GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ KIM LOẠI - PHẦN II GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ÁP LỰC - CHƯƠNG 1 pdf

101




PHẦN II
GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ÁP LỰC

Chương 1


KHÁI NIỆM VỀ GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ÁP LỰC.
1.1 Khái niệm, đặc điểm, phân loại:
1.1.1 Đònh nghóa:
Gia công kim loại bằng áp lực là các phương pháp gia công
dùng ngoại lực tác dụng lên kim loại rắn ở nhiệt độ cao (nóng) hay nhiệt độ thấp
(nguội)với cường độ lực vượt quá giới hạn đàn hồi của kim loại để làm thay đổi hình dáng
của vật thể mà không phá hủy tính liên tục và tính bền của kim loại.
Phương pháp gia công bằng áp lực trong thực tế sản xuất không những sử dụng để
gia công các sản phẩm bằng kim loại mà còn dùng để gia công các vật liệu khác như :
gốm, sứ, chất dẻo, cao su …Trong phần giáo trình này chúng ta chỉ nghiên cứu phạm vi gia
công kim loại gọi tắt là gia công áp lực và đặc biệt là phương pháp chế tạo phôi bằng rèn
dập.
1.1.2 Đặc điểm
:
Gia công áp lực là phương pháp gia công tiên tiến, có năng suất cao, tiêu phí
nguồn nguyên liệu ít do không hoặc vứt bỏ rất ít nguyên liệu thừa nên còn có tên là
phương pháp gia công không phoi.
So với đúc, chế tạo phôi bằng rèn dập có ưu điểm sau:
- Biến dạng kim loại ở thể rắn có khả năng khử được các khuyết tật đúc như rỗ khí,

rỗ co làm cho tổ chức kim loại mòn chặt, cơ tính của sản phẩm cao.
- Có khả năng biến tổ chức hạt trong kim loại thành tổ chức thớ, có khả năng tạo
được các tổ chức thớ uốn, xoắn khác nhau làm tăng cơ tính của sản phẩm.
- Chất lượng cơ lý lớp bề mặt sản phẩm tốt, độ bóng, độ chính xác của các chi tiết
rèn dập cao hơn ở các chi tiết đúc.
- Dễ cơ khí hóa và tự động hóa, gia công có năng suất cao nên giá thành hạ.
Tuy nhiên so với đúc rèn dập có những hạn chế sau:
- Không gia công được các chi tiết phức tạp như đúc.
- Không rèn dập được các chi tiết quá lớn. Với những chi tiết quá lớn ( như trục
tuốc bin ) người ta kết hợp rèn và hàn để tạo phôi.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

102
- Các hợp kim sử dụng trong rèn dập hạn chế hơn so với đúc, không rèn dập được
các kim loại dòn.
So với gia công cắt gọt, rèn dập có những đặc điểm sau:
- Năng suất cao, phế liệu ít, tiết kiệm nguyên vật liệu nên giá thành hạ.
- Có khả năng tạo tổ chức thớ tăng tính chòu lực cho sản phẩm, còn gia công cắt gọt
thì cắt đứt thớ, làm mất tính liên tục của thớ, làm giảm khả năng chòu lực của sản phẩm.
- Độ chính xác và độ bóng bề mặt của sản phẩm rèn dập thấp hơn ở sản phẩm gia
công cắt gọt, vật liệu cũng hạn chế hơn.
Rèn dập là những phương pháp cơ bản để chế tạo phôi cho gia công cắt gọt, những
chi tiết quan trọng cần chòu lực lớn thường phải qua rèn dập. Ngành rèn dập không thể
thiếu được trong công nghiệp cơ khí, ngày nay đang phát triển mạnh theo các hướng:
- Nâng cao độ chính xác và độ bóng của sản phẩm nhằm đạt tới không cần qua gia
công cơ khí.
- Ứng dụng các phương pháp công nghệ tiên tiến để mở rộng khả năng gia công và
nâng cao chất lượng sản phẩm.

- Chế tạo thiết bò có công suất lớn để có thể gia công được các chi tiết có khối
lượng và kích thước lớn.
- Cơ khí hóa và tự động hóa quá trình sản xuất để nâng cao năng suất lao động, hạ
giá thành sản phẩm.
1.1.3 Phân loại
:
Các phương pháp gia công kim loại bằng áp lực cơ bản có cán, kéo, ép, rèn tự do,
rèn khuôn, dập tấm, miết, gò. Ở trạng thái nguội người ta thường dùng các phương pháp
kéo dây , dập tấm, dập nguội thể tích, cán nguội, miết, gò đối với các kim loại mềm. Đối
với thép với các sản phẩm có khối lượng lớn hay chiều dày lớn thường dùng cán nóng, rèn
khuôn, rèn tự do, ép chảy
.
Cán: là phương pháp biến dạng kim loại giữa hai trục quay của máy cán, phôi biến
dạng và di chuyển nhờ sự quay liên tục của trục cán và ma sát giữa trục cán với phôi (hình
2-1a).
Kéo: là kéo dài phôi qua khuôn kéo, lỗ khuôn có hình dáng và kích thước nhỏ hơn
tiết diện phôi (hình 2-1b). Kéo có đặc điểm là bề mặt sản phẩm nhẵn bóng, độ chính xác
cao. Kéo có kéo dây, kéo ống ,kéo thỏi với chiều dài không hạn chế .
Ép: là phương pháp chế tạo các thỏi hoặc ống thường bằng kim loại màu và hợp
kim của chúng. Kim loại sau khi nung cho vào khuôn ép, dưới tác dụng của chày ép kim
loại chui qua lỗ khuôn ép có hình dạng và kích thước chi tiết cần chế tạo (hình 2-1c).
Rèn tự do:là phương pháp biến dạng kim loại dưới tác dụng lực đập của đầu búa
hoặc lực ép của máy ép.Vì không dùng khuôn nên kim loại biến dạng không bò hạn chế
bởi lòng khuôn (hình 2-1d).
Rèn khuôn hay dập nóng thể tích: là phương pháp biến dạng kim loại trong lòng
khuôn có kích thước và hình dạng của chi tiết cần chế tạo (dưới tác dụng của lực của đầu
búa hay đầu máy ép) (hình 2-1e).
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

103
Rèn tự do thường dùng để sản xuất đơn chiếc, dùng trong sửa chữa còn rèn
khuôn thường dùng cho sản xuất hàng loạt.
Dập tấm: là phương pháp chế tạo chi tiết từ phôi có dạng tấm (hình 2-1g). Dập
tấm có thể thực hiện ở trạng thái nóng hoặc nguội nhưng ở dạng nguội thông dụng hơn
nên thường được gọi là dập nguội .











Miết hay còn gọi là tiện dựng: là phương pháp chế tạo chi tiết có dạng hình tròn
xoay từ kim loại tấm mỏng.

Miết có thể dùng thay thế các phương pháp dập tấm mà sau khi dập tấm phải tóp
miệng, viền mép, uốn vành ….
Miết là phương pháp bán cơ khí vì phải dùng lực biến dạng bằng lực tay hoặc vừa
lực máy vừa lực tay.
Gò: làphương pháp biến dạng nguội kim loại chủ yếu ở dạng tấm hoặc thanh bằng
các quy trình biến dạng dẻo để tạo hình dạng mong muốn, sau đó sử dụng các loại mối
ghép tháo được hoặc không tháo được (hàn, tán đinh, ghép mí…) để kết nối các bộ phận
thành sản phẩm hoàn chỉnh. Gò có năng suất rất thấp nên chỉ dùng trong sản xuất nhỏ, sửa
chữa, nhưng ưu điểm của gò là có thể chế tạo các sản

phẩm có hình dáng phức tạp bất kỳ. Trong ngành sửa
chữa ôtô, nghề làm đồng là kết hợp giữa công nghệ gò và
công nghệ hàn.

Các công nghệ cán, kéo dây, ép ống, ép thỏi
thường được sử dụng trong các nhà máy liên hợp luyện
kim, còn các công nghệ rèn tự do, rèn khuôn, dập nguội
thường được dùng trong các nhà máy cơ khí.
Số lượng các chi tiết máy được gia công bằng các
phương pháp rèn và dập trong ngành chế tạo ôtô hiện đại
chiếm 85%, trong ngành chế tạo radio, tivi, máy móc điện
tử chiếm 80%, còn trong ngành chế tạo đồ dùng gia đình
hầu như chiếm 100%.
Hình 2.1
Sơ đồ các phương pháp gia công bằng áp lực.
a) Cán b) Kéo c) Ép d) Rèn tự do e) Rèn khuôn g) Dập tấm h) Miết.
h)

A

A
P
P
Hình 2
-
2
Ảnh hưởng
của điểm đặt lực khi
biến dạng.

a)
b)
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

104
1.2

Biến dạng dẻo của kim loại:
1.2.1 Ngoại lực và nội lực:
a. Ngoại lực: Là lực từ bên ngoài tác dụng lên kim loại gia công, nó có thể do
người hoặc thiết bò gây nên, do sự ma sát hay chuyển động của vật thể gây nên.Ngoại lực
bao gồm lực chính, phản lực, lực ma sát và lực quán tính.
- Lực chính là lực tác dụng của người, thiết bò thông qua dụng cụ gia công (như
đầu búa, khuôn rèn, trục cán v.v…tác dụng vào kim loại làm cho nó biến dạng. Hướng của
lực chính song song với hướng chuyển động của dụng cụ gia công. Nhiều lực chính tác
dụng vào một vật gia công có thể tập hợp thành một lực theo nguyên tắc cộng véc tơ. Lực
chính có ảnh hưởng quyết đònh tới sự biến dạng của vật. Điểm đặt của lực cũng có ảnh
hưởng tới sự biến dạng.
Ví dụ: Khi nén hai thanh bằng một lực P như nhau (hình 2-2) trường hợp a điểm đặt lực A
đặt ở đầu thanh toàn thanh bò biến dạng. Trường hợp b điểm đặt lực A đặt ở giữa thanh,
chỉ có nửa dưới của thanh biến dạng.
- Phản lực: là lực ngăn cản không cho vật thể gia công chuyển động tự do theo
hướng lực tác dụng chính. Phản lực thường sinh ra ở những bộ phận cố đònh của thiết bò.
Phản lực có chiều ngược với lực chính. Phản lực chỉ sinh ra khi có lực chính. Ví dụ: khi
rèn, búa tác dụng vào vật gia công lực chính, đe tác dụng vào vật gia công phản lực có
chiều ngược với lực chính.
- Lực ma sát: là lực sinh ra khi hai vật chuyển động tương đối lên nhau. Lực ma
sát có chiều ngược với chiều chuyển động của vật và có trò số bằng tích số của hệ số ma

sát và phản lực tiếp tuyến. Lực ma sát cản trở sự di chuyển của kim loại khi biến dạng.
Phản lực và lực ma sát có ảnh hưởng lớn đến quá trình biến dạng. Ví dụï khi nén
một khối kim loại trong khuôn kín bằng một lực P. Khuôn tác dụng vào vật gia công phản
lực N và lực ma sát R (hình 2-3a).
+ Trường hợp a, dưới tác dụng của lực P, phôi kim loại biến dạng và di chuyển
xuống dưới ma sát với thành khuôn. Lực ma sát hướng lên trên ngược với hướng của lực
chính P. Ta có:
P=N+
R
R là tổng các lực ma sát.
Do đó: P>N Trường hợp này lực
tác dụng ở phía trên lớn hơn phản
lực nên phần trên của vật rèn bò
biến dạng trước và biến dạng
nhiều hơn, điền đầy khuôn tốt
hơn.
+ Trường hợp b ngược lại
ép phôi trong chày kín (hình 2-3b)
P
R R
N
P
R
R
N
Hình 2
-
3
Sự phân bố lực chính P, phản lực N và
lực ma sát R khi rèn trong khuôn kín và chày kín.

a)

b)

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

105
thì lực ma sát R hướng xuống dưới cùng chiều với lực chính P tức là:
P +
R = N
Do đó: P < N
Trường hợp này phần dưới của vật rèn biến dạng nhiều hơn và điền đầy khuôn tốt
hơn.
Từ kết quả trên ta rút ra nhận xét sau:
Khi rèn trong khuôn, phần phức tạp của vật rèn cần được điền đầy tốt hơn nên phải
bố trí ở phía lực tác dụng lớn hơn, kim loại sẽ biến dạng nhiều hơn và dễ điền đầy khuôn
hơn.
- Lực quán tính: Là lực gây ra do sự di động có gia tốc của các chất điểm vật thể
khi biến dạng. Theo đònh luật 3 Niu tơn, trò số lực quán tính bằng tích số của khối lượng và
gia tốc. Lực quán tính có ảnh hưởng đến biến dạng, nhưng việc xét nó rất phức tạp nên ở
đây không nghiên cứu.
b. Nội lực: Là lực xuất hiện trong nội bộ vật thể khi có tác dụng của ngoại lực. Nội
lực cũng có thể xuất hiện do tác dụng của những hiện tượng hóa lý…Ví dụ khi nung nóng
hoặc làm nguội, bên trong vật thể xuất hiện nội lực.
Nội lực gây ra ứng suất bên trong vật thể. Khi ứng suất này vượt quá giới hạn nhất
đònh sẽ làm cho vật thể biến dạng, cong vênh, nứt nẻ.
1.2.2 Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo:
Khi chòu tác dụng của ngoại lực, kim loại sẽ biến dạng theo ba giai đoạn: biến

dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy.
a. Biến dạng đàn hồi: là biến dạng mà nó luôn tỷ lệ thuận với lực tác dụng, nếu
bỏ lực tác dụng đi thì biến dạng sẽ không còn nữa và vật thể trở lại trạng thái ban đầu.
Khi biến dạng đàn hồi, dưới tác dụng của ngoại lực các nguyên tử trong mạng tinh
thể của kim loại lệch khỏi vò trí cân bằng, khoảng cách giữa các nguyên tử sẽ thay đổi.
Nếu bỏ ngoại lực đi thì lực liên kết sẽ đưa các nguyên tử trở về vò trí cân bằng và biến
dạng sẽ không còn nữa. Thực nghiệm chứng minh rằng: trong quá trình biến dạng đàn hồi
lực luôn tỷ lệ với biến dạng và tuân theo đònh luật Hook.
 = E.
Ở đây:  - Ứng suất (KN/cm
2
); E - Mô đun đàn hồi (KN/cm
2
);  - Biến dạng tương
đối.
b. Biến dạng dẻo: là biến dạng mà sau khi đã bỏ lực tác dụng vẫn còn một phần
biến dạng dư được giữ lại và trên các phần tử của vật thể không nhận thấy có sự phá hủy.
Biến dạng dẻo xảy ra khi ứng suất sinh ra do ngoại lực vượt quá giới hạn đàn hồi. Trong
quá trình biến dạng dẻo vẫn tồn tại biến dạng đàn hồi.
Gia công áp lực là quá trình lợi dụng giai đoạn biến dạng dẻo của kim loại để làm
thay đổi hình dáng, kích thước.


Khi ứng suất sinh ra vượt quá giới hạn bền của kim loại, trong kim loại xảy ra quá
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

106
trình thứ ba là phá hủy.

Kim loại là vật thể có cấu tạo đa tinh thể. Để dễ dàng nghiên cứu quá trình biến
dạng dẻo trong kim loại chúng ta nghiên cứu lần lượt sự biến dạng dẻo trong đơn tinh thể
và tiếp đó là đa tinh thể. Trong giáo trình “kim loại học “đã có đề cập vấn đề này tương
đối kỹ. Do đo,ù trong giáo trình này chỉ tóm tắt những điểm chính.
1. Biến dạng dẻo trong đơn tinh thể:
Đơn tinh thể là khối kim loại có mạng tinh thể đồng nhất. Biến dạng dẻo trong
đơn tinh thể xảy ra dưới hai hình thức: sự trượt và song tinh.











- Trượt: Khi tác dụng lên vật thể tải trọng bất kỳ, bên trong vật thể xuất hiện hai
dạng ứng suất: ứng suất pháp tuyến
 và ứng suất tiếp tuyến . Dưới tác dụng của  vật
thể sẽ bò kéo nén đàn hồi (nếu  < 
đàn hồi
) hoặc bò phá hủy (nếu  >   bền).
Dưới tác dụng của ứng suất tiếp
 , lúc đầu các lớp nguyên tử sẽ bò xê dòch đàn hồi
khỏi vò trí cân bằng. Khi
 > 
tới hạn
sẽ xảy ra hiện tượng các mặt nguyên tử trượt lên nhau

theo một mặt phẳng nhất đònh (hình 2-4a). Quá trình đó là quá trình trượt.
Trượt là hiện tượng mà dưới tác dụng của ứng suất tiếp có bộ phận của đơn tinh thể
di động song song với những bộ phận khác theo một mặt nhất đònh gọi là mặt trượt, và trên
mỗi mặt trượt sự trượt xảy ra theo một số hướng nhất đònh. (Mặt trượt và hướng trượt là
những mặt, hướng có nhiều nguyên tử lớn nhất).
Trên hình 2-5 biểu diễn các mặt và hướng trượt cơ bản của các kiểu mạng thông
thường của kim loại.
Ví dụ: Kim loại có mạng tinh thể lập phương tâm mặt như Al, Cu, Pb, Fe
, Ni, Co,
Au. Ag… có 4 mặt trượt và mỗi mặt có 3 hướng trượt (hình 2-5a). Kim loại có mạng tinh
thể lập phương tâm khối như Fe
, Mo, Co… có 6 mặt trượt và trên mỗi mặt có 2 hướng
trượt (hình 2-5b). Kim loại có mạng tinh thể 6 phương xếp chặt như Zn, Mg, Ti, Be…có
một mặt trượt là đáy của hình lục phương và trên mỗi mặt có 3 hướng trượt (hình 2-5c).
Hình 2
-
4
Sơ đồ trượt và song tinh.
a) Mạng đơn tinh thể b) trượt c) Song tinh.










Mặt trượt

Mặt song tinh
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

107
Trượt là nguyên nhân cơ bản gây nên biến dạng dẻo. Kim loại có cấu tạo mạng
tinh thể khác nhau thì có độ dẻo khác nhau tức là khả năng biến dạng dẻo khác nhau.
Tích của số mặt trượt và số phương trượt trong mỗi mặt gọi là hệ số trượt tức số
cách trượt hay khả năng trượt của mỗi loại mạng tinh thể.
Hệ số trượt càng cao, tính dẻo của kim loại càng lớn. Hệ số trượt của mạng lập
phương tâm mặt là 12, của mạng lập phương tâm khối là 12, của mạng sáu phương xếp
chặt là 3.
Như vậy, các kim loại có mạng lập phương như :Fe, Co, Ni, Cu, Au, Ag, Cr…
có tính dẻo cao hơn kim loại có mạng sáu phương xếp chặt như Mg, Ti.
Nhưng trong nhiều trường hợp kim loại có mạng lập phương tâm mặt có tính dẻo
cao hơn kim loại có mạng lập phương tâm khối vì mạng lập phương tâm mặt có mật độ
nguyên tử cao hơn mạng lập phương tâm khối .
Thí dụ đối với Fe khi ở trạng thái austênit
 (lập phương tâm mặt) độ dẻo cao hơn
Ferit  (lập phương tâm khối ).
Thực nghiệm chứng tỏ rằng chỉ có thành phần ứng suất tiếp τ của ngoại lực ở trên
mặt và phương trượt mới gây ra trượt, còn thành phần ứng suất pháp không có tác dụng
gây ra trượt. Giá trò của ứng suất tiếp để đạt đến sự trượt gọi là ứng suất tiếp tới hạn
τ
th
.
Giá trò của ứng suất tiếp tác dụng phụ thuộc rất nhiều đến sự đònh hướng của mặt trượt và
phương tác dụng của ngoại lực. Nếu góc tác dụng (góc lập bởi phương của lực tác dụng và
đường pháp tuyến của mặt trượt ) bằng 0 hay 90 thì dù lực tác dụng P lớn bao nhiêu, giá

trò củaτ vẫn bằng 0, sự trượt sẽ không xảy ra. Mặt trượt thuận lợi nhất là khi góc tác dụng
bằng 45 giá trò τ là lớn nhất.
x
z
y y
z
x
a)
b)
Hình 2
-
5
Các mặt và phương trượt cơ bản.
a) Tinh thể lập phương tâm mặt.
b)
Tinh thể lập phương tâm khối.
c) Tinh thể 6 phương xếp chặt.
c)
y
z
x
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

108
- Song tinh: là sự vừa trượt vừa quay của một phần tinh thể đến vò trí mới đối xứng
với phần còn lại qua một mặt phẳng nhất đònh gọi là mặt song tinh (hình 2-4b)
Song tinh thường gặp khi biến dạng dẻo bằng hình thức trượt gặp khó khăn (như
biến dạng với tốc độ lớn hoặc ở nhiệt độ thấp hoặc khi đặt tải trọng va đập). Song tinh xảy

ra đột ngột chứ không từ từ như quá trình trượt.
Biến dạng dẻo bằng song tinh có độ biến dạng dư bé, cần có ứng suất lớn hơn
khi trượt.
2. Biến dạng dẻo của đa tinh thể:
Trong thực tế kim loại được cấu tạo bằng đa tinh thể, đa tinh thể là tập hợp của
các đơn tinh. Biến dạng của đa tinh thể gồm 2 dạng:
- Biến dạng trong nội bộ hạt. Dạng này chủ yếu gồm sự trượt và song tinh. Trong
đa tinh các hạt sắp xếp rất lộn xộn. Sự trượt xảy ra trước hết ở tinh thể (hạt) nào có mặt
trượt và hướng trượt tạo với hướng của ngoại lực một góc 45
0
rồi lần lượt đến các mặt
khác. Trong đa tinh thể, các hạt tham gia vào quá trình trượt (biến dạng) không đồng đều
và không cùng một lúc, hạt nào có vò trí thuận tiện sẽ biến dạng trước với mức độ biến
dạng lớn hơn, hạt nào có vò trí bất tiện hơn sẽ biến dạng sau với mức độ biến dạng nhỏ
hơn. Vò trí thuận tiện hay không thuận tiện của các hạt phụ thuộc vào số lượng các mặt
trượt và hướng trượt của tinh thể. Tinh thể nào có số mặt trượt và hướng trượt lớn sẽ biến
dạng dễ hơn và nhiều hơn.
- Biến dạng ở vùng tinh giới hạt: Giữa các vùng là vùng tinh giới hạt. Tại đây có
chức nhiều tạp chất dễ chảy và mạng tinh thể bò rối loạn. Ở nhiệt độ thường vùng này khó
xảy ra sự trượt và song tinh, nhưng ở nhiệt độ cao hơn 950
0
C vùng tinh giới dễ chảy sẽ
biến dạng trước. Do đó dưới tác dụng của ngoại lực các hạt dễ trượt và quay tương đối với
nhau tạo nên biến dạng dư.
Như vậy ở nhiệt độ thấp biến dạng của đa tinh thể chủ yếu xảy ra trong nội bộ hạt.
Còn ở nhiệt độ cao thì biến dạng chủ yếu là sự trượt và quay của các hạt.
1.3 Những nhân tố ảnh hưởng tới tính dẻo và biến dạng dẻo của kim loại
.
1.3.1 nh hưởng của ứng suất chính:
a.Các dạng ứng suất chính và điều kiện biến dạng dẻo:

Ứng suất chính là ứng suất pháp tuyến (
) sinh ra bên trong vật thể khi có ngoại
lực tác dụng. Có 3 dạng ứng suất chính: ứng suất đường (hình 2-6a), ứng suất mặt (hình 2-
6b) và ứng suất khối (hình 2-6c).
Ứng suất chính làm cho vật thể biến dạng đàn hồi hoặc biến dạng phá hủy và ảnh
hưởng quyết đònh đến ứng suất tiếp (
).
Ứng suất tiếp (
) sẽ gây ra sự trượt và song tinh làm cho vật thể biến dạng dẻo.
Ứng suất tiếp càng lớn thì biến dạng dẻo càng nhiều. Ứng suất tiếp đạt trò số cực đại

max

tại các mặt tinh thể làm với phương của lực tác dụng một góc bằng 45
. Trò số 
max
này
phụ thuộc vào trạng thái ứng suất chính và giá trò của chúng
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

109
2
ch

2
2
1
max

ch




Điều kiện để kim loại có thể biến dạng dẻo được theo Convenan (Pháp –1872) là:


max
=


ch
- Giới hạn chảy.
Như vậy, điều kiện biến dạng dẻo đối với các trường hợp trạng thái ứng suất khác
nhau sẽ là :
Trạng thái ứng suất đường:

Trạng thái ứng suất mặt:

Trạng thái ứng suất khối:

b. Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính đối với tính dẻo và biến dạng dẻo
của kim loại.
Nhiều thí nghiệm đã chứng tỏ rằng: “khi tác động của ứng suất kéo càng ít và ứng
suất nén càng nhiều thì tính dẻo của kim loại càng cao, trạng thái ứng suất kéo khối làm
cho kim loại kém dẻo hơn trạng thái ứng suất kéo mặt và đường. Trạng thái ứng suất nén
khối làm kim loại có tính dẻo cao hơn ứng suất nén mặt và đường”.
Sơ đồ ảnh hưởng của trạng thái ứng suất đến tính dẻo và biến dạng dẻo của kim
loại xếp theo thứ tự tính dẻo tăng dần được biểu diễn trên hình 2-7. Trong đó ứng suất

đường có 2 trạng thái (Đ
1
; Đ
2
), ứng suất mặt có 3 trạng thái (M
1
, M
2
, M
3
) và ứng suất
khối có 4 trạng thái (K
1
, K
2
, K
3
, K
4
).
2
2
21
max
ch






2
2
31
max
ch









Hình 2
-
6
. Sơ đồ các trạng thái ứng
suất chính.
a) Ứng suất đường b) Ứng suất mặt
c) Ứng suất khối.
K
1
M
1

Đ
1

K

2

M
2

K
3

Đ
2

M
3

K
4

Hình 2
-
7
Sơ đồ trạng thái ứng suất xếp theo tính dẻo tăng dần.
Theo chiều tính dẻo tăng dần

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

110
Khi cán, ép, rèn và dập thể tích trạng thái ứng suất của kim loại đặc trưng theo sơ
đồ K

4
, trong đó ở tất cả mọi trường hợp ứng suất nén chính 
1
là lớn nhất, còn ứng suất
nén chính

2
và 
3
nhỏ hơn 
1
. Ứng suất 
1
được tạo thành do dụng cụ tác động lên kim
loại. Ứng suất

2
và 
3
được tạo thành do lực ma sát trên thành khuôn.
Khi dập giãn vật có vành rộng mỗi phần riêng chòu trạng thái ứng suất khác nhau:
Đáy của vật dập chòu ứng suất theo sơ đồ K
3
thành bên theo sơ đồ M
2
, vành theo sơ đồ K
2
.
1.3.2 Ảnh hưởng của ứng suất dư:
Ứng suất dư chính là nội lực tồn tại trong kim loại sau một quá trình gia công bất

kỳ. Sự tồn tại ứng suất dư bên trong vật thể biến dạng sẽ làm cho tính dẻo của vật kém đi:
Ứng suất dư lớn có thể làm cho vật biến dạng hoặc phá hủy. Thông thường ứng suất dư
trong kim loại bao giờ cũng được cân bằng nghóa là tổng giá trò ứng suất kéo phải bằng
tổng giá trò ứng suất nén.
Khi vật thể chòu ứng suất do ngoại lực tác dụng (
o
), nếu kể đến ảnh hưởng của
ứng suất dư (
d
) thì tổng ứng suất () tác dụng bên trong vật thể sẽ khác nhau:
- Ở vùng có ứng suất dư kéo thì:
 = 
o
+ 
d

- Ở vùng có ứng suất dư nén thì:
 = 
o
- 
d

Do ứng suất phân bố không đồng đều như vậy nên làm cho các vùng tinh thể sẽ
biến dạng không đều, khả năng biến dạng sẽ kém đi và chất lượng gia công không đồng
đều.
Do tồn tại ứng suất dư nên khả năng chòu lực của vật sẽ giảm đi, làm cho vật thể
chóng đạt tới giới hạn bền cho phép hơn.
Như vậy ứng suất dư làm giảm tính dẻo, độ bền, độ dai va chạm và giảm khả năng
chòu đựng của vật thể.
Ngoài ra, nếu trước khi gia công áp lực ứng suất dư có sẵn trong kim loại nói chung

có giá trò càng lớn thì tính dẻo càng giảm. Do đó, để tăng khả năng biến dạng cũng như để
bảo đảm ứng suất dư có giá trò thấp và phân bố đồng đều trong nhiều trường hợp trước
hoặc sau khi gia công áp lực người ta đem ủ kim loại (ủ kết tinh lại hoặc ủ hoàn toàn).
1.3.3 Ảnh hưởng của thành phần hóa học và tổ chức kim loại:
a. nh hưởng của thành phần hóa học.
Thành phần hóa học ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại và hợp
kim.
Thành phần hóa học hợp kim quyết đònh bởi nguyên tố cơ bản, nguyên tố hợp kim
và tạp chất.
- Nguyên tố cơ bản: Nguyên tố cơ bản tạo nên các tổ chức cơ sở, do đó ảnh hưởng
quyết đònh tới tính dẻo và khả năng biến dạng dẻo của kim loại và hợp kim. Ví dụ: Trong
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

111
thép C, nguyên tố cơ bản là Fe và C, chúng tạo nên hợp chất là Fe
3
C rất cứng và giòn.
Nếu %C càng tăng thì thép càng cứng và giòn, nếu %Fe càng tăng thì thép càng mềm.
- Nguyên tố hợp kim: Khi hợp kim hóa, nguyên tố hợp kim có thể tạo với kim loại
cơ sở những liên kết kim loại (các hợp chất hóa học, hợp chất điện tử…). Các liên kết kim
loại này thường có tổ chức tinh thể phức tạp làm cho kim loại và hợp kim rất cứng và
giòn. Các nguyên tố hợp kim còn làm xô lệch mạng, làm cản trở quá trình trượt, làm kim
loại có tính dẻo thấp. Thường thì lượng chứa các nguyên tố hợp kim càng nhiều thì ảnh
hưởng tới độ cứng, độ bền của kim loại càng lớn.
- Nguyên tố tạp chất: Tạp chất trong kim loại ảnh hưởng lớn tới tính dẻo của nó.
Trong kim loại càng nhiều tạp chất (nhất là các tạp chất phi kim loại như S, P, O, N, H…)
đều làm giảm mạnh tính dẻo của kim loại. Tạp chất dễ chảy thường tập trung ở vùng tinh
giới hạt làm rối loạn mạng tinh thể tại đấy, do đó làm tính dẻo kim loại kém đi. Ví dụ:

trong thép, S kết hợp với Fe tạo thành Sunfua sắt ( FeS). Cùng tinh Fe + FeS có nhiệt độ
chảy khoảng 950
0
C, chúng phân bố ở vùng tinh giới hạt làm cho thép dễ bò bở nóng. Còn
P tạo với Fe thành hợp chất FeP cũng có nhiệt độ chảy < 950
0
C, làm xô lệch mạng tinh
thể nên làm cho thép bò bở nguội.
b. nh hưởng của tổ chức kim loại.
Nhiệt độ, thành phần hóa học các hợp kim và tổ chức kim loại có liên quan chặt
chẽ với nhau và có ảnh hưởng đến khả năng biến dạng hay nói đơn giản hơn là tính dẻo
của kim loại.
Ngoài ra, mật độ kim loại, kích thước hạt với sự đồng đều của kích thước hạt cũng
có ảnh hưởng đến tính dẻo của kim loại.
Nói chung nếu kim loại có tổ chức pha thuần túy là dung dòch rắn thì tính dẻo bao
giờ cũng cao hơn kim loại có tổ chức là hỗn hợp cơ học nhất là trong đó có 1 pha là hợp
chất hóa học. Thí dụ thép ở nhiệt độ thường nếu có thành phần cacbon càng cao, tổ chức
là péclit (gồm 2 pha ferit và xementit) thì có tính dẻo kém hơn sắt nguyên chất kỹ thuật
chỉ có một pha ferit. Nếu nung thép lên trên nhiệt độ đường AC
1
(> 727C) thép từ trạng
thái 2 pha chuyển thành 1 pha Auxtênit là dung dòch rắn thuần túy nên tính dẻo sẽ cao hơn
hẳn. Pha Auxtênit và pha ferit tuy đều là dung dòch rắn, nhưng do mật độ khối của
Auxtênit cao hơn ferit nên Auxtênit có tính dẻo cao hơn ferit.
Tổ chức kim loại càng nhiều pha, mạng tinh thể càng phức tạp tính dẻo càng kém.
Tổ chức kim loại hạt nhỏ mòn và đồng đều thì độ dẻo tăng, độ bền tăng.
1.3.4
nh hưởng của nhiệt độ:
a. Thực chất: Khi nung nóng kim loại các nguyên tử bò dao động nhiệt. Dao động
nhiệt làm suy giảm lực liên kết, do đó làm tăng tính dẻo của kim loại, đồng thời dao động

nhiệt có khả năng đưa các nguyên tử từ trạng thái mất cân bằng về trạng thái cân bằng, do
đó giảm sự xô lệch mạng, khử biến cứng và làm tăng tính dẻo của kim loại…Khi nung
nóng, kim loại có khả năng chuyển từ pha này sang pha khác có tính dẻo cao hơn. Ví dụ:
Fe

là pha có tính dẻo thấp, khi nung lên trên 723
0
C nó chuyển thành Fe

có tính dẻo cao
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

112
hơn.
Kim loại sau khi biến dạng dẻo, thường ở trạng thái biến cứng, khả năng biến dạng tiếp
theo giảm. Muốn biến dạng tiếp tục phải làm mất biến cứng, phục hồi tính dẻo bằng cách
nung nóng kim loại lên một nhiệt độ nhất đònh. Phụ thuộc vào nhiệt độ nung, sự phục hồi
các tính chất ban đầu của kim loại được gọi là quá trình kết tinh lại.
Các quá trình chuyển biến trong kim loại khi nung nóng:
1. Quá trình hồi phục: khi nung kim loại đã qua biến dạng nguội đến nhiệt độ
không cao lắm
 T
1
= (0,25 0,3)T
chảy
, nhờ dao động nhiệt có khả năng khử bỏ được một
phần ứng suất dư và sự xô lệch mạng làm tăng tính dẻo kim loại, hiện tượng đó gọi là hồi
phục. Hồi phục làm cho độ bền kim loại giảm, tính dẻo tăng, tính chống gỉ tăng.

2. Quá trình kết tinh lại: Khi nung đến nhiệt độ T
2
= 0,4 T
chảy
bên trong kim loại
sẽ xảy ra hai hiện tượng:
- Xuất hiện những trung tâm kết tinh có mạng tinh thể hoàn thiện, trung tâm này
lớn lên và tạo thành kim loại có mạng không bò xô lệch.
- Tụ tập những hạt nhỏ bé và không đều thành những hạt lớn hơn và đều nhau hơn.
Hai quá trình đó là quá trình kết tinh lại lần 1 và 2.
Khi nhiệt độ nung nóng đạt đến nhiệt độ kết tinh lại, quá trình sinh mầm và phát
triển mầm xảy ra tương tự như quá trình kết tinh, nhưng ở trạng thái rắn, nên được gọi là
quá trình kết tinh lại.
Nhiệt độ kết tinh lại (T

KTL
) là nhiệt độ tại đó xảy ra quá trình tạo mầm và mầm
bắt đầu lớn lên ở trong kim loại bò biến dạng dẻo với lượng đáng kể, nhiệt độ này có thể
tính theo công thức kinh nghiệm sau :
T
KTL
=k T
chảy

Trong đó: T
chảy
= nhiệt độ nóng chảy của kim loại
k = hệ số phụ thuộc độ sạch của kim loại và mức độ biến dạng dẻo.
Với: Kim loại nguyên chất kỹ thuật k = 0,4
Nhiệt độ kết tinh lại được tính:

T
KTL
= 0,4 T
chảy

(T
KTL
: nhiệt độ kết tinh lại; T
chảy
: nhiệt độ nóng chảy tính theo
0
K)
Thời kỳ đầu của giai đoạn này các mầm được tạo thành ở những đường tập trung
năng lượng lớn, thường là ở những vùng tập trung các sai lệch mạng như biên giới hạt,
mặt trượt. Do đó, mức độ biến dạng càng lớn số mầm sinh ra càng nhiều. Sau khi sinh
mầm, chúng sẽ lớn lên cho đến khi tiếp xúc nhau thì thời kỳ này kết thúc.
Sự tạo thành hạt mới của thời kỳ này là quá trình tạo những khu vực không có sai
lệch mạng trong kim loại. Các vùng kim loại bò biến dạng được thay thế bằng các hạt mới
chính là quá trình triệt tiêu ứng suất và phục hồi tính dẻo. Do đó, thời kỳ này là thời kỳ có
ý nghóa nhất của toàn bộ quá trình kết tinh lại. Thời kỳ này còn gọi là thời kỳ kết tinh lại
lần thứ nhất .
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

113
Thời kỳ tiếp theo gọi là thời kỳ kết tinh lại lần thứ hai hay kết tinh lại chọn lọc là
thời kỳ các hạt mới vừa tạo thành tiếp tục lớn lên.
Sự lớn lên của các hạt ở đây xảy ra bằng cách các hạt nhỏ hòa tan vào các hạt
lớn để làm tổng diện tích bề mặt tương ứng với trạng thái năng lượng bề mặt thấp hơn.

Sự phát triển của các giai đoạn này phụ thuộc vào các điều kiện sau:
- Nhiệt độ của giai đoạn này càng cao hơn nhiệt độ kết tinh lại (T

KTL
) và giữ
thời gian càng lâu thì hạt càng dễ lớn. Do đó, khi kết thúc gia công áp lực không nên để
lâu ở nhiệt độ này.
- Mức độ biến dạng sau khi kết tinh lại các hạt
được tạo thành có kích thước chênh lệch nhau càng
nhiều, biên giới hạt càng không ổn đònh, có xu hướng
dòch chuyển về phía hạt nhỏ, gọi là hiện tượng “ nuốt
hạt “ để tạo thành hạt lớn hơn. Nếu lượng biến dạng
quá bé (1-2%) tổ chức kim loại hầu như không thay
đổi. Khi lượng biến dạng ở mức độ khoảng 2
 8%, độ
chênh lệch về kích thước hạt sau khi kết tinh lại rất
lớn, hiện tượng nuốt hạt xảy ra mãnh liệt làm cho hạt
nhận được rất lớn. Lượng biến dạng như vậy gọi là
lượng biến dạng tới hạn, được chú ý trong kỹ thuật và
trong sản xuất, cần tránh biến dạng với lượng biến
dạng tới hạn.
Khi lượng biến dạng càng lớn, độ chênh lệch
kích thước hạt sau khi kết tinh lại càng nhỏ, kết quả
sẽ được kim loại hạt nhỏ như trên hình 2-8.
Tóm lại kết tinh lại sẽ giảm khả năng chống biến dạng, độ bền, độ cứng của kim
loại giảm, tính dẻo tăng, phục hồi được tính chất cơ lý của vật liệu, giảm sự không đồng
nhất về thành phần hóa học, khử bỏ ứng suất dư và khử bỏ các vết nứt tế vi.
b.Các hình thức gia công kim loại bằng áp lực:
Căn cứ vào nhiệt độ chia ra 2 hình thức gia côngsau:
1. Gia công nóng: Là hình thức gia công áp lực thực hiện ở nhiệt độ lớn hơn nhiệt

độ kết tinh lại.
T
g.c. nóng
> T
KTL
[
thực tế
T
g.c. nóng
= (0,7  0.9)T
chảy
]

Trong thực tế khi gia công nóng, nhiệt độ kết thúc gia công bao giờ cũng lấy cao
hơn nhiệt độ kết tinh lại lý thuyết một ít để quá trình kết tinh lại xảy ra hoàn toàn.
Ví dụ ở bảng 1

Kim loại T
KTL
lý thuyết(c) T
KTL
thực tế (c)

T rèn (c)
Thép 450 600  700 1300  800

Hình 2
-
8
.Sự phụ thuộc của

kích thước hạt của sắt vào
mức độ biến dạng dẻo (khi
ủ ở nhiệt độ kết tinh lại
không đổi :750
C )
t
th
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

114
Đồng
Latông
Nhôm
270
250
20
450  500
400  500
250  350
800  600
750  600
450  350
Gia công nóng có các ưu điểm sau:
- Do tính dẻo luôn luôn được phục hồi trong quá trình biến dạng nên có thể biến
dạng kim loại với lượng lớn trong một lần nung (có thể lớn hơn 1000%)
- Do kim loại ở trạng thái dẻo cao nên lực gia công bé, dễ gia công. Nhiều kim loại
ở nhiệt độ thường khó gia công, chỉ dễ gia công ở trạng thái nóng như Zn, W…
- Trong quá trình gia công các vết nứt, rỗ bên trong được hàn lại, mật độ kim loại

tăng, do đó cơ tính tăng.
- Gia công nóng có kèm theo quá trình hồi phục và kết tinh lại nên sau khi gia
công kim loại được hồi phục tính dẻo, không bò biến cứng, phục hồi cơ lý hóa tính. Sau khi
gia công nóng do tính dẻo kim loại được phục hồi, nên rất thuận lợi cho gia công cắt gọt
tiếp tục.
Nhược điểm của gia công nóng là:
- Tốn năng lượng để nung nóng kim loại.
- Ở trạng thái nóng khó gia công những chi tiết nhỏ và mỏng (có đường kính và
chiều dày < 2 mm) vì dễ cháy hỏng. Khi nung ở nhiệt độ cao dễ bò ôxy hóa bề mặt tạo
nên lớp vảy ôxýt làm cho độ bóng, độ chính xác gia công thấp, chất lượng lớp bề mặt vật
gia công kém. Sự ôxy hóa và nung bò cháy bề mặt kim loại làm cho vật gia công bò hao
hụt kích thước. Sau khi gia công , kim loại co lại nên độ chính xác về kích thước không
cao. Ngoài ra khi gia công nóng thép, lớp các bon ở bề mặt ngoài dễ bò cháy hao và
khuếch tán ra bên ngoài, làm cho thành phần C ở lớp ngoài giảm đi, độ bền và độ cứng
lớp mặt ngoài của sản phẩm kém đi.
- Khi gia công ở trạng thái nóng, nếu ngừng gia công ở nhiệt độ cao, tốc độ làm
nguội vật gia công quá lớn dễ gây biến dạng, cong vênh hoặc nứt nẻ.
- Một số kim loại và hợp kim có tính dòn nóng khó gia công ở nhiệt độ cao. Ví dụ:
Thép có chứa nhiều S bò dòn nóng, dễ nứt khi gia công nóng.
2. Gia công nguội:
Gia công nguội là hình thức gia công áp lực ở nhiệt độ mà tại đó không xảy ra quá
trình kết tinh lại.

T
g.c. nguội
< T
KTL

Sau khi biến dạng nguội tổ chức kim loại thường có dạng thớ, tính chất kim loại
mang tính có hướng nghóa là tính chất khác nhau theo các hướng khác nhau.

Phương pháp gia công nguội thường dùng để gia công các tấm mỏng, kéo dây, kéo
ống.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

115
A
A
nong


k
ok
t
tt



Đặc điểm của gia công nguội:
- Gia công nguội đạt độ chính xác, độ bóng và chất lượng bề mặt cao hơn gia công
nóng.
- Gia công nguội kim loại không bò ôxy hóa, không bò cháy nên không hao phí kim
loại, vật gia công không bò hao hụt kích thước.
- Gia công thép mặt ngoài không bò thoát cácbon, tổ chức dễ bò vỡ vụn, hạt nhỏ
nên cơ tính tốt.
- Gia công nguội, kim loại dễ bò biến cứng, tính dẻo giảm, trở lực biến dạng tăng
nên tốn lực và công biến dạng. Nếu mức độ biến dạng càng tăng thì biến cứng càng
nhiều, tiếp tục gia công vật gia công dễ bi nứt nẻ. Muốn phục hồi tính dẻo cần phải nung
nóng (cần phải mang ủ).

1.3.5 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng:
Tốc độ biến dạng thể tích tương đối W là lượng biến dạng của một đơn vò thể tích
v
dv
trong một đơn vò thời gian dt, biểu thò bằng công thức:

vdt
dv
w 
Cần phân biệt tốc độ biến dạng với tốc độ của hành trình thiết bò. Ví dụ: một vật
dài 100 mm, một vật khác dài 10 mm đều được kéo dài trên máy kéo có tốc độ của hành
trình máy là 10 mm/s nhưng tốc độ biến dạng của vật thứ nhất là 10%/s, của vật thứ hai là
100%/s.
Khi tác dụng lực, năng lượng sinh ra dùng cho biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi và
tồn tại ở dạng ứng suất dư v.v…
Năng lượng tiêu hao cho biến dạng dẻo phần lớn chuyển thành nhiệt năng tỏa ra
xung quanh và được biểu thò bằng mức độ tỏa nhiệt
:

Trong đó: A
nóng
- Công sinh ra do biến dạng dẻo
A - Công của thiết bò cung cấp.
Đối với kim loại khác nhau  khác nhau thường đạt từ 0,75  0,90. Nhiệt lượng này
làm cho vật có nhiệt độ lúc biến dạng là t
k
cao hơn nhiệt độ ban đầu t
o
. Hiệu ứng nhiệt 
biểu thò bằng công thức:

Tốc độ biến dạng càng cao thì
 càng lớn, tốc độ biến dạng càng thấp thì do nhiệt
độ truyền vào dụng cụ v.v…nên  nhỏ. Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng có thể tóm tắt như
sau:
1. Tăng tốc độ biến dạng sẽ làm giảm tính dẻo của kim loại:
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

116
a. Nếu tốc độ quá trình biến cứng khi biến dạng lớn hơn tốc độ quá trình khử biến
cứng (tức là tốc độ sinh biến mềm). Ví dụ: Khi gia công nóng, nếu tốc độ biến dạng tăng
thì quá trình kết tinh lại không đủ thời gian thực hiện hoàn toàn, nếu tốc độ biến cứng lớn
hơn tốc độ kết tinh lại để khử biến cứng làm cho trở lực biến dạng tăng và tính dẻo giảm.
b. Do tác dụng của hiệu ứng nhiệt làm cho kim loại đạt đến nhiệt độ có tính dẻo
thấp. Ví dụ: khi nung thép đến nhiệt độ rèn cao nhất, nếu làm biến dạng với tốc độ biến
dạng lớn sẽ sinh ra nhiệt nhiều làm thép đạt đến nhiệt độ quá nhiệt làm cho tính dẻo
giảm, gia công dễ bò nứt.
2. Tăng tốc độ biến dạng sẽ làm tăng tính dẻo của kim loại:
a. Do tác dụng của hiệu ứng nhiệt làm cho kim loại có tốc độ khử biến cứng (tốc
độ biến mềm) lớn hơn tốc độ biến cứng. Ví dụ: Khi gia công nguội, nếu tốc độ biến dạng
tăng, nhiệt sinh ra nhiều thì sẽ tạo điều kiện cho sự hồi phục và kết tinh lại thực hiện, làm
cho trở lực biến dạng giảm, tính dẻo tăng.
b. Do tác dụng của hiệu ứng nhiệt làm cho kim loại đạt đến nhiệt độ mà kim loại
có tính dẻo cao. Ví dụ : Latông (đồng thau) LCuZn41 nung tới nhiệt độ 700
C là nhiệt độ
mà nó có tính dẻo thấp, từ 700  800C là nhiệt độ nó có tính dẻo cao. Nếu gia công ở gần
700C với tốc độ biến dạng lớn, quá trình gia công sẽ sinh ra nhiệt làm cho nhiệt độ vật
gia công tăng lên và đạt tới khoảng 730  740C là khoảng nhiệt độ mà LCuZn41 có tính

dẻo cao, do đó tăng tính dẻo của kim loại.
1.4 Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức và tính chất của kim loại:
1.4.1 Ảnh hưởng của biến dạng dẻo tới tổ chức và cơ tính kim loại:
Biến dạng dẻo có ảnh hưởng lớn tới tổ chức và cơ tính kim loại. Tùy thuộc vào
nhiệt độ, tốc độ biến dạng, trạng thái tổ chức kim loại trùc khi gia công mà sau khi gia
công tổ chức và cơ tính thu được cũng khác nhau:
- Khi gia công nguội các hạt bò vỡ nát thành những hạt nhỏ hơn làm cho độ hạt
giảm đi và cơ tính tăng lên. Khi gia công nóng nếu nhiệt độ ngừng biến dạng càng cao thì
hạt càng thô to do đó cơ tính càng kém. Nếu
tốc độ biến dạng và mức độ biến dạng càng
tăng thì sự vỡ nát của các hạt càng nhiều và
độ hạt càng giảm do đó cơ tính càng cao. Độ
hạt trước khi biến dạng càng nhỏ và đều thì
sau khi gia công hạt càng nhỏ và đều do đó
cơ tính càng cao.
- Tổ chức kim loại vật đúc có dạng
nhánh cây, hạt không đều, có nhiều khuyết
tật như xốp co, rỗ khí, rỗ co, lõm co…nhờ
biến dạng dẻo các khuyết tật trên được khử
bỏ, tăng độ mòn chặt của kim loại làm cho
cơ tíng tăng lên.
Hình 2
-
9
Sơ đồ biểu diễn sự
thay đổi dạng hạt và cơ tính.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

117
- Biến dạng dẻo có thể biến tổ chức hạt thành tổ chức thớ, có thể tạo được các loại
thớ uốn xoắn khác nhau làm tăng cơ tính của sản phẩm.
Tốc độ biến dạng cũng có ảnh hưởng lớn tới cơ tính sản phẩm. Nếu tốc độ biến
dạng càng lớn thì độ biến cứng càng nhiều, sự không đồng đều của biến cứng càng
nghiêm trọng và sự phân bố thớ càng không đều đặn do đó cơ tính càng kém. Ví dụ : rèn
khuôn và dập thể tích trên máy ép có tốc độ biến dạng thấp nên kim loại biến dạng từ từ,
thớ đều đặn hơn, kim loại biến dạng triệt để hơn do đó cơ tính sản phẩm cao hơn so với
gia công trên máy búa.
- Đối với phôi có tổ chức thớ (ví dụ phôi cán, kéo sợi…) nhờ biến dạng dẻo có thể
cải tạo lại các thớ làm cho cơ tính sản phẩm cao hơn. Ví dụ: có thể chồn để tạo thớ gấp
khúc, xoắn để tạo thớ xoắn, uốn dòch trượt để tạo thớ uốn theo đường trục của chi tiết làm
cho khả năng chòu lực của sản phẩm tăng lên.
Tóm lại sau biến dạng dẻo thường xảy ra hiện tượng biến cứng làm độ bền, độ cứng
của kim loại tăng lên và ngược lại độ dẻo, độ dai giảm xuống ( hình 2-9), giảm khả năng
chống mài mòn, gây khó khăn cho quá trình gia công cắt gọt. Mặt khác, gia công áp lực
làm thay đổi tổ chức ban đầu của kim loại, biến tổ chức hạt thành tổ chức thớ hoặc làm
thay đổi hướng thớ. Vì thế trong kỹ thuật, khi thiết kế và gia công cần tận dụng tổ chức
thớ để làm tăng khả năng chòu lực của chi tiết:
- Muốn tăng độ bền thì khi chi tiết chòu kéo hoặc nén phải bố trí phương của lực
tác dụng trùng với phương của thớ.
- Nếu chi tiết chòu ứng suất cắt phải bố trí phương của lực tác dụng vuông góc với
phương của thớ.
- Cần chú ý không nên cắt đứt thớ khi gia công mà nên uốn thớ theo đường bao
của chi tiết để tăng độ bền và tiết kiệm vật liệu.
Ví dụ: - Khi uốn chi tiết như hình 2-10a, độ bền cao hơn hẳn chi tiết bò cắt đứt thớ
như hình 2-10b.

Hình 2
-
10
Thớ kim loại và phương pháp gia công sản phẩm.
a) Uốn thớ b; c) Cắt đứt thớ d) Vuốt bulông e) Chồn bulông.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

118

- Khi chế tạo bulông
Nếu dùng phương pháp cắt gọt từ thép cán (hình 2-10c) thì thớ kim loại bò cắt
ngang, khi làm việc mũ bulông chòu ứng suất tiếp dọc thớ do đó dễ bò hỏng .
Nếu dùng cách vuốt nhỏ phần thân bulông thì một phần thớ ở mũ bulông thẳng
góc với ứng suất tiếp nên cơ tính tốt hơn (hình 2-10d).
Nếu dùng phương pháp chồn một đầu từ thép cán có đường kính bằng thân bulông
thì hầu hết thớ ở đầu bulông thẳng góc với ứng suất tiếp do đó khả năng chòu lực của
bulông là tốt nhất (hình 2-10e).
1.4.2 Ảnh hưởng của biến dạng dẻo tới lý tính kim loại:
Biến dạng dẻo làm tăng điện trở, giảm tính dẫn điện và làm thay đổi từ trường
trong kim loại.
- Tính dẫn điện: Biến dạng dẻo tạo ra sai lệch trong mạng tinh thể làm tính liên

tục của điện trường trong tinh thể bò phá vỡ do đó làm điện trở của kim loại sau khi biến
dạng tăng lên. Ngoài ra, biến dạng dẻo cũng làm xô lệch vùng tinh giới hạt tăng lên tạo ra
những màng chắn cản trở sự chuyển động tự do của điện tử, đó cũng là nguyên nhân làm
tăng điện trở của kim loại. Ở đa số các kim loại sau khi biến dạng dẻo điện trở tăng 2

5%, cá biệt điện trở của vonfram lại giảm 30  50%.
-Tính dẫn nhiệt: Biến dạng dẻo làm giảm tính dẫn nhiệt, lý do chủ yếu cũng do
biến dạng dẻo làm xô lệch mạng, làm xô lệch vùng tinh giới, làm giảm biên độ dao động
nhiệt của các điện tử do đó giảm khả năng dẫn nhiệt. Sự giảm này không lớn lắm, tuy
nhiên ở các trường hợp cần thiết cũng phải tính đến để tìm biện pháp khắc phục.
-Từ tính: các sai lệch tạo ra khi biến dạng dẻo làm thay đổi cách bố trí từ trường
cơ bản trong kim loại do đó làm thay đổi từ tính, độ thấm từ , độ từ giảo và độ từ dư giảm,
lực khử từ và diện tích vòng từ trễ tăng. Như vậy, đối với những thép dùng chế tạo nam
châm thì biến dạng dẻo có tác dụng tốt, nhưng các thép làm lõi biến thế, lõi dẫn từ thì
biến dạng dẻo có ảnh hưởng xấu.
1.4.3 Ảnh hưởng của biến dạng dẻo tới hóa tính:
Sau khi biến dạng dẻo năng lượng tự do của kim loại tăng do đó hoạt tính hóa học
của kim loại tăng lên. Điều này có thể thấy rõ khi tẩm thực hai mẫu kim loại trước và sau
khi biến dạng dẻo, mẫu sau khi biến dạng dẻo tẩâm thực nhanh hơn.
1.5 Các đònh luật cơ bản áp dụng khi gia công kim loại bằng áp lực:
1.5.1 Đònh luật biến dạng đàn hồi tồn tại đồng thời với biến dạng dẻo:
Đònh luật này phát biểu như sau: “Khi biến dạng dẻo kim loại, đồng thời với biến
dạng dẻo có xảy ra biến dạng đàn hồi. Quan hệ giữa lực và biến dạng khi biến dạng đàn
hồi tuân theo đònh luật HUC”.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

119
Vì có biến dạng đàn hồi khi biến dạng dẻo nên kích thước của chi tiết sau khi gia

công khác với kích thước của nó khi đang gia công. Ví dụ: góc uốn của chi tiết khác với
góc khi đang uốn ( tức là khác với góc của khuôn uốn).
Căn cứ vào đònh luật này khi thiết kế vật rèn, dập và khuôn cần chú ý lượng biến
dạng dư do biến dạng đàn hồi gây nên.
1.5.2 Đònh luật ứng suất dư :
“Bên trong bất cứ kim loại biến dạng dẻo nào cũng đều sinh ra ứng suất dư cân
bằng nhau”.
Do sự biến dạng không đều trên toàn thể tích kim loại, do sự phân bố nhiệt
không đều, do thành phần tổ chức kim loại không đều nên sau khi gia công trong kim loại
còn tồn tại ứng suất dư, trong đó ứng suất dư loại 1 ( là ứng suất được cân bằng trên toàn
thể tích vật thể) là quan trọng nhất. Nếu sau khi gia công ứng suất dư loại 1 được cân bằng
trong toàn thể tích thì vật sẽ giữ nguyên hình dáng và kích thước sau khi gia công, nếu
không cân bằng, sau một thời gian dài ngắn khác nhau vật sẽ tự biến dạng để phân bố lại
ứng suất. Sự tự biến dạng như vậy là điều không mong muốn trong sản xuất.
Như vậy ứng suất dư này tồn tại bên trong vật thể sau khi biến dạng làm giảm tính
dẻo, giảm độ bền và độ dai va chạm, làm cho vật thể có thể biến dạng hoặc bò phá hủy.
1.5.3 Đònh luật thể tích không đổi:
“Thể tích của vật thể trước khi biến dạng bằng thể tích vật thể sau khi biên dạng”.
Trên thực tế thể tích của vật thể khi biến dạng dẻo có thay đổi nhưng giá trò
không đáng kể, có thể bỏ qua.
Đònh luật này có ý nghóa lớn trong thực tiễn, nó cho ta biết biến dạng theo các
phương khi có ngoại lực tác dụng.
Chẳng hạn xét một vật thể biến dạng, giả thiết kích thước vật thể trước khi biến
dạng là l
0
, b
0
, h
0
; kích thước vật thể sau khi biến dạng là l

1
, b
1
, h
1
. Theo điều kiện thể tích
không đổi thì:
l
0
. b
0
. h
0
= l
1
. b
1
. h
1
(1)
Ký hiệu:
1
0
1
ln


l
l
;

2
0
1
ln


b
b
;
3
0
1
ln


h
h

Từ (2) ta có 
1
+ 
2
+ 
3
= 0 (3)

1
; 
2
; 

3
gọi là các ứng biến chính (các biến dạng thẳng).
Phương trình 
1
+ 
2
+ 
3
= 0 gọi là phương trình điều kiện thể tích không đổi. Từ phương
trình trên ta có thể rút ra các kết luận sau:
)2(0lnlnln
0
1
0
1
0
1

h
h
b
b
l
l
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

120
a.Khi tồn tại cả 3 ứng biến chính thì dấu của một ứng biến phải trái dấu với hai ứng

biến kia và trò số bằng tổng 2 ứng biến kia.
Ví dụ: Khi chồn một thỏi kim loại thì chiều cao giảm đi, chiều dài và chiều rộng
tăng lên. Lượng giảm thể tích theo chiều cao sẽ bằng tổng lượng tăng thể tích theo chiều
dài và chiều rộng.
Khi ấy:
1
0
1

h
h
; 1
0
1

l
l
; 1
0
1

b
b

Do đó: 
3
< 0 ; 
1
> 0 ; 
2

> 0
Ta có: 
1
+ 
2
= -
3

Từ đây: 1
3
2
3
1






Nếu biết 40,0
3
1



thì 60,0
3
2




, điều này có nghóa là: sau khi biến dạng có 40%
kim loại chuyển ra theo chiều dài và 60% chuyển ra theo chiều rộng.
b. Khi có một ứng biến chính bằng 0 thì hai ứng biến kia còn lại phải ngược dấu
nhau và có trò số tuyệt đối bằng nhau.
Ví dụ: Khi chồn nếu hạn chế để không có dãn dài, tức là

1
=0 thì 
2
= -
3
. Điều
này có nghóa là lượng giảm thể tích theo chiều
cao bằng lượng tăng thể tích theo chiều rộng.
1.5.4 Đònh luật trở lực bé nhất:
“Trong quá trình biến dạng, các chất
điểm của vật thể sẽ di chuyển theo phương nào
có trở lực bé nhất”.
Đường đi của các chất điểm xác đònh
theo nguyên tắc: hướng di chuyển của một điểm
bất kỳ nào trên mặt phẳng thẳng góc với phương
của lực tác dụng sẽ theo hướng thẳng góc với
chu vi của mặt phẳng ấy. Lượng biến dạng sẽ
nhiều nhất theo hướng có nhiều điểm di chuyển.
Ví dụ: Ép một khối kim loại lăng trụ có tiết diện chữ nhật. Hình 2-11 chỉ sơ đồ
hướng dòch chuyển của các chất điểm trong mặt phẳng thẳng góc với lực tác dụng. Tuân
theo đònh luật này, tiết diện vật thể chuyển dần sang hình tròn để cuối cùng nó có chu vi
bé nhất. Vì thế đònh luật này còn gọi là “ đònh luật chu vi bé nhất ”.

y

x

b



Hình 2
-
11
Sơ đồ di chuyển của
các chất điểm.
a
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

121


Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh