chương 3 biến dạng dẻo và cơ tính của vật liệu

CHƯƠNG 3
BIẾN DẠNG DẺO VÀ
CƠ TÍNH
CỦA VẬT LIỆU

1. BIẾN DẠNG DẺO
1.1. Thí nghiệm kéo kim loại
•
Mẫu thử được
Mẫu thử được
kéo một chiều ,
kéo một chiều ,
đúng tâm với tải
đúng tâm với tải
trọng tăng dần
trọng tăng dần
cho tới khi bị đứt
cho tới khi bị đứt

1.1. Thí nghiệm kéo kim loại
•
Từ biểu đồ kéo
Từ biểu đồ kéo
KL (P-
KL (P-
∆
∆
l):
l):

Có 3 giai đoạn:
Có 3 giai đoạn:
1.
1.
Biến dạng đàn hồi
Biến dạng đàn hồi
2.
2.
Biến dạng dẻo
Biến dạng dẻo
3.
3.
Phá hủy
Phá hủy

1.1.1. Biến dạng đàn hồi
•
Ứng với đoạn
Ứng với đoạn
thẳng OP
thẳng OP
•
P
P
p
p
: tải trọng ứng

: tải trọng ứng
với giới hạn đàn
với giới hạn đàn
hồi
hồi
•
Là biến dạng bị
Là biến dạng bị
mất sau khi bỏ tải
mất sau khi bỏ tải
trọng
trọng

1.1.2. Biến dạng dẻo
•
Là biến dạng còn lại
Là biến dạng còn lại
sau khi bỏ tải trọng
sau khi bỏ tải trọng
tác động
tác động
•
Xảy ra khi: P>P
Xảy ra khi: P>P
P
P
•
Đặt tải P
Đặt tải P
a

a
: mẫu bị kéo dài
: mẫu bị kéo dài
OA”: biến dạng Oa’’
OA”: biến dạng Oa’’
•
Bỏ tải: mẫu trở lại theo
Bỏ tải: mẫu trở lại theo
OA’
OA’
//
//
OP:
OP:


- Biến dạng dư: Oa’
- Biến dạng dư: Oa’


- Biến dạng đàn hồi: a’a’’
- Biến dạng đàn hồi: a’a’’

1.1.3. Phá hủy
•
Khi tải trọng
Khi tải trọng
đạt đến giá trị
đạt đến giá trị
cực đại (điểm

cực đại (điểm
b), trong vật
b), trong vật
liệu xuất hiện
liệu xuất hiện
vết nứt và cuối
vết nứt và cuối
cùng mẫu bị
cùng mẫu bị
phá hủy
phá hủy

1.2. Biến dạng dẻo đơn tinh thể

•
Có 2 hình thức biến dạng dẻo:
Có 2 hình thức biến dạng dẻo:


- Trượt: hình thức chủ yếu
- Trượt: hình thức chủ yếu


- Song tinh
- Song tinh
•
Trượt:
Trượt:
sự chuyển dời tương đối với nhau giữa
sự chuyển dời tương đối với nhau giữa

các phần tinh thể theo những mặt và phương
các phần tinh thể theo những mặt và phương
nhất định: Mặt trượt và Phương trượt
nhất định: Mặt trượt và Phương trượt

1.2. Biến dạng dẻo đơn tinh thể
•
Mặt trượt:
Mặt trượt:
mặt có mật độ
mặt có mật độ
nguyên tử lớn nhất vì liên
nguyên tử lớn nhất vì liên
kết giữa chúng vững
kết giữa chúng vững
chắc.
chắc.
•
Phương trượt:
Phương trượt:
khi hai
khi hai
mặt nguyên tử dịch
mặt nguyên tử dịch
chuyển tương đối với
chuyển tương đối với
nhau thường theo
nhau thường theo
phương có mật độ
phương có mật độ

nguyên tử cao nhất
nguyên tử cao nhất
•
Khi đó liên kết giữa các
Khi đó liên kết giữa các
nguyên tử đối diện bị đứt.
nguyên tử đối diện bị đứt.

Mặt trượt và phương trượt
•
Mạng lpdt: 4mặt tr x
Mạng lpdt: 4mặt tr x
3phương tr =12 cách trượt
3phương tr =12 cách trượt
•
Mạng LPTT: 6mặt tr x
Mạng LPTT: 6mặt tr x
2phương tr =12cách trượt
2phương tr =12cách trượt
•
Mạng lục giác : 1mặt tr x
Mạng lục giác : 1mặt tr x
3phương tr = 3cách trượt
3phương tr = 3cách trượt
•
Khả năng biến dạng dẻo
Khả năng biến dạng dẻo
của kim lọai tỷ lệ với số
của kim lọai tỷ lệ với số
cách trượt Mạng

cách trượt Mạng
⇒
⇒


LPDT,LPTT dễ cán kéo
LPDT,LPTT dễ cán kéo

1.3. Biến dạng dẻo đa tinh thể
1.3.1. Đặc điểm
1.
1.
Các hạt định hướng khác nhau
Các hạt định hướng khác nhau
⇒
⇒
biến dạng
biến dạng
khác nhau
khác nhau
⇒
⇒
độ biến dạng dư không đều
độ biến dạng dư không đều
2.
2.
Các hạt liên kết nhau
Các hạt liên kết nhau
⇒
⇒

biến dạng dẻo mỗi hạt
biến dạng dẻo mỗi hạt
ảnh hưởng các hạt liền kề và bị chúng cản trở
ảnh hưởng các hạt liền kề và bị chúng cản trở
3.
3.
Vùng biên giới hạt sắp xếp không trật tự
Vùng biên giới hạt sắp xếp không trật tự
⇒
⇒


khó biến dạng dẻo do không hình thành được
khó biến dạng dẻo do không hình thành được
các mặt trượt và phương trượt
các mặt trượt và phương trượt

1.3.2. Tác động của biến dạng dẻo
đến tổ chức tế vi
1.
1.
MTT xung quanh mặt trượt bị
MTT xung quanh mặt trượt bị
xô lệch
xô lệch


⇒
⇒
một

một
phần MTT sắp xếp không trật tự
phần MTT sắp xếp không trật tự
2.
2.
Hình dạng hạt thay đổi:
Hình dạng hạt thay đổi:


-
-
Độ biến dạng bé
Độ biến dạng bé


(1-5%):
(1-5%):
độ biến dạng không
độ biến dạng không
đều: có hạt bị biến dạng, có hạt chưa biến
đều: có hạt bị biến dạng, có hạt chưa biến
dạng
dạng


-
-
Tăng độ biến dạng
Tăng độ biến dạng
: chênh lệch độ biến dạng

: chênh lệch độ biến dạng
giữa các hạt giảm, hạt dần bẹt và dài ra
giữa các hạt giảm, hạt dần bẹt và dài ra


-
-
Độ biến dạng lớn (>40%):
Độ biến dạng lớn (>40%):
hạt bị chia cắt, tạp
hạt bị chia cắt, tạp
chất nhỏ vụn kéo dài theo phương biến dạng
chất nhỏ vụn kéo dài theo phương biến dạng
tạo tổ chức thớ
tạo tổ chức thớ

1.3.2. Tác động của biến dạng dẻo
đến tổ chức tế vi

1.3.3. Ảnh hưởng của biến dạng dẻo
đến tính chất
1.
1.
Sau biến dạng dẻo trong KL tồn tại
Sau biến dạng dẻo trong KL tồn tại
ứng suất
ứng suất
dư
dư
2.

2.
Biến dạng dẻo làm thay đổi cơ tính KL
Biến dạng dẻo làm thay đổi cơ tính KL
:
:


- Tăng độ bền, độ cứng
- Tăng độ bền, độ cứng


- Giảm độ dẻo, dai
- Giảm độ dẻo, dai
3. Biến dạng dẻo làm thay đổi lý, hóa tính KL
3. Biến dạng dẻo làm thay đổi lý, hóa tính KL
:
:


- Giảm tính dẫn điện, dẫn nhiệt
- Giảm tính dẫn điện, dẫn nhiệt


- Độ thấm từ, cảm ứng từ dư giảm
- Độ thấm từ, cảm ứng từ dư giảm


- Dễ bị ăn mòn hóa học
- Dễ bị ăn mòn hóa học

2. PHÁ HỦY
2.1. Phá hủy trong điều kiện
tải trọng tĩnh


Phá hủy giòn và
Phá hủy giòn và
phá hủy dẻo
phá hủy dẻo
•
Phá hủy giòn
Phá hủy giòn
: phá hủy
: phá hủy
kèm theo biến dạng dẻo
kèm theo biến dạng dẻo
không rõ, vùng gãy vỡ có
không rõ, vùng gãy vỡ có
tiết diện không biến đổi
tiết diện không biến đổi
•
Phá hủy dẻo
Phá hủy dẻo
: phá hủy
: phá hủy
kèm theo biến dạng dẻo
kèm theo biến dạng dẻo
với mức độ rõ vùng gãy
với mức độ rõ vùng gãy
vỡ có tiết diện thay đổi

vỡ có tiết diện thay đổi

2.1. Phá hủy trong điều kiện
tải trọng tĩnh
•
Nguyên nhân của phá hủy khi tương quan giữa
Nguyên nhân của phá hủy khi tương quan giữa
giới hạn chảy
giới hạn chảy
σ
σ
c
c
v
v
à
à
gi
gi
ớ
ớ
i h
i h
ạ
ạ
n t
n t
á
á
ch

ch
đứ
đứ
t
t
σ
σ
t
t
đ
đ


- Khi
- Khi
σ
σ
c
c
<
<
σ
σ
t
t
đ
đ
: ph
: ph
á

á
h
h
ủ
ủ
y d
y d
ẻ
ẻ
o
o


- Khi
- Khi
σ
σ
c
c
>
>
σ
σ
t
t
đ
đ
: ph
: ph
á

á
h
h
ủ
ủ
y gi
y gi
ò
ò
n
n
•
C
C
ơ
ơ
ch
ch
ế
ế
ph
ph
á
á
h
h
ủy
ủy

- T
- T
ạ
ạ
o th
o th
à
à
nh v
nh v
ế
ế
t n
t n
ứ
ứ
t
t
đầ
đầ
u ti
u ti
ê
ê
n (vết nứt tế vi)
n (vết nứt tế vi)


- Ph
- Ph

á
á
t tri
t tri
ể
ể
n v
n v
ế
ế
t n
t n
ứ
ứ
t t
t t
ế
ế
vi
vi

2.2. Phá hủy trong điều kiện
2.2. Phá hủy trong điều kiện
tải trọng chu kỳ
tải trọng chu kỳ
•
Đặc điểm phá hủy mỏi
Đặc điểm phá hủy mỏi

- Giá trị và dấu của ứng suất thay đổi theo chu kỳ
- Giá trị và dấu của ứng suất thay đổi theo chu kỳ


- Sự phá hủy xảy ra sau một thời gian làm vi
- Sự phá hủy xảy ra sau một thời gian làm vi
ệc
ệc


- Ứng suất gây phá hủy mỏi thấp hơn giá trị bền
- Ứng suất gây phá hủy mỏi thấp hơn giá trị bền


- Mặt gãy không bị biến dạng và có hai vùng rõ rệt
- Mặt gãy không bị biến dạng và có hai vùng rõ rệt
•
Sự tạo thành vết nứt đầu tiên
Sự tạo thành vết nứt đầu tiên


- Vết nứt có sẵn
- Vết nứt có sẵn


- Vết nứt sinh ra trong quá trình làm việc
- Vết nứt sinh ra trong quá trình làm việc

3. Các đặc trưng cơ tính của KL
3.1. Độ bền tĩnh và độ dẻo

•
Độ bền: phản ảnh sức
Độ bền: phản ảnh sức
chịu đựng tải trọng
chịu đựng tải trọng
tĩnh của vật liệu
tĩnh của vật liệu
•
Là các chỉ tiêu cơ tính
Là các chỉ tiêu cơ tính
cơ bản và thông dụng
cơ bản và thông dụng
nhất
nhất
•
Được xác định bằng
Được xác định bằng
phương pháp thử kéo
phương pháp thử kéo
•
Mẫu thử: tiêu chuẩn
Mẫu thử: tiêu chuẩn
hoặc không tiêu
hoặc không tiêu
chuẩn
chuẩn

3.1.1. Các đặc trưng bền
•
Giới hạn đàn hồi:

Giới hạn đàn hồi:


σ
σ
p
p
= P
= P
p
p
/ F
/ F
0
0


F
F
0
0
: tiết diện ban đầu
: tiết diện ban đầu
của mẫu
của mẫu
•
Giới hạn chảy
Giới hạn chảy
:
:

- Là ứng suất tại đó KL bị
- Là ứng suất tại đó KL bị
chảy (biến dạng với
chảy (biến dạng với
ứng suất không đổi:
ứng suất không đổi:
đoạn nằm ngang trên
đoạn nằm ngang trên
biểu đồ)
biểu đồ)


-
-
σ
σ
c
c
= P
= P
c
c
/ F
/ F
0
0

3.1.1. Các đặc trưng bền
•
Giới hạn chảy quy
Giới hạn chảy quy
ước
ước
:
:


- Sử dụng cho vật liệu
- Sử dụng cho vật liệu
không có đoạn nằm
không có đoạn nằm
ngang trên biểu đồ
ngang trên biểu đồ
kéo
kéo


-
-
σ
σ
0.2
0.2
= P
= P
0.2

0.2
/ F
/ F
0
0


σ
σ
0.2
0.2
: ứng suất tại đó
: ứng suất tại đó
sau khi bỏ tải trọng:
sau khi bỏ tải trọng:
mẫu bị biến dạng dư
mẫu bị biến dạng dư
0,2%
0,2%

3.1.1. Các đặc trưng bền
•
Giới hạn bền
Giới hạn bền
:
:


σ
σ

b
b
= P
= P
b
b
/ F
/ F
0
0




= P
= P
max
max
/F
/F
0
0

3.1.2. Các đặc trưng dẻo
•
Độ giãn dài tương đối
Độ giãn dài tương đối
:
:

δ
δ


= (l
= (l
k
k
– l
– l
0
0
).100% / l
).100% / l
0
0


l
l
0
0
: chiều dài tính toán của mẫu trước khi kéo
: chiều dài tính toán của mẫu trước khi kéo


l
l
k

k
: chiều dài tính toán của mẫu sau khi kéo đứt
: chiều dài tính toán của mẫu sau khi kéo đứt
•
Độ thắt tỷ đối:
Độ thắt tỷ đối:


ψ
ψ


= (F
= (F
0
0
– F
– F
k
k
).100% / F
).100% / F
0
0


F
F
0
0

: tiết diện ngang của mẫu trước khi thử
: tiết diện ngang của mẫu trước khi thử


F
F
k
k
: tiết diện ngang của mẫu sau khi đứt ở vị trí đứt
: tiết diện ngang của mẫu sau khi đứt ở vị trí đứt

3.2. Độ dai va đập
•
Đánh giá khả năng
Đánh giá khả năng
làm việc của chi tiết
làm việc của chi tiết
chiu tải trong động
chiu tải trong động
•
Độ dai va đập là công
Độ dai va đập là công
tiêu phí để phá hủy
tiêu phí để phá hủy
một đơn vị diện tích
một đơn vị diện tích
tiết diện ngang, được
tiết diện ngang, được
đo theo đơn vị
đo theo đơn vị

Kg.m/cm² hay kJ/m²
Kg.m/cm² hay kJ/m²
•
Ký hiệu: a
Ký hiệu: a
k
k

3.3. Độ bền mỏi
•
Giới hạn bền mỏi là chỉ tiêu cơ tính quan trọng
Giới hạn bền mỏi là chỉ tiêu cơ tính quan trọng
để đánh giá khả năng làm việc của chi tiết dưới
để đánh giá khả năng làm việc của chi tiết dưới
tải trọng thay đổi như trục , bánh răng , lò xo…
tải trọng thay đổi như trục , bánh răng , lò xo…
•
Ký hiệu:
Ký hiệu:
σ
σ
-1
-1

4. Độ cứng (Hardness)
•
Là khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ của
Là khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ của
tải trọng bên ngoài thông qua mũi đột
tải trọng bên ngoài thông qua mũi đột

•
Độ cứng là
Độ cứng là
phương pháp
phương pháp
có ý nghĩa thực tế :
có ý nghĩa thực tế :


- Nhanh, chỉ cần từ vài giây đến một phút
- Nhanh, chỉ cần từ vài giây đến một phút


- Không phá hủy mẫu, có thể tiến hành ngay trên
- Không phá hủy mẫu, có thể tiến hành ngay trên
sản phẩm
sản phẩm
•
Đặc trưng được rất nhiều tính chất làm việc và
Đặc trưng được rất nhiều tính chất làm việc và
công nghệ của vật liệu:
công nghệ của vật liệu:


- Tính chống mài mòn
- Tính chống mài mòn


- Khả năng gia công cắt của phôi
- Khả năng gia công cắt của phôi

- Khả năng chịu áp lực cục bộ
- Khả năng chịu áp lực cục bộ


- Khả năng mài bóng : độ cứng càng cao càng dễ
- Khả năng mài bóng : độ cứng càng cao càng dễ
mài bóng
mài bóng

4.1. Độ cứng Brinell
•
Ấn một tải trọng F lên
Ấn một tải trọng F lên
bề mặt cần đo qua
bề mặt cần đo qua
viên bi thép cứng có
viên bi thép cứng có
đường kính D rồi đo
đường kính D rồi đo
đường kính vết lõm D
đường kính vết lõm D
i
i
•
HB = F/S (kG/mm
HB = F/S (kG/mm
2
2

)
)


S : diện tích vết lõm
S : diện tích vết lõm
(mặt cầu)
(mặt cầu)