bien dang deo va co tinh 1

19
Chơng 2





Biến dạng dẻo và cơ tính

Đa số vậ t liệ u, đặ c biệ t là kim loạ i, th ờng đợc bá n d ới dạ ng cá c bá n thà nh
phẩ m d ới dạ ng: dâ y, thanh, hì nh, ống, tấ m, lá , bă ng nhờ biế n dạ ng dẻ o (cá n), hoặ c cá c
phôi rè n khả o sát biến dạng dẻ o không những giúp hiể u biế t cơ sở quá trì nh mà còn
giúp đề ra các biệ n phá p nâ ng cao cơ tí nh, khắ c phục những khuyế t tậ t.
2.1. Biế n dạng dẻ o và phá hủy
2.1. Biế n dạng dẻ o và phá hủy 2.1. Biế n dạng dẻ o và phá hủy
2.1. Biế n dạng dẻ o và phá hủy




2.1.1.
2.1.1.2.1.1.
2.1.1. Khái niệ m
Khái niệ mKhái niệ m
Khái niệ m

Biể u đồ tả i trọng (hay ứng suấ t) vs biế n dạ ng hì nh 2.1. cho thấ y:











- Nế u tiế p tục tă ng tả i trọng đế n giá trị cao nhấ t F
b
, mẫ u bị thắ t lạ i tả i trọng
=const (hoặ c ) nh ng ứ/s phá hủy ở điể m c.

Sự biế n đổi về mạ ng tinh thể ở ba trạ ng thá i trê n trì nh bà y ở hì nh 2.2.




a) b) c) d)

Khi biế n dạ ng đà n hồi thì biế n dạ ng nhỏ a<a, biế n dạ ng dẻ o thì a>a, với a là thông
số mạ ng
phá hủy cá c liê n kế t bị hủy hoạ i dẫ n đế n đứt rời.
Biế n dạ ng dẻ o = cá ch tr ợt (đôi khi xả y ra bằ ng song tinh), ở đâ y chỉ giới hạ n khả o sá t
biế n dạ ng dẻ o d ới hì nh thức nà y.
2.1.2.
2.1.2.2.1.2.
2.1.2. Trợt đơn tinh thể
Trợt đơn tinh thểTrợt đơn tinh thể
Trợt đơn tinh thể

Tr ợt là sự chuyển dời tơng đối giữa các phần của tinh thể theo những mặt và ph ơng
nhất đị nh gọi là mặ t và ph ơng tr ợt (hì nh 2.3.)
a. Các mặt và phơng trợt
a. Các mặt và phơng trợta. Các mặt và phơng trợt
a. Các mặt và phơng trợt














Mặt tr ợt là mặt (t ởng t ợng) phân cách giữa hai mặt nguyê n tử dày đặc nhất mà theo
đó sự tr ợt xảy ra.
Cá c mặ t và phơng tr ợt của ba kiể u mạ ng tinh thể th ờng gặ p đ ợc trì nh bà y ở hì nh
2.4:
- M
ạ ng lftm (A1): mặ t tr ợt {111}, (4 mặ tx3 ph ơng)=12 hệ tr ợt chí nh khá c nhau.
- M
ạ ng lftk (A2): mặ t tr ợt {110}, (6 mặ t x 2 ph ơng)= 12 hệ tr ợt chí nh khá c nhau.

- Mạ ng lgxc (A3): mặ t tr ợt, (1 mặ t x 3 ph ơng)= 3 hệ tr ợt chí nh khá c nhau.
- Khi F < F
đh
, độ giã n dà i l tỷ lệ bậ c nhấ t với tả i trọng
biế n dạng đàn hồi. Với F
1
biế n dạ ng O1, bỏ tả i
trọng mẫ u lạ i trở lạ i kí ch th ớc ban đầ u.
- Khi F > F
đh
, độ biế n dạ ng tă ng nhanh theo tả i trọng,
khi bỏ tả i trọng biế n dạ ng vẫ n còn lạ i một phầ n biế n
dạng dẻ o. Khi F= F
a


biế n dạ ng Oa'', khi F=0

biế n
dạ ng Oa' biế n dạ ng dẻ o hay d ,

Hì nh 2.1.
Biểu đồ kéo kim
li
a
a
đ
ộ
dã n dà i
tả i trọng F

F
b
F
a
F
đh
F
l
a
b
c
e
l
O
Hì nh 2.2
.
Sơ đồ biến đổi mạng tinh thể
khi lần lợt tăng tải trọng ban đầu (a),
biến dạng đàn hồi (b), biến dạng dẻo
(
c
),

p
há hủ
y

(
d
)

20
- Ngoà i cá c mặ t, ph ơng tr ợt chí nh kể trê n còn có khả nă ng bị trợt theo các mặ t,
ph ơng dà y đặ c khá c tuy không phả i là dà y đặ c nhấ t.












Hì nh 2.3.
Sơ đồ biểu diễn sự trợt: a. đơn
tinh thể và mạng tinh thể trớc khi trợt,
b. hì nh dạng đơn tinh thể và mạng

tinh thể
sau khi trợt.

Hì nh 2.4.
Các mặt và phơng trợt cơ
bản của kim loại:
a.

lập phơng tâm khối, <100>

b.

lập phơng tâm mặt,<111>
c. lục giác xếp chặt, <0001>
- Khả nă ng biế n dạ ng dẻ o của kim loạ i tỷ lệ thuậ n với số hệ trợt chí nh: số hệ trợt càng
cao khả nă ng trợt cà ng lớn kim loạ i cà ng dễ biế n dạ ng dẻo
- Thực tế đã chứng tỏ điều này: Fe

,Al,Ag,Cu (mạ ng A1) dẻ o và dễ dá t mỏng hơn Zn
(A3).
So với lftk (A2) mạ ng lftm (A1) tuy cùng 12 hệ tr ợt nh ng dễ tr ợt hơn tí nh dẻ o cao
hơn
b.
b.b.
b.
ứ
ng suất gây ra trợt
ng suất gây ra trợtng suất gây ra trợt
ng suất gây ra trợt


Đị nh luật Schmid.
Khi >
th
(xá c đị nh đối với từng kim loại)
tr ợt mới xả y ra. Giá trị của

=?

=

S
F
cos.cos=
O
S
F
sin.cos.cos
trong đó F/S
0
là ứng suấ t ké o
0
thay và o ta có:
= 0,5
0
sin2 cos. Gọi cos.cos là
thừa số
Schmid.
ứng suấ t gâ y ra tr ợt phụ
thuộc và o góc

&

qua thừa số Schmid.
Khi = 90
o
hay = 90
o
= 0, lực F chỉ là m
phá hủy mà không xả y ra biế n dạ ng dẻ o.

Hì nh 2.5. Trợt trong đơn tinh thể
Khi (+) 90
o
,
max
= 0,5ơ
0
khi = = 45
o
.
H
ệ tr ợt nào có
max
thuậ n lợi nhấ t tr ợt xả y ra
tr ớc

cá c hệ í t thuận lợi hơn.
Hì nh thá i của tr ợt: hì nh 2.2c và 2.3b: cá c bậ c tr ợt, dải
tr ợt.

Hì nh 2.5b. Bậ c tr ợt và dải
tr ợt
bậ c
dả i
a)
b)
a)
b)
c)
ph ơng
tr ợt
mặ t
tr ợ
F




F
F
21
c.
c.c.
c. Tí nh dễ trợt

Tí nh dễ trợt Tí nh dễ trợt
Tí nh dễ trợt -

- cơ chế trợt
cơ chế trợt cơ chế trợt
cơ chế trợt


Độ bề n lý thuyế t:
t.h

2
G
, rấ t cao. Thực tế có lệ ch
t.h

43
10810 .
G
ữ
rấ t nhỏ

2.1.3.
2.1.3.2.1.3.
2.1.3. Tr
TrTr
Trợt đa tinh thể
ợt đa tinh thểợt đa tinh thể
ợt đa tinh thể



Vậ t liệ u kim loạ i thực tề luôn luôn là VL đa tinh thể .


a.
a.a.
a.

Các đặc điể m
Các đặc điể mCác đặc điể m
Các đặc điể m




Đặ c điể m của tr ợt đa tinh thể :
1) Các hạt bị biến dạng không đồng thời với mức độ khác nhau
2) Có tí nh đẳng h ớng: số hạ t vô cùng lớn
3) Đa tinh thể c
ó độ bề n cao hơn
: Cá c hạ t cả n trở biế n dạ ng lẫ n nhau, biê n hạ t cả n tr ợt.

lực cao hơn

độ bề n cao hơn.
4) Hạt càng nhỏ độ bền và độ dẻ o càng cao
: hạ t nhỏ có tổng diệ n tí ch biê n hạ t lớn hơn,
sẽ cả n tr ợt mạ nh hơn nê n là m tă ng độ bề n. Theo Hall - Petch:



ch
=

o
+
+ +
+
d
k
,
Khi hạ t nhỏ đi
tăng độ dai
vậ t liệ u khó bị phá hủy giòn rấ t u việ t
b.
b.b.
b. Tổ chức và tí nh chất của kim loại sau khi biế n dạng dẻ o
Tổ chức và tí nh chất của kim loại sau khi biế n dạng dẻ oTổ chức và tí nh chất của kim loại sau khi biế n dạng dẻ o
Tổ chức và tí nh chất của kim loại sau khi biế n dạng dẻ o

1) Sau khi biế n dạ ng xô lệ ch mạ ng t/thể .





=0 =(40-50)%


=(40-50)%

=(70-90)%
Hì nh 2.7. Sự thay đổi tổ chức sau biến dạng
Textua biế n dạ ng. Ví dụ khi cá n: Al mạ ng A1: - cá c mặ t {110} song song với mặ t cá n
2) Biế n dạ ng dẻ o do xô lệch mạng ứng suất d , cho cơ tí nh , ứng suất né n d
bề mặ t là m giới hạ n mỏi: lă n é p, phun bi.
3) Xu h ớng thay đổi cơ tí nh sau khi biế n dạng dẻ o (hì nh 2.8):
. Bề n (
đh
,
0,2
), cứng , dẻ o
. Dẫ n điệ n và tí nh chống ă n mòn giả m

Hì nh 2.8. ảnh hởng của độ biến dạng đến cơ tí nh của kim loại nói chung (a) và Cu
nói riêng (b).
tạ p chấ t
Hì nh 2.6.
Mô hì nh trợt trong mạng tinh
thể thực tế (có lệch biên)





tí nh chất

0,2



b



đ
ộ

dẫ n



b
,

02
,
ksi


0
,
2


b


đ
ộ
dã n dà i,
20

40

60
a)

b)

22
2.1.4.
2.1.4.2.1.4.
2.1.4. Phá hủy
Phá hủyPhá hủy
Phá hủy


ứ
ng suấ t > [
b
] phá hủy do gã y, vỡ hoặ c đứt (fractography).
Đầu tiê n xuất hiệ n vế t nứt tế vi trê n bề mặt hay ở sâu bê n trong

phát triể n vế t nứt

phá
huỷ
Tuỳ theo tải trọng:

a.
a.a.
a.

Tải trọng tĩ nh
Tải trọng tĩ nhTải trọng tĩ nh
Tải trọng tĩ nh

Tả i trọng tĩ nh: Phá hủy giòn và phá hủy
dẻ o




- Phá hủy dẻ o kè m theo biế n dạ ng dẻ o
- Phá hủy giòn không kè m theo biế n dạ ng
- Phá huỷ giòn xảy ra đột ngột (d), phá huỷ
dẻ o xả y ra từ từ (a) chậ m (b), nhanh (c)
- Công cho phá huỷ dẻ o lớn hơn
- Phá huỷ dẻo hay giòn do:
+ bản chấ t VL: thé p, Al, Cu phá huỷ dẻo,
gang giòn.
ceramic, polyme nhiệ t rắ n phá huỷ giòn

a) b) c) d)
Hì nh 2.9.
Các dạng mặt gãy khi phá hủy
+ T
o
phá huỷ giòn, tải trọng đặt vào nhanh, đột ngột phá huỷ giòn
-+ Kế t cấ u gâ y tậ p trung ứng suấ t (hạ bậ c đột ngột, rã nh, khí a, nứt, ) dể gâ y phá huỷ
giòn
Cơ chế p
Cơ chế pCơ chế p
Cơ chế phá hủy
há hủyhá hủy
há hủy



Phá hủy theo 4 giai đoạ n sau:
1) hì nh thành vế t nứt (tế vi),
2) vế t nứt tế vi phát triể n d ới tới hạn, tới hạ n
3) vế t nứt tới hạn phát triể n nhanh,
4) nứt chấ m dứt và gã y rời,

trong đó cá c giai đoạ n 1,2 và 3 đ ợc coi là quan trọng nhấ t,
đá ng để ý nhấ t.
Tập trung ứng suất
Tập trung ứng suấtTập trung ứng suất
Tập trung ứng suất


Theo A.A Griffith:
max
:

t
max
a

2 =
(2.1)
Gọi


=
max
I
K

là hệ số c ờng độ ứng suấ t,
xác đị nh bằng công thức:

aYK
I

=
(2.2)
Đối với vậ t liệ u giòn, ứng suấ t tới hạ n
gh
cầ n thiế t để phá t triể n vế t nứt là :
a
E2
gh


=
(2.3)
3 kiể u phá t triể n vế t nứt th ờng gặ p (hì nh 2.13):











Hì nh 2.11. Sự hì nh thà nh vế t nứt

n
g
uồn lệ c Frank-Read
cả n trở c/đ
a)
b)

o

t
x
x
2a
x x
a


o
x
x

max
mặ t cắ t dọ c theo
nt
Hì nh 2.12. Sơ đồ vết rỗng (a) và sự phân bố
ứng suất trên tiết diện cắt ngang qua vết rỗng
(b)
23

Hì nh 2.13.
Ba kiểu tải trọng và lan chuyển vết nứt:

Kiểu I là kiểu th ờng gặ p hơn cả và đ ợc đ a và o tí nh toán.
Do tậ p trung ứng suấ t
gh
(công thức 2.3) vế t nứt gâ y phá huỷ giòn vậ t liệ u. Giỏ
tr h s cng ng sut tng ng ti ú c gi l dai phỏ hu ca vt liu,
ký hiu l K
IC
, c trng cho mi loi vt liu
aYK
ghIC
= ,
[N.m
-3/2
] hay

[
MPa.m
1/2
], xá c đị nh bằ ng thực nghiệ m

Đối với vậ t liệ u dẻ o (phầ n lớn kim loạ i và vậ t liệ u polyme), đề u có biế n dạ ng dẻ o tr ớc
khi phá hủy, điề u đó là m cho đỉ nh nứt tù (cùn, bớt sắ c nhọn) đi, bá n kí nh cong tă ng lê n,
nhờ đó làm tăng
gh
và K
IC
.
Bảng 2.1. Giới hạn chảy và độ dai phá hủy biến dạng phẳng của một số loại vật liệu
Vậ t liệ u

0,2
, MPa
K
IC
, MPa
m

Vậ t liệ u

0,2
, MPa
K
IC
, MPa
m

Kim loạ i Ceramic và polyme
Hợp kim nhôm 2024-
T351

325 36
Hợp kim nhôm 7075-
T651
505 29
oxit nhôm - 3-5,3
Thuỷ tinh - 0,7-0,8
Bê tông - 0,2-1,4
Thé p 4340,tôi +ram
260
o
C Thé p 4340,tôi
+ram 425
o
C
1640
1420
50
87,4
Polyme ,PMMA
Polystyren, PS
-
-
1,0
0,8-1,1
b.
b.b.
b. Trong điề u kiệ n tải trọng thay đổi theo chu kỳ
Trong điề u kiệ n tải trọng thay đổi theo chu kỳTrong điề u kiệ n tải trọng thay đổi theo chu kỳ
Trong điề u kiệ n tải trọng thay đổi theo chu kỳ

Cầ u, trục, bá nh ră ng, chị u tả i trọng không lớn (<<
0,2
) nh ng thay đổi theo chu kỳ, vẫ n
có thể bị phá hủy sau thời gian dà i và t ơng đối dài (> 10
5
ữ 10
6
chu kỳ) phá hủy mỏi.
Cơ chế : từ vế t nứt đầ u tiê n, thờng nằ m ở trê n bề mặ t là nơi chị u ứng suấ t ké o lớn nhấ t,
điề u kiệ n thuậ n lợi phá t triể n vế t nứt.
Vế t nứt tế vi trê n bề mặ t: rỗ co, bọt khí , tạ p chấ t, x ớc, lồi lõm tă ng độ bóng bề mặ t
Vế t nứt có thể sinh ra d ới tá c dụng của tả i trọng thay đổi theo chu kỳ (hì nh 2.15a).





Hì nh 2.15a. Sơ đồ hì nh thà nh vế t nứt
mỏi





Hì nh 2.15b. Sơ đồ mặt gã y khi phá huỷ mỏi

Mặ t gã y ở chỗ phá hủy mỏi (hì nh 2.15b).
2.2.
2.2.2.2.
2.2.

Các đặc trng cơ tí nh thông thờng và ý nghĩ a
Các đặc trng cơ tí nh thông thờng và ý nghĩ aCác đặc trng cơ tí nh thông thờng và ý nghĩ a
Các đặc trng cơ tí nh thông thờng và ý nghĩ a






mặ t











vế t nứt nguồn lệ ch
Frank-Read

k

k
vùng 1, sát
bề mặ t là
vế t nứt đầ u
vùng 3,
phá
hỷ
biế n dạ ng
hẳ
ứng suấ t
ẳ
chiề u dày
Độ da i phá
K
IC
Hì nh 2.14. ảnh h ởng của chiề u
dà y
B
th
Kiể u I=kéo
Kiể u
Kiể u III=xé
24
Cơ tí nh cho biế t khả nă ng chị u tả i của vậ t liệ u trong cá c điề u kiệ n t ơng ứng, là cơ sở
của cá c tí nh toá n sức bề n, khả nă ng sử dụng và o một mục đí ch nhấ t đị nh. Cá c đặ c
tr ng cơ tí nh đ ợc xá c đị nh trê n cá c mẫ u chuẩ n.
Th ờng gặ p nhấ t là độ bền, độ dẻ o, độ cứng, độ dai va đậ p, độ dai phá hủy.
2.2.1.
2.2.1.2.2.1.

2.2.1. Độ bề n (tĩ nh)
Độ bề n (tĩ nh)Độ bề n (tĩ nh)
Độ bề n (tĩ nh)


Tùy theo đặ c điể m của tả i trọng ng ời ta phâ n biệ t độ bề n ké o, né n, uốn, xoắ n Bề n và
độ dẻ o khi ké o là thông dụng hơn cả nê n không cầ n phả i ghi chú, trờng hợp còn lạ i đều
phả i ghi chú (né n, uốn hay xoắ n ).
a.
a.a.
a. Các chỉ tiê u
Các chỉ tiê uCác chỉ tiê u
Các chỉ tiê u


Đặ c tr ng cho độ bền tĩ nh:
đh
,
C
,
b
: kG/mm
2
, MPa, psi, ksi (Anh & Hoa kỳ),. Quan hệ
giữa các đơn vị th ờng gặ p nh sau:
1kG/mm
2
10MPa, 1kG/mm
2
1,45 ksi, 1ksi = 10

3
psi
Giới hạn đàn hồi
đh
, khó xác đị nh chấ p nhậ n
0,01

hay
0,05
theo công thức:


0
dh
dh
S
F
=
MPa,
0
01,0
01,0
S
F
=
MPa, hay
0
05,0
05,0
S

F
=
MPa,
Giới hạ n chảy vật lý



ch
,
G
GG
Giới hạn chảy quy ớc



0,2
, [MPa]
Giới hạn bề n



b
:
0
b
b
S
F
=
, [MPa], trong đó:

b.
b.b.
b. Các yế u tố ảnh hởng
Các yế u tố ảnh hởngCác yế u tố ảnh hởng
Các yế u tố ảnh hởng


Cá c phơng phá p nâ ng cao độ bề n:
giảm
giảmgiảm
giảm hoặ c tăng mật độ lệ ch
tăng mật độ lệ chtăng mật độ lệ ch
tăng mật độ lệ ch.
. Giả m: Sợi Fe là 13000MPa, Fe armco 250MPa
. Tă ng: biế n dạ ng nguội, hợp kim hoá , nhiệ t luyệ n,
c.
c.c.
c.

Cá
CáCá
Các biệ n pháp hóa bề n vật liệ u
c biệ n pháp hóa bề n vật liệ uc biệ n pháp hóa bề n vật liệ u
c biệ n pháp hóa bề n vật liệ u


Biế n dạ ng dẻ o
:

tă ng mậ t độ lê ch

tă ng độ bền:
dậ p, gò, uốn, gậ p, ké o, cán nguội biế n cứng, tă ng
bề n

Hì nh 2.16. Thay đổi độ bề n theo
mậ t độ lệ ch
Hợp kim hóa
: đ a nguyê n tử lạ và o

tă ng xô lệ ch mạ ng và mậ t độ lệ ch

tă ng độ bền,
Tạ o cá c pha cứng phâ n tá n hay hóa bền tiế t pha:

Nhiệ t luyệ n tôi + ram:
tôi và sau đó là ram - tạ o nê n sự quá bã o hòa tăng độ bền, độ
cứng
Hóa - nhiệ t luyệ n:
thấ m C, N tă ng bề n, cứng, chị u mà i mòn, nâ ng cao bề n mỏi
Là m- nhỏ hạt: là m hạ t nhỏ nà y duy nhấ t là m tă ng tấ t cả cá c chỉ tiê u bề n, dẻ o, dai.
2.2.2. Độ dẻo
2.2.2. Độ dẻo2.2.2. Độ dẻ o
2.2.2. Độ dẻo
Độ dẻ o là
Độ dẻ o là Độ dẻ o là
Độ dẻ o là khả năng biế n dạng của vật liệ u
khả năng biế n dạng của vật liệ u khả năng biế n dạng của vật liệ u
khả năng biế n dạng của vật liệ u dới tải trọng
dới tải trọngdới tải trọng
dới tải trọng
a.
a.a.
a. 2
22

2 chỉ tiê u
chỉ tiê u chỉ tiê u
chỉ tiê u :
%100
l
ll
0
01

=
,
%100
S
SS
0
10

=



b.
b.b.
b. Tí nh siê u dẻ o
Tí nh siê u dẻ o Tí nh siê u dẻ o
Tí nh siê u dẻ o

Đ/ n :
Đ/ n :Đ/n :
Đ/ n : Vậ t liệ u có

tới trê n 100% (100 ữ 1000%), đ ợc gọi là siê u dẻ o,
Công dụng:
Công dụng: Công dụng:
Công dụng: chế tạ o cá c sả n phẩ m rỗng, dà i với tiế t diệ n không đồng đều: chai, lọ, ống,


Chế tạo:
Chế tạo:Chế tạo:
Chế tạo: tạ o tí nh siê u dẻ o bằ ng cá ch:
- tạ o tổ chức hạ t rấ t nhỏ, (cỡ hạ t khoả ng 10
à
m), đẳ ng trục, đồng đề u và ổn đị nh khi biế n

dạ ng, đâ y là yế u tố quan trọng nhất,
- biế n dạ ng ở nhiệ t độ cao, cỡ (0,6 ữ 0,85) T
C
o
,
- tốc độ biến dạ ng rấ t chậm, cỡ 10
-4
ữ 10
-3
s
-1
(tức 0,01 ữ 0,1%/s).
mậ t độ lệ ch,
2
10
8
10
10
10
12
độ bền
25
T
r ợt khi siê u dẻ o xả y ra chủ yế u theo biê n hạt
2.2.3.
2.2.3.2.2.3.
2.2.3. Độ dai va đập
Độ dai va đậpĐộ dai va đập
Độ dai va đập:
: :

: Hì nh 2.17: công phá huỷ
Sơ đồ thử va đập (hì nh 2.18).





-







Hì nh 2.17. Công phá huỷ vậ t liệ u













Hì nh 2.18. Sơ đồ thử độ dai va đập

2 loại m
2 loại m2 loại m
2 loại mẫu thử độ dai va đập
ẫu thử độ dai va đậpẫu thử độ dai va đập
ẫu thử độ dai va đập:
::
: 10x10mm dà i 55mm (mẫ u Charpy) và 75mm (Izod) với rã nh
khí a hì nh chữ U hay chữ V: (để tậ p trung ứng suấ t) rộngxsâ u ( 2x2mm). TCVN chỉ quy
đị nh thử theo mẫ u Charpy và ký hiệ u độ dai va đậ p bằ ng a
K
:
Đị nh nghĩ a:
Đị nh nghĩ a:Đị nh nghĩ a:
Đị nh nghĩ a: Độ dai va đậ p là công phá hủy tí nh cho một đ.v. tiế y diệ n cắ t ngang mẫ u:
Công thức tí nh:
S
A
a
K
K
=
, [j/cm
2
] hay [kJ/m
2
]
trong đó: A
K
là công phá hủy, J; S tiế t diệ n mẫ u tạ i chỗ rã nh khí a (0,8cm
2

)
Đơ n vị
Đơ n vịĐơ n vị
Đơ n vị : [j/cm
2
], : [kj/m
2
], : [kgm/cm
2
]
1kGm/cm
2
10J/cm
2
; 1kJ/m
2
0,01kGm/cm
2
; 1kGm/cm
2
100kJ/m
2

Phạm vi áp dụng:
Phạm vi áp dụng: Phạm vi áp dụng:
Phạm vi áp dụng:


Chi tiế t chị u va đậ p a
K

min = 200kJ/m
2
(2kGm/cm
2
), va đập cao phải có a
K

1000kJ/m
2
. Biệ n pháp tăng a
Biệ n pháp tăng aBiệ n pháp tăng a
Biệ n pháp tăng a
K
KK
K
:
::
:
Nế u coi a
K
tỷ lệ với tí ch (
0,2
x ) để a
K
t đồng thời
0,2
& do đó:
- Làm cho hạt nhỏ mị n là ph ơng phá p tốt nhấ t để

a

K
.
- Hóa bề n bề mặt : tôi bề mặ t, hóa - nhiệ t luyệ n vừa bề n, cứng, tí nh chống mà i mòn
mà vẫ n cho a
K
cao, chống va đậ p tốt.
- Tạ o hạ t tròn, đa cạ nh có độ dai cao hơn khi hạ t có dạ ng tấ m, hì nh kim.
- Giả m số l ợng, kí ch th ớc, tạ o hạ t cà ng tròn, phâ n bố đề u của cá c pha rắ n



a
K
.
2.2.4.
2.2.4.2.2.4.
2.2.4. Độ dai phá hủy biế n dạng phẳng
Độ dai phá hủy biế n dạng phẳngĐộ dai phá hủy biế n dạng phẳng
Độ dai phá hủy biế n dạng phẳng



(plane - strain fracture toughness), K
IC

Mẫu thử:
hì nh 2.19 là dạ ng mẫ u đơn giả n nhấ t, vế t nứt mỏi:
- phả i cùng chiề u với rã nh khí a và chạ y dà i trê n suốt chiề u dà y của mẫ u B = W/2,
- trê n cả hai bề mặ t ngoà i, cả 2 bê n vế t nứt mỏi phả i ă n sâ u và o í t nhấ t là 1,3
- chiều dài a (bằ ng rãnh ban đầ u + nứt mỏi) phả i ~ B hay 0,45ữ0,55W.

Quy trì nh thử:
- đặ t ngà m trục và o hai lỗ, tá c dụng lực ké o để rã nh khí a và nứt mỏi đợc mở rộng ra
(nứt phá t triể n theo kiể u I).
- Xâ y dựng biể u đồ tả i trọng ké o - độ mở của rã nh nh hì nh 2.20.



tả i trọng
biế n
vậ t
liệ u
iò
vậ t
liệ u
dẻ
26

Hì nh 2.19.Mẫ u thử độ dai phá huỷ biế n
dạ ng phẳ ng

Hì nh 2.20. Biể u đồ ké o khi thử độ dai phá
huỷ
H s hỡnh hc Y v K
I
ph thuc vo hỡnh dng v ti trng (shape factor):

/im ca ti
trng v vt nt
H s cng
ng sut, K
I
c im ca ti
trng v vt nt
H s cng
ng sut






K
I
=
a
(a<<W)
a.
w2

a
tg
a
w2
K
I



=








a
ca
ca2
K
I


+

=

K
I
=1,1
a
(a<<W)
a
w
a
1
w2
a
tg
a
w2
K
I




=

a
)
t
a
l(
)
t
a
5,1l(1,1
K
2/3
I



=







K
I
= 1,1
a

(a<<W)
a
)
W
a
1(
)
W
a
2,01(1,1
K
2/3
I



=







a
)
t
a
l(
)

t
a
5,1l(1,1
K
2/3
I



=





Để tí nh K
IC
ta phi thc hin cỏc bc sau:
1. Xá c đị nh tả i trọng F
Q
QQ
Q
: kẻ đ ờng thẳ ng OA nghiê ng bằ ng 0,95 so với OB, F
Q
QQ
Q
= F
S
,
2. Kiể m tra lạ i tỷ lệ F

max
/F
Q
QQ
Q
: nế u F
max
/F
Q
QQ
Q
< 1,10 thì t yờu cu
3. Tớnh giỏ trị K
Q
QQ
Q
theo công thức: K
Q
= (F
Q
/BW
1/2
). f (a/w), MPa.m
1/2

trong đó: F
Q
QQ
Q
- tả i trọng ké o đ ợc xá c đị nh nh trê n, kN,

B, W, a - chiề u dày, chiề u rộng mẫ u, chiều dà i nứt, cm.
(2+a/w) (0,886+4,64a/w - 13,32a
2
/w
2
+ 14,72a
3
/w
3
- 5,6a
4
/w
4
)
f(a/w) =


(1 - a/w)
3/2

4. Kim nghim giỏ tr tớnh toỏn
F
F
B
W
rã nh
F
max
A
F

S
= F
Q

tả i trọng F
độ m ca nt


O
B
2W
2a
2W
2a
F
F
c
a
t
l
a
t
l
F


2W
a

2W

a

M
M
27
Tớnh giỏ tr A= 2,5(K
Q
/

o,2
), nu A B(a)

K
Q
= K
IC
,
ý nghĩ a của K
nghĩ a của K nghĩ a của K
nghĩ a của K
IC
ICIC
IC
:
::
:

Là chỉ tiê u cơ tí nh quan trọng nhất để đánh giá khả nă ng chống phá hủy giòn.
- Bit K
IC
v a ứng suấ t thiế t kế phả i thoả mã n:
aY
K
IC


hay K
I
< K
IC

- Bit K
IC
v



kớch thc vt nt a:
2
IC
Y
K
.
1
a

(2.5)
2.2.5.
2.2.5.2.2.5.
2.2.5. Độ cứ ng
Độ cứ ngĐộ cứ ng
Độ cứ ng
a. Đặc điể m
a. Đặc điể ma. Đặc điể m
a. Đặc điể m

Xác đị nh đơn giản nhấ t, nhanh chóng nhấ t,
Đ/ n :
Đ/ n :Đ/n :
Đ/ n : Độ cứng là khả năng chống lại biế n dạng dẻ o cục bộ của vật liệu thông qua mũi đâm.
Đ
ĐĐ
Đặ c đ iể m
ặc điểmặc điểm
ặc điểm:
::
:
khả nă ng chống mà i mòn, tạ o mẫ u nhỏ và đơn giả n, thử tạ i chỗ, nhanh,


Các l
Các lCác l
Các loại:
oại:oại:
oại: thô đạ i và tế vi, th ờng dùng độ cứng thô đại. Sơ đồ của cá c ph ơng pháp thử
độ cứng (hì nh 2.21).




a) b) c)
Hì nh 2.21.

Sơ đồ tác dụng tải trọng của các phơng pháp đo độ cứng:
a. Brinen, b. Rôcvel, c. Vicke.

b.
b.b.
b. Độ cứng Brinen HB
Độ cứng Brinen HBĐộ cứng Brinen HB
Độ cứng Brinen HB: HB=F/S, F l ti trng, kg hay N, S din tớch hỡnh chm cu.


Quan hệ gia bn v cng:
- Thé p cá n (trừ không gỉ , bề n nóng)

b


0,34 HB,
- Thép đúc
b
(0,3 ữ 0,4) HB,
- Gang xám
b
(HB - 60) / 6,
- Đồng, latông, brông ở trạ ng thá i biế n cứng

b


0,40HB,
- Đồng, latông, brông ở trạ ng thá i ủ

b
0,55HB,
- Đura
b
0,35HB.
Tuy nhiê n độ cứng HB cũng có những nh ợc điểm sau:
+ không thể đo cá c vậ t liệ u có độ cứng cao hơn 450 HB, mẫ u phả i phẳ ng, to, dà y
+ không cho phé p đo trê n cá c loạ i trục (vì có mặ t cong), o t ơng đối chậm
Chí nh vì vậ y trong sả n suấ t th ờng dùng cách đo Rôcvel hơn.
d.
d.d.
d.

Độ cứng Rôcvel HR (HRC, HRA, HRB)
Độ cứng Rôcvel HR (HRC, HRA, HRB)Độ cứng Rôcvel HR (HRC, HRA, HRB)
Độ cứng Rôcvel HR (HRC, HRA, HRB)










Đo độ cứng Rôcvel HR (hì nh 2.21b) tiệ n lợi hơn do nhanh, kế t quả đo cho ngay
trê n má y và đo đ ợc cá c vậ t liệ u từ tơng đối mềm đến cứng, đo tại chỗ, đo đ ợc lớp bề
mặ t.
Khá c với HB, HR là loạ i độ cứng quy ớc (không có thứ nguyê n):

- Độ cứng Rôcvel theo cá c thang C, A ký hiệ u là HRC, HRA đợc đo bằ ng mũi hì nh nón
bằ ng kim c ơng

o thé p tôi, lớp hóa - nhiệ t luyệ n
- Độ cứng Rôcvel theo thang B ký hiệu là HRB đợc đo bằ ng mũi bi bằ ng thé p tôi o
thé p ủ, th ờng hóa, gang đúc
d. Độ cứng Vicke HV
d. Độ cứng Vicke HVd. Độ cứng Vicke HV
d. Độ cứng Vicke HV
















Là loạ i độ cứng có ph ơng phá p đo t ơng tự nh Brinen, HV= F / S

[kG/mm
2
] hay [MPa ]

song với những khá c biệ t sau:
D
F
d
h
d
F
f
F
28
- mũi đâ m kim c ơng hì nh thá p bốn mặ t đề u với góc ở đỉ nh giữa hai mặ t đối diệ n là
136
o

- Vicke đ ợc dùng để đo độ cứng cho mọi vậ t liệ u từ rấ t mề m đế n rấ t cứng cho cả cá c
mẫ u mỏng (0,3 ữ 0,5mm), đợc coi là độ cứng chuẩ n trong nghiê n cứu khoa học.
e.
e.e.
e. Chuyển đổi giữa các tha
Chuyển đổi giữa các thaChuyển đổi giữa các tha
Chuyển đổi giữa các thang độ cứng
ng độ cứngng độ cứng
ng độ cứng


Dùng bả ng tra (trong tà i liệ u thí nghiệ m).
2.3.
2.3.2.3.
2.3. Nung kim loại đã qua biế n dạng dẻ o
Nung kim loại đã qua biế n dạng dẻ o Nung kim loại đã qua biế n dạng dẻ o

Nung kim loại đã qua biế n dạng dẻ o -

- Thải bề n
Thải bề n Thải bề n
Thải bề n -

- Biế n dạng nóng
Biế n dạng nóng Biế n dạng nóng
Biế n dạng nóng


2.3.1.
2.3.1.2.3.1.
2.3.1. Trạng thái kim loại đã qua biế n dạng dẻ o
Trạng thái kim loại đã qua biế n dạng dẻ oTrạng thái kim loại đã qua biế n dạng dẻ o
Trạng thái kim loại đã qua biế n dạng dẻ o






Sau bin dng vt liu trng thỏi khụng n nh nung núng thải bề n.
Tỏc dng: khôi phục lạ i trạ ng thá i ban đầu: dẻ o và mề m: biế n dạ ng dẻ o, gia công cắ t,
khử bỏ ứng suấ t bê n trong để trá nh phá hủy giòn.
2.3.2.
2.3.2.2.3.2.
2.3.2. Các giai đoạn chuyể n biế n khi nung nóng
Các giai đoạn chuyể n biế n khi nung nóngCác giai đoạn chuyể n biế n khi nung nóng
Các giai đoạn chuyể n biế n khi nung nóng

a.
a.a.
a. Hồi phục
Hồi phục Hồi phục
Hồi phục


















ở

nhiệ t độ thấ p (< 0,1 ữ 0,2T
C
)
Tỏc dng: giả m sai lệ ch mạ ng (điể m:gim nút trống), giả m mậ t độ lệ ch và ứng suấ t bê n
trong , trong khi đó tổ chức tế vi cha thay đổi, giả m điệ n trở chút í t, cơ tí nh ch a thay
đổi.
b.
b.b.
b. Kế t tinh lại
Kế t tinh lại Kế t tinh lại
Kế t tinh lại (kế t tinh lạ i lầ n thứ nhấ t)
Bản chất kế t tinh lại
Bản chất kế t tinh lạiBản chất kế t tinh lại
Bản chất kế t tinh lại:
::
: quá trì nh hì nh thà nh cá c hạ t mới không có cá c sai lệ ch do biế n
dạ ng dẻ o gâ y ra theo cơ chế tạ o mầ m và phá t triể n mầ m nh kế t tinh gi l kt tinh li:
-

-

Tạo m
Tạo mTạo m
Tạo mầm
ầmầm
ầm:
::
: ở những vùng bị xô lệ ch mạ nh nhấ t, biế n dạ ng dẻ o cà ng mạ nh, cà ng nhiề u
mầ m
- Sự phá t triể n mm tiế p theo là quá trì nh tự nhiê n.

Sau khi kế t tinh lại
Sau khi kế t tinh lạiSau khi kế t tinh lại
Sau khi kế t tinh lại:
::
: thải bề n: độ dẻo tăng lên và độ bền, độ cứng giảm đi một cách đột
ngột.
Nhit kt tinh li:
::
: T=aT
C
(K), > 40 ữ 50%, thời gian giữ nhiệ t =1h, kim loạ i tinh khiế t
thì a 0,2 ữ 0,3, kim loạ i nguyê n chấ t kỹ thuậ t thì a 0,4, dung dị ch rắ n a 0,5 ữ 0,8.
Độ biế n dạ ng cà ng lớn, thời gian ủ cà ng dà i hệ số a càng nhỏ.
Vớ d cỏc kim loi nguyờn cht k thut:
Fe (T
C
= 1539
o
C) - 450
o
C, Cu (T
C
= 1083
o
C) - 270
o
C,
Al (T
C
= 660

o
C) - 100
o
C, Pb, Zn, Sn (T
C
trê n d ới 300
o
C) < 25
o
C.
Tổ chức tế vi và độ hạt
Tổ chức tế vi và độ hạtTổ chức tế vi và độ hạt
Tổ chức tế vi và độ hạt


Hạ t mới đa cạ nh, đẳ ng trục, độ hạ t phụ
thuộc:
- Mức độ biế n dạng: biế n dạ ng nhỏ 2 ữ 8%
hạ t tạ o thà nh rấ t lớn, gọi là độ biế n dạng
tới hạn, th ờng phả i trá nh.
- Nhiệt độ ủ: cà ng cao hạ t to lê n.
- Thời gian giữ nhiệ t: cà ng dà i hạ t cà ng
lớn.
Thực tế thờng biế n dạ ng (

40
ữ
50%), ủ
nhiệ t độ
cao (tu tng kim loi),

thời
gian 1h (tối đa không quá 2h) hạ t nhỏ.

c.
c.c.
c. Kế t tinh lại lần thứ hai
Kế t tinh lại lần thứ haiKế t tinh lại lần thứ hai
Kế t tinh lại lần thứ hai












Hì nh 2.22.
Tổ chức và cơ tí nh của kim
loại sau khi kết tinh lại

b
,
0,2
, k,

t
ktl1
t
ktl2
t
o


b


0,2
hi
phc
kt tinh li
ln 1
ln 2
độ dẻo
độ dẫ n
29
Nhiệ t độ cao, thời gian giữ nhiệ t dà i:

sá t nhậ p của cá c hạ t "nuốt" hạ t bé là m hạ t to lê n
thê m đ ợc gọi là kế t tinh lạ i lầ n thứ hai. Xu c tớnh phi trỏnh

2.3.3.
2.3.3.2.3.3.
2.3.3. Biế n dạng nóng
Biế n dạng nóngBiế n dạng nóng

Biế n dạng nóng


a.
a.a.
a. Khái niệ m
Khái niệ m Khái niệ m
Khái niệ m


















Biế n dạng nóng là biến dạng dẻ o ở nhiệ t độ cao hơn nhiệ t độ kế t tinh lại của nó, còn ở
thấ p hơn là biế n dạ ng nguội. Fe 400
o
C bin dng ngui (T

ktl
=450
o
C) chì (Pb), thiế c
(Sn), kẽ m (Zn) biến dạ ng (ở nhiệ t độ th ờng) bin dạ ng nóng vì nhiệ t độ kế t tinh lạ i
của chúng thấ p hơn 0
o
C. Thờng biế n dạ ng nóng ở nhiệ t độ (0,7
ữ
0,75)T
C
.
b.
b.b.
b. Các quá trì nh xảy
Các quá trì nh xảyCác quá trì nh xảy
Các quá trì nh xảy ra
ra ra
ra

Hai quá trì nh đối lậ p nhau xả y ra ng thi:
- biế n dạ ng dẻ o là m xô lệ ch mạ ng tạ o nê n
hóa bề n,
biế n cứng,
- kế t tinh lạ i là m mấ t xô lệ ch mạ ng gâ y ra thải bề n, giả m độ cứng.
Nu : hiệ u ứng thả i bề n > hoỏ bn hoc kế t thúc biế n dạ ng nhit

mề m
Ng ợc lạ i: ủ kế t tinh lạ i tiế p theo = cỏch vùi và o cá t hay vôi bột.
c. Các đặc điể m
c. Các đặc điể mc. Các đặc điể m
c. Các đặc điể m

Về u điể m
- Kim loạ i xớt cht, dẻ o cao hơn, ớt khi bị nứt, nă ng suấ t cao, gia công đ ợc cá c phôi lớn,
tit kim nng l ng.
Về nhợc điểm
+ khó đồng đều, tổ chức và cơ tí nh, kộm chí nh xá c hì nh dạ ng, kí ch th ớc, oxy
hoỏ,
+ chấ t l ợng bề mặ t không cao: vẩ y ôxyt, thoá t cacbon.







a) b)
2.
2.2.
2.4.
4.4.
4. Ăn mòn và bảo vệ kim loại:
Ăn mòn và bảo vệ kim loại: Ăn mòn và bảo vệ kim loại:
Ăn mòn và bảo vệ kim loại:


Đ/n: ăn mòn là sự phá huỷ kim loạ i d ới tá c động của môi tr ờng. Thiệ t hạ i do ă n mòn
hà ng nă m chiế m khoả ng 4% GDP của mỗi quốc gia.
2.4.

2.4.2.4.
2.4.1. Phân loại:
1. Phân loại:1. Phân loại:
1. Phân loại:
Theo cơ chế xả y ra ă n mòn :
a. Ăn mòn điệ n hoá : ă n mòn trong n ớc (ngọt và n ớc biể n), đất, khí quyể n ẩ m, trong
dung dị ch hoá chấ t (axit, kiề m),
b. Ăn mòn hoá học (ă n mòn trong môi tr ờng khí ): cá c chấ t xâ m thực nh O
2
, S
2
, Cl
2

2.4.2. Cơ chế
Cơ chếCơ chế
Cơ chế của quá trì nh ăn mòn kim loại:
của quá trì nh ăn mòn kim loại:của quá trì nh ăn mòn kim loại:
của quá trì nh ăn mòn kim loại:
2 cơ chế ă n mòn th ờng gặ p nhấ t là : cơ
chế điệ n hoá , chủ yế u đối với kim loạ i và cơ chế ă n mòn hoá học, đối với tấ t cả cá c loạ i
vậ t liệ u.
a
aa
a.
. .
. Cơ chế
Cơ chếCơ chế
Cơ chế điệ n hóa của quá trì nh ăn mòn kim loại
điệ n hóa của quá trì nh ăn mòn kim loạiđiệ n hóa của quá trì nh ăn mòn kim loại

điệ n hóa của quá trì nh ăn mòn kim loại



a. Điện thế điện cực và khả năng xảy ra ăn mòn:
Điện thế điện cực kim loại:
Điện thế điện cực kim loại: Điện thế điện cực kim loại:
Điện thế điện cực kim loại: đị nh luậ t Nernst:
Me
o
KL
Cln
nF
RT
EE
+=
,
E
o
của một số kim loạ i:
K/loạ i : Mg Al Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Ag
E
o
, vol:-2,37 -1,67 -0,76 -0,74 -0,44 -0,25 -0,14 -0,13 0 +0,34 +0,80


Hì nh 2.23.
Tổ chức thớ của trục
khuỷu theo các phơng pháp
chế tạo khác nhau: a. tạo phôi

bằng dập nóng (tốt), b. cắt từ
một thỏi thép nguyên (xấu)

30
Điện thế điện cực môi trờng:
Điện thế điện cực môi trờng: Điện thế điện cực môi trờng:
Điện thế điện cực môi trờng:


Môi tr ờng axit không hoà tan oxy
E
MT
= - 0,059 pH - 0,030 lgP
H2
, E
MT
= - 0,059 pH khi áp suấ t riê ng phầ n của hydro P
H2
= 1 at.
Môi tr ờng axit, kiề m và môi tr ờng n ớc (ngọt và n ớc biể n) có hoà tan oxy
E
MT
= 1,23 - 0,059 pH + 0,015 lgP
O2
, E
MT
= 1,23 - 0,059 pH khi P
O2
= 1 at
Khả năng xảy ra ăn mòn:

Khả năng xảy ra ăn mòn: Khả năng xảy ra ăn mòn:
Khả năng xảy ra ăn mòn: Kim loạ i chỉ bị ă n mòn khi E
KL
< E
MT
,
Trong môi trờng axit không hoà tan oxy (E
o
H
=0) do đó cá c kim loạ i có E
o
< 0 sẽ bị ă n
mòn là : Mg, Al, Pb, các kim loạ i không bị ă n mòn là Cu và Ag
Khi axit có hoà tan oxy thì E
o
H(O)
=1,23V do đó tấ t cả cá c kim loạ i trê n đề u bị ă n mòn.
Trong môi tr ờng n ớc E
o
khoả ng 0,4V trừ Ag còn hầu hết cá c kim loại đề u bị ă n mòn.
Khi kim loạ i bị ă n mòn thì xả y ra phả n
ứng: Me Me
n+
+ ne
axit không có oxy: 2H
+
+ 2e H
2
,
axit có oxy: O

2
+ 4H
+
+ 4e 2H
2
O
N ớc có oxy: O
2
+ 2H
2
O + 4e 4OH
-

Xem sơ đồ hì nh 5.15. Cá c electron di
chuyể n
từ anôt sang catôt, H
+
và O
2
chuyể n đế n
catôt







Hì nh 5.15. Sơ đồ ă n mòn điệ n hoá kim loạ i
R

U
I
m/a
=
), trong đó U là hiệu điện thế giữa catôt và anôt, U=E
MT
-E
KL
, R tổng điệ n trở
ăn mòn galvanic: latông 2 pha: giầ u Cu và giầ u Zn khi ngâ m trong n ớc pha sẽ bị ă n
mòn thà nh cá c lỗ, ta gọi đó là ă n mòn thoá t Zn.
b
bb
b. Cơ chế ăn mòn hoá học kim loại
. Cơ chế ăn mòn hoá học kim loại. Cơ chế ăn mòn hoá học kim loại
. Cơ chế ăn mòn hoá học kim loại



Ăn mòn hoá học kim loạ i Me đợc mô tả bằng phản ứng sau:
xMe + y/2G
2
= Me
x
G
y

trong đó G
2
là chấ t khí gâ y ă n mòn : O

2
, Cl
2
,
Nă ng l ợng tự do của phả n ứng ă n mòn ở câ n bằ ng biể u thị bằ ng:
G = G
o
+ RT ln
2
1
y
G
P
= 0, do đó: ln P
G
=
yRT
G
o

2
biể u diễ n trê n đồ thị : (h.5.16):

Hì nh 5.16. Giả n đồ pha ng ng tụ
2.4
2.42.4
2.4.3
.3.3
.3.Tốc độ
.Tốc độ .Tốc độ
.Tốc độ ăn mòn
ăn mònăn mòn
ăn mòn


th ờng đợc biể u thị d ới 3 dạ ng:
-

- Mật độ dòng ăn mòn:
Mật độ dòng ăn mòn: Mật độ dòng ăn mòn:
Mật độ dòng ăn mòn: i
a/m
=I
a/m
/S, có thứ nguyê n là : [A/cm
2
], [A/dm
2

],
anôt
H
+
, O
2
e
-
kim loạ i
catôt
Me
n+
O
2
,OH
-
. Khi P<P
G
ă n mòn không xả y ra (vùng ổn đị nh
của Me)
. ở T=T
1
: nế u P>P
1
, Me1 bị ă n mòn (vùng ổn
đị nh Me
x
G
y
)

. ở T=T
C
: nế u P>P
C
cả 2 kim loạ i bị ă n mòn
(P
C
>P
1
)
. 2 kim loạ i Me1 và Me2:
T>T
C
(trá i điể m T
C
), Me1 bề n ă n mòn hơn Me2
T<T
C
(phả i điể m T
C
), Me2 bề n ă n mòn hơn
Sản phẩm ăn mòn Me
x
G
y
có thể ở thể rắ n: bám
hoặ c tá ch khỏi bề mặ t vậ t liệ u; Oxit của cá c kim
loạ i Cr, Si, Al, và cả Fe (ở mức độ thấ p hơn)
có tác dụng kì m chế (thụ động) ă n mòn.
lgP

G
Me1

Me
x
G
y
yy
y



10
3
/T
Me

Me2

T
1

P
1

T
C
P
C

31
-

- Tốc độ ăn mòn khối lợng:
Tốc độ ăn mòn khối lợng: Tốc độ ăn mòn khối lợng:
Tốc độ ăn mòn khối lợng: P
kl
=

m/St, thứ nguyê n: [g/cm
2
.ngà y].
-

- Tốc độ thâm nhập:
Tốc độ thâm nhập: Tốc độ thâm nhập:
Tốc độ thâm nhập: P
tn
=P
kl
/

, thứ nguyê n: [mm/nă m], (

- khối l ợng riê ng của kim loạ i).
Dựa và o tốc độ thâ m nhậ p của môi tr ờng, ng ời ta chia kim loạ i thà nh ba nhóm:
. P
tn
< 0,125 mm/nă m đợc coi là rất bề n ă n mòn, . (0,125 < P
tn

< 1,25) mm/nă m là trung
bì nh
. P
tn
> 1,25 mm / nă m đ ợc coi là không bền ă n mòn. T ơng ứng, ng ời ta cũng chia tốc
độ ă n mòn thành các loạ i: chậ m, trung bì nh và nhanh.
Theo ASTM, độ bề n ă n mòn của vậ t liệ u gồm 5 cấ p A,B,C,D,E theo thứ tự giả m dầ n.
2.4.4.
2.4.4.2.4.4.
2.4.4. Các yế u
Các yế u Các yế u
Các yế u tố ảnh hởng đến tốc độ ăn mòn
tố ảnh hởng đến tốc độ ăn mòn tố ảnh hởng đến tốc độ ăn mòn
tố ảnh hởng đến tốc độ ăn mòn


a.
a. a.
a. ảnh hởng của bản chất kim loại
nh hởng của bản chất kim loạinh hởng của bản chất kim loại
nh hởng của bản chất kim loại


-

- Điện thế ăn mòn:
Điệ n t hế ă n mò n : Điệ n t hế ă n mò n :
Điệ n t hế ă n mò n : Mỗi kim loạ i trong môi trờng cụ thể có một giá trị điệ n thế ă n mòn
xá c đị nh. Giá trị nà y cà ng nhỏ thì khả nă ng xả y ra ă n mòn cà ng lớn.
-

- Sự thụ động
Sự thụ động Sự thụ động
Sự thụ động ăn mòn
ăn mòn ăn mòn
ăn mòn:
::
: Cá c kim loạ i Fe, Cr, Ni có khả nă ng thụ động ă n mòn tức là tốc
độ ă n mòn giả m nhanh theo thời gian, tuy nhiê n ở mức độ khá c nhau: Cr thụ động nhanh
nhấ t thé p không gỉ có >12%Cr. Fe (thé p cacbon) có thụ động nh ng chậ m, t
tđ
lớn.
b.
ả
nh hởng của môi trờng
nh hởng của môi trờngnh hởng của môi trờng
nh hởng của môi trờng


-

- Điệ n trở của môi trờng:
Điệ n trở của môi trờng: Điệ n trở của môi trờng:
Điệ n trở của môi trờng: chỉ có môi tr ờng dẫ n điệ n mới có ă n mòn điệ n hoá , điệ n
trở cà ng lớn thì tốc độ ă n mòn cà ng nhỏ.
-

-

ảnh hởng của độ pH và oxy đến điện thế điện cực của môi trờng:

nh hởng của độ pH và oxy đến điện thế điện cực của môi trờng:nh hởng của độ pH và oxy đến điện thế điện cực của môi trờng:
nh hởng của độ pH và oxy đến điện thế điện cực của môi trờng:


Giả m độ pH (môi tr ờng axit), tă ng nồng độ oxy thì tốc độ ă n mòn tă ng
-

-

ảnh hởng của nhiệ t độ:
nh hởng của nhiệ t độ:nh hởng của nhiệ t độ:
nh hởng của nhiệ t độ: khi tă ng nhiệ t độ tốc độ ăn mòn tă ng.
c.
ảnh hởng của cấu trúc và tí nh
nh hởng của cấu trúc và tí nh nh hởng của cấu trúc và tí nh
nh hởng của cấu trúc và tí nh chất của hợp kim:
chất của hợp kim:chất của hợp kim:
chất của hợp kim:


- Những hợp kim đa ké m bề n ă n mòn hơn hợp kim một pha,
- Hợp kim hoá với cá c nguyê n tố có E
o
cao sẽ là m tăng E
KL
giả m nhạ y cả m với ă n mòn
hơn.
- Hợp kim hoá với các nguyê n tố có khả nă ng thụ động ă n mòn thì cũng tă ng khả nă ng
thụ động ăn mòn của hợp kim. Tốc độ ăn mòn th ờng liê n quan đế n bả n chấ t của mà ng
oxit hì nh thà nh trê n bề mặ t : axit (Cr, Si), bazơ (Fe,Ni,Cu), lỡng tí nh (Al) hoặ c trơ (Pt).

d.
ả
nh
hởng của các công nghệ vật liệ u
hởng của các công nghệ vật liệ uhởng của các công nghệ vật liệ u
hởng của các công nghệ vật liệ u

. Tôi để nhậ n đ ợc tổ chức một pha đồng nhấ t sẽ bề n ă n mòn hơn.
. Thé p cacbon trung bì nh sau khi tôi thì í t nhạ y cả m với ă n mòn hơn nh ng sau khi ram lạ i
trở nê n nhạy cả m với ă n mòn. Tốc độ ă n mòn lớn nhấ t khi ram ở 400-500
o
C.
. Khi hà n hoặ c nhiệ t luyệ n có sự tiế t pha: ă n mòn galvanic.
2.
2.2.
2.4.
4.4.
4.5.
5.5.
5. Chống ăn mòn kim loại
Chống ăn mòn kim loại Chống ăn mòn kim loại
Chống ăn mòn kim loại


Thiế t kế kế t cấu hợp lý, đảm bảo các nguyê n tắc sau:
Thiế t kế kế t cấu hợp lý, đảm bảo các nguyê n tắc sau:Thiế t kế kế t cấu hợp lý, đảm bảo các nguyê n tắc sau:
Thiế t kế kế t cấu hợp lý, đảm bảo các nguyê n tắc sau:

- Chi tiế t quan trọng: vậ t liệ u bề n ă n mòn hơn, ứng suấ t né n, nhỏ và không thay đổi
- Thay cá c mối ghé p đinh tá n bằ ng hà n, vậ t liệ u là m đinh tá n, là m bulông có E
KL
cao hơn
- Cá c thùng, cá c bể chứa, cá c đ ờng ống dẫ n: dễ là m sạ ch, chả y hế t, không gấp khúc
- Dễ bả o d ỡng thay thế cá c bộ phậ n dễ bị ă n mòn: cá nh bơm axit, cá nh khuấ y,
- Kế t cấ u phả i hợp lý vừa đả m bả o yê u cầ u kỹ thuậ t, vừa dễ chống ă n mòn.
Lựa chọn vật liệ u thí ch hợp:
Lựa chọn vật liệ u thí ch hợp:Lựa chọn vật liệ u thí ch hợp:
Lựa chọn vật liệ u thí ch hợp:



3 quy tắ c chung để chọn vậ t liệ u kim loạ i :
1. Trong môi tr ờng khử hoặ c oxy hoá yế u: Ni hoặ c hợp kim Cu
2. Trong môi tr ờng oxy hoá : cá c hợp kim chứa Cr
3. Trong môi tr ờng oxy hoá cực mạ nh: Ti và hợp kim Ti
Xử lý bề mặt chống ăn mòn:
Xử lý bề mặt chống ăn mòn:Xử lý bề mặt chống ăn mòn:
Xử lý bề mặt chống ăn mòn:



32
Cr : Chị u mà i mòn, xói mòn và chị u ă n mòn rấ t tốt, hệ số ma sá t nhỏ, phả n xạ lớn
Cu: Dẫ n điệ n, dẫ n nhiệ t tốt, dùng là m lớp ă n châ n cho cá c lớp mạ khá c
Ni: Bề n ă n mòn trong nhiề u môi tr ờng, mạ đa lớp với Cu+Cr
Sn: Bề n ă n mòn trong thực phẩ m, bơ, sữa, dễ hà n, là catôt so với thé p (chỉ có tá c dụng che
phủ)
Zn: Bề n ă n mòn, là anôt so với thé p, có tá c dụng bả o vệ catôt

Lớp sơn chống ă n mòn cho các loạ i công trì nh khá c nhau đ ợc á p dụng nh sau:
-Môi tr ờng khí quyể n thông th ờng, dùng sơn tổng hợp alkyd cho nhà ở, xe cộ, cầ u,
-Khí quyể n biể n, dùng lớp sơn acrylic, phenol, vinyl, vinyl-alkyd
-Môi tr ờng ngậ p trong n ớc, dùng sơn Phenolic, Vinyl cho vỏ tà u, nóc tà u
-Hơi hoá chấ t, dùng Epoxy, caosu clorinat, vinyl, urethan, cho thiế t bị hoá chấ t, vậ t dụng
khá c
-Công trì nh ở nơi có độ ẩ m cao, dùng sơn amino alkyd, cho tủ lạ nh, má y giặ t
- Nhiệ t độ cao, dùng sơn Alkyd, cho động cơ chị u tới 100
o
C, sơn aminoalkyd biế n tí nh
cho thiế t bị sấ y nhiệ t độ tới 100
o
C, sơn Silicon biế n tí nh cho lò sấ y, lò nớng tới 200
o
C,
sơn silicon có thê m phụ gia Al cho lò sấ y, lò n ớng tới 290
o
C đến 650
o
C.
Xử lý môi trờng:
Xử lý môi trờng:Xử lý môi trờng:
Xử lý môi trờng:



1. Hạ thấ p nhiệ t độ thì tốc độ ă n mòn giả m.
2. Giả m tốc độ chuyể n động t ơng đối giữa môi tr ờng và kim loạ i thì tốc độ ă n mòn
giả m
3. Khử oxy và cá c ion thúc đẩ y ă n mòn (Cl) hoà tan trong môi tr ờng

4. Dùng chấ t ức chế ă n mòn, tạ o cá c hợp chấ t là m chậ m ă n mòn
Bảo về điệ n hoá:
Bảo về điệ n hoá:Bảo về điệ n hoá:
Bảo về điệ n hoá:
2 ph ơng phá p bả o vệ điệ n hoá : bả o vệ catôt và bả o vệ anôt
-

- Bảo vệ catôt bằng nguồn điệ n:
Bảo vệ catôt bằng nguồn điệ n: Bảo vệ catôt bằng nguồn điệ n:
Bảo vệ catôt bằng nguồn điệ n: hì nh 5.17a. E
BV
=E
a/m
- 0,2V, ống thé p ngầ m trong đấ t:
E
a/m
~ -0,6V E
BV
=-0,8V, mậ t độ dòng bả o vệ I
BV
=(10-30)mA/m
2
, trong n ớc ngọt

Hì nh 5.17a. Bả o vệ catôt bằ ng dòng điệ n 1
chiề u










Hì nh 5.17b. Sơ đồ bả o vệ catôt bằng
protector






-

- Bảo vệ catôt bằng protector:
Bảo vệ catôt bằng protector: Bảo vệ catôt bằng protector:
Bảo vệ catôt bằng protector: á p dụng cho cá c công trì nh ngầ m trong n ớc biể n: nối kim
loạ i cầ n bả o vệ với protector: Zn- (0,2-0,7)%Al+<0,01%Cu+<0,13%Si+(0,1-0,14)Cd.

Bảo vệ anôt:
Bảo vệ anôt:Bảo vệ anôt:
Bảo vệ anôt: thé p, ng ời ta nối kim loạ i với cực d ơng làm thụ động ăn mòn
kim loại cầ n bảo vệ
kim loại cầ n bảo vệ
+
-
protector
hà n
anôt trơ
đất
n ớc