vùng làm việc (phần song song) phải có bán kính lượn góc đủ lớn để tránh hiện tượng tập trung ứng suất tại các điểm chuyển tiếp.
• Gia công bề mặt: Bề mặt của phần làm việc trên mẫu thử phải được gia công siêu tinh, mài hoặc đánh bóng cơ học dọc theo chiều dài mẫu để loại bỏ hoàn toàn các vết xước, vết dụng cụ cắt. Các khuyết tật bề mặt này có thể đóng vai trò là điểm khơi mào vết nứt mỏi sớm.
• Đo kích thước: Kích thước mặt cắt ngang của vùng làm việc phải được đo đạc chính xác bằng thiết bị đo chuyên dụng trước khi tiến hành thử nghiệm để tính toán chính xác ứng suất tác động.

Quy trình tiến hành thử nghiệm

Quá trình thử nghiệm mỏi dọc trục phải tuân thủ nghiêm ngặt các bước sau:

• Lắp đặt mẫu thử: Tiến hành gá kẹp mẫu thử vào máy một cách cẩn thận, đảm bảo không gây ra lực uốn hoặc lực xoắn ban đầu lên mẫu trong quá trình siết chặt đầu kẹp.
• Thiết lập thông số thử: Cài đặt các thông số lực cực đại, lực cực tiểu, tần số thử nghiệm và dạng sóng tải trọng (thông thường là sóng hình sin).
• Vận hành và giám sát: Khởi động máy thử, theo dõi sự ổn định của tải trọng trong những chu kỳ đầu tiên. Giám sát liên tục nhiệt độ của mẫu thử (tránh hiện tượng tự phát nhiệt do tần số thử nghiệm quá cao).
• Kết thúc thử nghiệm: Ghi nhận số chu kỳ phá hủy (N). Trong trường hợp mẫu thử không bị phá hủy sau khi đạt đến số chu kỳ giới hạn quy định trước (thường là 10 triệu chu kỳ đối với thép), thử nghiệm có thể dừng lại và mẫu được ghi nhận là "không phá hủy".

Nội dung báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 8185:2009 phải được lập chi tiết và bao gồm các thông tin bắt buộc sau:

• Viện dẫn tiêu chuẩn áp dụng (TCVN 8185:2009 / ISO 1099:2006).
• Thông tin đầy đủ về vật liệu thử nghiệm (mác vật liệu, số mẻ nấu, chế độ xử lý nhiệt, hướng lấy mẫu).
• Hình dáng, kích thước chi tiết và phương pháp chuẩn bị bề mặt của mẫu thử.
• Đặc tính của thiết bị thử nghiệm (loại máy, tần số thử nghiệm, độ không đồng trục nếu có).
• Các thông số tải trọng áp dụng (lực cực đại, lực cực tiểu, biên độ ứng suất, hệ số ứng suất R).
• Kết quả thử nghiệm của từng mẫu thử (số chu kỳ phá hủy, vị trí và đặc điểm của mặt gãy mỏi).
• Các điều kiện môi trường trong quá trình thử nghiệm (nhiệt độ, độ ẩm).