Chương 3 biến dạng và cơ tính của vật liệu

Môn học

Vật Liệu Học và Xử Lý

Bộ môn Thiết bị và Cơng nghệ Vật liệu Cơ khí
Khoa Cơ khí - Đại học Bách khoa

03/26/2024 1

Biến dạng dẻo và cơ tính

03/26/2024 2

Biến dạng dẻo và phá hủy

1. Khái niệm
2. Trượt đơn tinh thể
3. Trượt đa tinh thể
4. Song tinh
5. Phá hủy

03/26/2024 3

1. Khái niệm

Fb b

Tải trọng F c
Fa a

Fdh e

F1

0 1 a' a" Độ giản dài l

03/26/2024 4

1. Khái niệm (1)

Tiếp tục tăng tải đến b tải b
đạt giá trị cực đại Fb, lúc Mẫu bị phá hủy
đó mẫu xuất hiện cổ thắt,
tải trọng giảm nhưng biến Fb c tại c
dạng lại tăng.
Biến dạng dẻo: khi Fa > Fdh biến
Tải trọng FFa a dạng tăng nhanh theo tải trọng.
Sau khi bỏ tải trọng kích thước
Fdh e của mẫu dài hơn ban đầu một
khoảng a’a”
Đàn hồi: Khi F1 < Fdh F1
bỏ tải trọng kích Độ giản dài l
thước mẫu kéo trở
về giá trị ban đầu

0 1 a' a"

03/26/2024 5

1. Khái niệm (2)

Trạng thái Trạng thái mạng Biến dạng dẻo Phá hủy:
mạng tinh thể tinh thể khi chịu Nguyên tư dịch Khi lực tác dụng
khi chưa chịu tác dụng của lực chuyển hơn một quá lơn làm phá
tác dụng của nhỏ hơn giá trị thông số mạng và hủy tất cả các
ngoại lực, các đàn hồi, nguyên cân bằng ở vị trí liên kết của
nguyên tử ở tử dịch chuyển mới nguyên tử.
trạng thái cân không quá một
bằng. thông số mạng.

03/26/2024 6

2. Trượt đơn tinh thể (1)

a) Mặt trượt: là mặt có mật độ nguyên tử dày
đặc nhất mà sự trượt xảy ra trên mặt đó.

b) Phương trượt là phương có mật độ nguyên tử
lớn nhất mà theo phương đó các nguyên tử
trượt lên nhau.

03/26/2024 7

2. Trượt đơn tinh thể (2)

Mạng lập phương tâm Mạng lập phương tâm khối A2 Mạng lục giác xếp chặt
mặt A1 Mtrượt xếp chặt nhất là họ {110}, có
Mặt trượt họ mặt {111} 6 mặt. Trên mặt có hai ptrượt thuộc A3
gồm 4 mặt. họ <111>. Hệ trượt là 6 mặt x 2 - Mặt {0001}, có 3
Phương trươt họ phương phương = 12.
<110>, gồm ba phương Mtrượt thuộc họ {112}, gồm phương, 3 hệ trượt.

trên mỗi mặt. 12 mặt và có 1 phương trượt là [111] - Mặt {1010}, có 3 mặt
Hệ trượt 4 mặt x 3 tổng có 12 hệ trượt. và 1 ptrượt là 1120 
phương = 12 Họ mặt {123} có 24 mặt và 1 phương
trượt là [111], có 24 hệ trượt. tổng là 3 hệ trượt.
- Mặt {1011}, có 6 mặt và
1 phương trượt 1120 ,

tổng là 6 hệ trượt

03/26/2024 8

2. Trượt đơn tinh thể (3)

Ứng suất gây ra trượt Góc giữa phương - Chỉ có ứng suất tiếp mới
kéo và phương gây ra biến dạng dẻo, ứng
Góc giữa phương trượt suất pháp chỉ gây ra đàn hồi
kéo và pháp tuyến và phá hủy.
của mặt trượt
Ứng suất tiếp tác dụng lên
Lực kéo F phương trượt là:

 F cos  F cos cos   0 cos cos 
S S0

 max 0, 5 0 khi   450

   gh Thì trượt mới xảy ra

Hệ trượt nào có định hướng thuận
lợi nhất sẽ trượt trước.

03/26/2024 9

2. Trượt đơn tinh thể (4)

Ứng suất gây ra trượt

Khi trượt mạng tinh thể hai bên trở
nên xô lệch gây cản trở trượt, nên
chỉ trượt được một độ dài nhất định
rồi dừng lại, nên tạo nên các bậc
trượt.

Khi trượt, bên ngoài tinh thể xuất
hiện các bậc trượt nhỏ song song
đó là các đường trượt, các đường
trượt nằm gần nhau tạo thành dải
trượt.

03/26/2024 10

2. Trượt đơn tinh thể (5)

Tính dễ trượt và cơ chế trượt

Ứng suất trượt tới hạn lúc trượt th  G2
cứng hay trượt lý thuyết là

Thực tế thì ứng suất trượt tới
hạn nhỏ hơn giá trị được cho ở

trên hàng ngàn lần

03/26/2024 11

2. Trượt đơn tinh thể (5)

cơ chế trượt

03/26/2024 12

2. Trượt đơn tinh thể (5)

cơ chế trượt

Ứng suất tiếp tới hạn trong trường th 8.103 8.104 G
hợp này là:

Cịn có tên gọi là độ bền thực nhỏ hơn

độ bền lý thuyết từ 100 đến 1000 lần.

Tiềm năng của vật liệu là rất lớn, hiện tại ta chưa khai thác được nhiều, nguyên
nhân là trong vật liệu tồn tại lệch và khuyết tật mạng mà khoa học chưa tìm ra cách
loại trừ nó.

03/26/2024 13

3. Trượt đa tinh thể (1)

Đặc điểm

- Các hạt biến dạng không đều.

- Có tính đẳng hướng.
- Có độ bền cơ cao hơn.
- Hạt càng nhỏ độ bền và độ dẻo càng
cao.

Biểu thức Hall - Petch Hằng số biểu
thị cấu trúc
 ch  0  k biên hạt
d
Đường kính hạt

Giới hạn chảy Ứng suất cần thiết để lệch
chuyển động trong đơn tinh thể

03/26/2024 14

4. Song tinh

03/26/2024 15

4. Song tinh

- Khái niệm: Là một hình thức biến dạng dẻo, lúc đó ứng suất
tiếp làm dịch chuyển một phần tinh thể ở vị trí nào đó vào vị
trí đối xứng gương với các nguyên tử ở phần kia qua mặt
phẳng song tinh.

- Đặc điểm của song tinh:

+ Nguyên tử càng ở xa mặt phẳng song tinh càng dịch chuyển
lớn nhưng không quá một thông số mạng => biến dạng do
song tinh là khá nhỏ so với trượt.

+ Song tinh xảy ra với tốc độ lớn, và theo các mặt và phương
xác định. Khi song tinh làm thay đổi định hướng của mạng.

+ Ý nghĩa của song tinh là nó thay thế cho trượt khi cơ chế
trượt không thuận lợi, hay khi biến dạng với tốc độ lớn.

03/26/2024 16

Tổ chức và tính chất sau biến dạng

- Mạng tinh thể bị xô lệch, các hạt biến dạng không đều, kéo dài ra
theo phương biến dạng.

Độ biến  S0  S f 100% Tiết diện ngang sau biến dạng
dạng S0 Tiết diện ngang trước biến dạng

- Độ biến dạng 40 – 50% hạt bị phân nhỏ, tạp chất vụn ra, kéo dài tạo

nên thớ.
- Độ biến dạng 70 – 90% tạo textua.

- Tồn tại ứng suất dư.
- Độ cứng độ bền tăng mạnh, độ dẻo độ dai giảm đi rõ rệt, gọi là hóa

bền biến dạng. Độ cứng tăng 1,5 đến 3 lần, giới hạn chảy tăng từ 3 –

7 lần.
- Mạng tinh thể A1 có khả năng hóa bền biến dạng nhiều hơn các mạng

khác.
- Tăng điện trở, giảm tính chống ăn mòn.

03/26/2024 17

Tổ chức và tính chất sau biến dạngTính chất

b

 0,2

Độ giản dài Độ dẫn điện
Độ biến dạng

03/26/2024 18

5. Phá hủy

- Hiện tượng phá hủy là hiện tượng gãy vỡ
hoặc đứt kết cấu khi tăng tăng tải trọng.

- Quá trình phá hủy bắt đầu bằng hình thành
vết nứt tế vi, vết nứt phát triển và cuối cùng
là tách đứt, rời vật liệu.

03/26/2024 19

Phá hủy trong điều kiện tải trọng tĩnh(1)

- Tải trọng đặt vào tăng lên chậm, êm một cách
từ từ gọi là tải trọng tĩnh.

- Hai dạng phá hủy trong điều kiện tải tĩnh là
phá hủy dẻo và phá hủy giòn.

03/26/2024 20