Chất lượng và số lượng của vật liệu. Trong nền kinh tế toàn cầu ngày nay, việc có thể đáp ứng cả hai thông số sản xuất này đang chứng tỏ là một tiêu chuẩn mới. Tốc độ mở rộng nhanh chóng của nhu cầu sản xuất đang cản trở khả năng của công ty trong việc tăng năng suất, tối đa hóa hiệu quả hoạt động và cuối cùng là cung cấp các sản phẩm chất lượng cao.
Các doanh nghiệp đang phải đối mặt với những thách thức mới xuất phát từ sự thay đổi toàn cầu trong chuỗi cung ứng tổng thể—từ nguyên liệu thô đến phân phối sản phẩm cuối cùng—cũng như năng suất hoạt động và những tác động của việc thay đổi lực lượng lao động. Duy trì tính cạnh tranh trên tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường sản xuất này là điều mà các kỹ sư nhà máy, chuyên gia phát triển sản phẩm cũng như các CEO đều quan tâm. (Hình 1)
Các nhà sản xuất cần các quy trình tinh gọn và các phương pháp đáng tin cậy để đánh giá sản phẩm ở giai đoạn đầu phát triển sản phẩm cho đến thành phẩm cuối cùng để có thể nắm được mọi thay đổi cần thiết trong quá trình sản xuất hoặc lỗi trong sản phẩm cuối cùng.
Ảnh hưởng của sản xuất vật liệu
Không những môi trường sản xuất đã thay đổi mà các nguyên liệu được sử dụng để sản xuất một số sản phẩm và trên các thị trường khác nhau cũng đã thay đổi. Sự sẵn có của một số vật liệu nhất định không còn được đảm bảo và cơ cấu giá cả liên tục biến động dựa trên nhu cầu thị trường toàn cầu. Ngay cả khi đó, chất lượng của nguyên liệu thô hiện có có thể thay đổi, tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu đó ở đâu và như thế nào.
Điều này cũng dẫn đến các phương pháp tìm nguồn cung ứng nguyên liệu thô sáng tạo, chẳng hạn như phát triển các vật liệu cải tiến và vật liệu lai cho một số ngành công nghiệp trong phạm vi sản xuất. Một số ví dụ bao gồm vật liệu tổng hợp tiên tiến mới được thiết kế, bê tông chứa đầy sợi và sản xuất bồi đắp siêu hợp kim. (Hình 2)
Các tính chất vật lý của nguyên liệu thô đang được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo rằng vật liệu hoặc công thức vật liệu chính xác được chọn cho ứng dụng phù hợp và vật liệu đó vốn đã phù hợp với quy trình hiện tại. Việc đưa các vật liệu mới hoặc có nguồn gốc mới vào môi trường sản xuất dựa vào các phương pháp kiểm tra vật liệu đã được chứng minh nhằm xác nhận và đánh giá tính toàn vẹn của vật liệu đang được sử dụng.
Thử nghiệm vật liệu ở nhiệt độ cao
Đánh giá hiệu suất của vật liệu trong điều kiện nhiệt độ cao là rất quan trọng đối với nhiều ngành công nghiệp, bao gồm hàng không vũ trụ, năng lượng và ô tô. Được sử dụng để nghiên cứu các đặc tính của vật liệu khi chịu nhiệt độ cao, kiểm tra vật liệu ở nhiệt độ cao cung cấp phương tiện để xác định hiệu suất của vật liệu ở nhiệt độ sử dụng mục tiêu và nhiệt độ tối đa mà sản phẩm hoặc nguyên liệu thô có thể chịu được mà không bị suy giảm, biến dạng hoặc mất tính toàn vẹn cấu trúc của nó.
Nó cũng giúp xác định hành vi của vật liệu trong các điều kiện nhiệt độ và ứng suất khác nhau, chẳng hạn như sự giãn nở nhiệt và độ dẫn nhiệt, đồng thời mô tả các đặc tính cơ học như độ bền, độ dẻo và giới hạn bền
Kiểm tra vật liệu mới
Sản xuất bồi đắp cho hợp kim hiệu suất cao là một lĩnh vực mà việc kiểm tra cơ học nâng cao đặc biệt quan trọng trong các sáng kiến nghiên cứu gần đây. Siêu hợp kim là các hợp kim kim loại có độ bền cao, phức tạp, có khả năng chịu được nhiệt độ cao và ứng suất cơ học nghiêm trọng và có độ ổn định bề mặt cao. Thường được phân loại thành ba loại chính—dựa trên niken, dựa trên coban và dựa trên sắt—chúng được sử dụng trong các môi trường khắc nghiệt, chẳng hạn như trong ngành hàng không vũ trụ và sản xuất điện.
Sản xuất siêu hợp kim vẫn phụ thuộc nhiều vào quá trình đúc, trong đó mẫu sáp được sử dụng để tạo hình khuôn gốm dùng một lần. Phương pháp tốn kém, tốn thời gian này thường được sử dụng khi một bộ phận khó hoặc không thể tạo ra bằng các phương pháp đúc khác.
Sản xuất bồi đắp, còn được gọi là in 3D, là phương thức để sản xuất các hình dạng phức tạp và giảm lãng phí vật liệu trong sản xuất các thành phần siêu hợp kim. Tuy nhiên, đây vẫn là một quy trình tương đối mới, có những phức tạp riêng và ngành công nghiệp cần hiểu rõ hơn về đặc tính cơ học của các siêu hợp kim được sản xuất bồi đắp trong những điều kiện khắc nghiệt.
Kiểm tra cơ học ở nhiệt độ cao cho phép nghiên cứu hoạt động của các siêu hợp kim được sản xuất bồi đắp cũng như mô phỏng môi trường nhiệt độ cao, ứng suất cao mà các vật liệu này thường tiếp xúc trong các ứng dụng trong thực tế.
Các nhà nghiên cứu có thể hiểu rõ hơn về cấu trúc vi mô và sự biến dạng của vật liệu trong các điều kiện khác nhau, giúp xác định các điểm yếu tiềm ẩn hoặc các dạng hư hỏng trong vật liệu và cung cấp thông tin cho sự phát triển của các quy trình sản xuất hoặc thiết kế vật liệu cải tiến.
Ví dụ, kiểm tra cơ học ở nhiệt độ cao có thể được sử dụng để nghiên cứu tác động của các phương pháp xử lý nhiệt khác nhau lên tính chất cơ học của các siêu hợp kim được sản xuất bồi đắp hoặc để đánh giá hiệu suất của các thành phần hợp kim khác nhau.
Công nghệ điều khiển và thiết bị tiên tiến như lò nung nhiệt độ cao, khung kiểm tra chuyên dụng và cấu hình phần mềm hiện có khả năng áp dụng tải trọng, biến dạng và nhiệt độ chính xác cho các mẫu được kiểm tra. Điều này mang lại độ chính xác và độ lặp lại được cải thiện và tương đương với dữ liệu đáng tin cậy hơn. Sau đó, các nhà nghiên cứu có thể đưa ra những dự đoán chi tiết hơn về vật liệu trong những điều kiện khắc nghiệt. (Hình 3)
Các phương pháp kiểm tra nhiệt độ cao hiện đại không chỉ giúp tăng độ an toàn và độ tin cậy của nhiều hệ thống quan trọng, từ động cơ máy bay đến nhà máy điện hạt nhân, mà ngành thử nghiệm vật liệu còn được tiếp cận với một mức độ hiểu biết hoàn toàn mới khi nói đến hành vi của vật liệu.
Và bởi vì các kỹ sư được trang bị kiến thức về hiệu suất của vật liệu trong các điều kiện khắc nghiệt cũng như điểm mạnh và điểm yếu, họ có thể thiết kế các hệ thống có khả năng chịu đựng các điều kiện này tốt hơn mà không hỏng hóc hoặc gây hại cho con người hoặc môi trường.
Việc đánh giá chính xác cách thức hoạt động của một số vật liệu nhất định dưới nhiệt độ cao và dưới lực tải bình thường và cực lớn đã cho phép hiểu rõ hơn về vật lý cơ bản của hành vi vật liệu. kiểm tra cơ học nâng cao đóng một vai trò quan trọng không chỉ trong việc nâng cao hiểu biết mà còn hỗ trợ đáng kể cho việc phát triển các vật liệu mới với các đặc tính được cải thiện. (Xem Buồng nhiệt độ cao)
Phân tích dữ liệu
Khi kiểm tra cơ học nâng cao tiếp tục phát triển và cải tiến cùng với những phát triển mới trong khoa học và công nghệ vật liệu, một trong những tiến bộ đáng chú ý nhất trong lĩnh vực này là Máy học (ML), một nhánh của trí tuệ nhân tạo (AI). Các thuật toán được tạo ra trong ML phân tích lượng lớn dữ liệu từ các thí nghiệm kiểm tra cơ học nâng cao và xác định các mẫu hoặc mối quan hệ mà người quan sát con người có thể không thấy rõ ngay lập tức.
Các loại kiểm tra
| Kiểm tra | Mô tả |
| Kiểm tra nén | Đo cường độ và biến dạng của vật liệu dưới tác dụng của tải nén ở nhiệt độ cao. |
| Chống ăn mòn | Thông thường trong kiểm tra kim loại, xác định sự xuống cấp của vật liệu khi tiếp xúc với môi trường oxy hóa ở nhiệt độ cao. |
| Kiểm tra độ rão | Được sử dụng để đánh giá sự biến dạng phụ thuộc vào thời gian của vật liệu dưới tải trọng và nhiệt độ không đổi. |
| Kiểm tra giới hạn bền – rão | Kết hợp thử nghiệm độ rão và độ bền để đánh giá hoạt động và độ bền của vật liệu dưới tải trọng theo chu kỳ và nhiệt độ cao. |
| Kiểm tra độ bền | Thường được sử dụng để tính toán độ bền, đo khả năng chịu tải theo chu kỳ ở nhiệt độ cao của vật liệu. |
| Độ bền đứt | Bằng cách đánh giá độ đứt của vật liệu theo thời gian dưới tải trọng và nhiệt độ không đổi, thử nghiệm này thường được sử dụng để xác định thời gian dẫn đến hư hỏng của vật liệu trong điều kiện nhiệt độ cao. |
| Kiểm tra độ bền kéo | Đưa ra ước tính hữu ích về khả năng của kim loại chịu được tác dụng của lực kéo và đánh giá các đặc tính của vật liệu, chẳng hạn như độ bền và độ rão. |
| Chu kỳ nhiệt | Kiểm tra trạng thái giới hạn bền của vật liệu khi chịu tải nhiệt theo chu kỳ để đánh giá hiệu suất vật liệu nhằm mô phỏng ứng suất nhiệt trong các ứng dụng trong thực tế. Còn được gọi là thử nghiệm giới hạn bền cơ nhiệt. |
| Kiểm tra giãn nở nhiệt | Phương pháp dùng để xác định hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu khi chúng thay đổi hình dạng, diện tích, thể tích và mật độ khi chịu nhiệt độ cao. |
Phương pháp phân tích dữ liệu tiên tiến này khám phá những hiểu biết mới về hoạt động của vật liệu và đẩy nhanh sự phát triển của vật liệu mới với các đặc tính được cải thiện, chẳng hạn như cho phép dự đoán chính xác hơn về hoạt động của vật liệu và nâng cao hiểu biết về các cơ chế cơ bản chi phối sự biến dạng và hư hỏng của vật liệu.
Các cảm biến ngày càng được tích hợp trong tất cả các khía cạnh của thử nghiệm và sản xuất, đồng thời các cảm biến được tìm thấy trên hệ thống kiểm tra nhiệt độ cao sẽ thu thập dữ liệu, chẳng hạn như nhiệt độ, biến dạng và tải trọng, sau đó được sử dụng để đưa vào các thuật toán ML và phân tích dữ liệu để xác định các xu hướng hoặc mối tương quan quan trọng. Điều này giúp cải thiện sự hiểu biết về hành vi của vật chất trong các điều kiện khác nhau. Ngoài dữ liệu cảm biến, kiểm tra cơ học nâng cao thường tạo ra lượng lớn dữ liệu trực quan, chẳng hạn như hình ảnh về cấu trúc vi mô hoặc biến dạng của vật liệu. Thuật toán ML cũng phân tích những hình ảnh này để xác định các tính năng hoặc thay đổi quan trọng trong vật liệu, giúp khám phá những hiểu biết bổ sung về trạng thái của vật liệu. (Hinh 4)
Bằng cách phát hiện các điểm bất thường hoặc ngoại lệ trong dữ liệu thử nghiệm, thuật toán ML xác định các vấn đề tiềm ẩn trong quá trình thử nghiệm hoặc với vật liệu đang được kiểm tra. Tất cả những thông tin cho phép dự đoán các sự kiện trong tương lai có thể dự đoán trạng thái của vật liệu trong các điều kiện khác nhau, chẳng hạn như nhiệt độ cao và ứng suất cao. Điều này có thể giúp xác định các vật liệu mới có đặc tính mong muốn và tối ưu hóa thiết kế vật liệu cho các ứng dụng cụ thể.
Tiêu chuẩn giúp tăng độ tin cậy
Chuỗi cung ứng ngày nay mang tính toàn cầu, có nghĩa là chất lượng sản phẩm và nguyên liệu cần có sự nhất quán. Việc sử dụng các tiêu chuẩn đã được chứng minh trong môi trường kiểm tra vật liệu giúp cải thiện độ an toàn, chất lượng và độ lặp lại của sản phẩm, tất cả đều giúp tăng độ tin cậy cho người dùng cuối. Tiêu chuẩn ngành là nền tảng của kiểm tra vật liệu. Kiểm tra nâng cao ở nhiệt độ cao giúp xác định tráng thái của vật liệu, đánh giá các đặc tính cơ và nhiệt của vật liệu, đồng thời nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc vi mô của vật liệu. Những khía cạnh này rất quan trọng để đánh giá vật liệu cho môi trường khắc nghiệt và nhấn mạnh tầm quan trọng của việc sử dụng các tiêu chí đánh giá chung để đảm bảo hiệu suất trong các tình huống ứng dụng khác nhau.
Đặc biệt là khi sử dụng các vật liệu mới được phát triển hoặc thiết kế lại, việc hiểu biết cơ bản về các đặc tính và đặc tính của vật liệu sẽ giảm thiểu sai sót, tăng năng suất sản phẩm và cho phép cải tiến quy trình sản xuất giúp cải thiện chất lượng vật liệu tổng thể. Biết những tiêu chuẩn nào được áp dụng cho môi trường bạn đang kiểm tra.
Buồng nhiệt độ cao
Buồng và lò nhiệt độ cao mới thực hiện các thử nghiệm độ bền kéo trong phạm vi nhiệt độ môi trường xung quanh đến 1200°C/2200°F.
Vỏ ngoài bằng thép không gỉ, cứng, chất lượng cao với lớp hoàn thiện được đánh bóng giúp ngăn lớp cách nhiệt bị nứt trong quá trình sử dụng cũng như cho phép các máy đo độ giãn nhiệt độ cao được gắn trực tiếp trên lò. Được đỡ trên một trụ khung nằm phía sau các cột của máy thí nghiệm, lò có thể được đẩy sang một bên và ra khỏi khu vực vận hành khi không sử dụng.
Buồng nhiệt độ Tinius Olsen bao gồm một số tính năng để đảm bảo dễ sử dụng và kiểm tra chất lượng. Tuần hoàn không khí cưỡng bức đảm bảo gia nhiệt đồng đều và bên trong bằng thép không gỉ giúp loại bỏ nguy cơ oxy hóa ở nhiệt độ cao.
Hệ thống chiếu sáng bên trong tùy chọn chiếu sáng khu vực kiểm tra để quan sát tại chỗ hoặc qua web cam và các thành buồng trên và dưới có thể tháo rời nghĩa là thiết bị có thể dễ dàng di chuyển vào và ra khỏi khu vực thử nghiệm khung/máy thử nghiệm.
Đánh giá trong kiểm tra vật liệu
Kiểm tra nâng cao nhiệt độ cao là điều cần thiết để đánh giá hoạt động của vật liệu trong các ứng dụng nhiệt độ cao. Nó giúp xác nhận hiệu suất của vật liệu cả ở nhiệt độ mục tiêu và mục đích sử dụng cũng như nhiệt độ tối đa mà vật liệu có thể chịu được mà không bị suy giảm hoặc mất đi tính toàn vẹn cấu trúc của nó.
Có một số phương pháp sẵn có để kiểm tra ở nhiệt độ cao, bao gồm kiểm tra từ biến, đứt gãy do ứng suất, giãn nở nhiệt, kiểm tra chu kỳ nhiệt và độ bền kéo. Những thử nghiệm này rất cần thiết để thiết kế và phát triển vật liệu cho các ứng dụng nhiệt độ cao cũng như đảm bảo sự an toàn và độ tin cậy của các quy trình công nghiệp.
Nguồn: https://drive.google.com/file/d/18WgSyKBDM9EQtpcG5cZFyUvETmynG7zO/view?usp=sharing
Công ty Minh Khang là nhà nhập khẩu và phân phối trực tiếp các thiết bị kiểm tra vật liệu hãng Tinius Olsen.
EN