Chương 2 biến dang dẻo va cơ tinh HANG (1)

Chương 2: Biến dạng và cơ tính vật liệu
• 2.1. Biến dang đàn hồi:
 Khi chịu tải, vật liệu sinh ra một phản lực cân bằng
với ngoại lực.
 Ứng suất = phản lực /một đơn vị diện tích
 Ứng suất pháp (): vuông góc với mặt chịu lực
 Ứng suất tiếp () sinh ra xê dịch trong mặt chịu lực
 Ứng suất pháp 3 chiều: gây biến đổi thể tích V/V

Các loại ứng suất có thể
gây biến dạng đàn hồi

 Biến dạng đàn hồi là biến dạng bị mất đi sau khi
bỏ lực tác dụng – có thể gây ra do các ứng suất
trên
1

Định luật HOOKE :

.E

2

(cho kéo nén)

 = G.
(cho xê dịch)
P= -K.V/V (cho ép 3 chiều)
Mô tả quan hệ giữa ứng suất () và độ biến dạng () thông qua
môđun đàn hồi (E)

Trong đó: E: mô đun đàn hồi
G: mô đun xê dịch
K: Mô đun ép

E = 2G(1+)
E = 3K(1-2)
 - hằng số Poisson (=0,3 với đa số VL)

Quan hệ:

Đàn hồi tuyến tính

Đàn hồi phi tuyến

 Mô đun đàn hồi của một vật thể được xác định bằng độ dốc
của đường cong ứng suất - biến dạng trong vùng biến dạng đàn
hồi

4

1


Có ba loại mô đun đàn hồi cơ bản:
 Mô đun Young (E): mô tả đàn hồi dạng kéo (hoặc xu
hướng của một vật thể bị biến dạng bởi lực kéo dọc
theo một trục, nó được định nghĩa bằng tỷ số giữa ứng
suất kéo và biến dạng kéo (gọi đơn là mô đun đàn hồi).
 Mô đun cắt (G) miêu tả xu hướng của một vật thể bị
cắt (hình dạng của biến dạng với thể tích không đổi) khi

bị tác động bởi các lực ngược hướng; nó được định
nghĩa bằng ứng suất cắt chia cho biến dạng kéo.
Mô đun cắt là một phần nguồn gốc của tính dẻo (the
derivation of viscosity).
 Mô đun khối (K) mô tả biến dạng thể tích, hoặc xu
hướng thể tích của một vật thể bị biến dạng dưới một
áp lực; nó được định nghĩa bằng tỷ số ứng suất thể tích
chia cho biến dạng

• Ảnh hưởng của nhiệt độ đến E

5

2.2. Biến dạng dẻo – cơ chế hoá bền trong vật liệu

Tải trọng F

2.2.1. Cơ chế biến dạng dẻo trong kim loại
Fb

b

Fa
a

Fđh

c

e

0

a1

a2

Khi đặt tải F< Fđh →Biến dạng theo đường Oe
(tuyến tính) →Bỏ lực tác dụng, mẫu trở về
trạng thái ban đầu (theo đường oe) →BD đàn
hồi
- Khi tải đặt vào lớn F> Fđh→Biến dạng tăng
nhanh theo tải trọng. Bỏ tải, BD không mất đi
hoàn toàn→BD dẻo (trở về theo đường aa1 //
oe, oa1 là BD dư, a1a2 là BD đàn hồi.
- Nếu tiếp tục tăng tải trọng đến Fb→xảy ra BD
cục bộ, hình thành cổ thắt, F giảm, BD vẫn
tăng→đứt

-

Độ dãn dài l

Biểu đồ tải trọng-biến dạng điển hình của KL

2


1. Biến dạng dẻo là gì?
Biến dạng dẻo là biến dạng dư không bị

mất đi sau khi bỏ tải trọng tác dụng
Sự biến đổi mạng tinh thể trong quá trình biến dạng

Khi không chịu lực tác dụng : các nguyên tử chỉ dao động
xung quanh vị trí cân bằng

•Ứng suất tiếp gây ra biến dạng dẻo (trượt),
ứng suất pháp không gây ra biến dạng dẻo.

Giai đoạn biến dạng đàn hồi: các nguyên tử xê dịch nhỏ hơn
một thông số mạng → trở về vị trí ban đầu khi bỏ tải trọng
Giai đoạn biến dạng dẻo: các nguyên tử xê dịch lớn hơn một
thông số mạng → trở về vị trí cân bằng mới khi bỏ tải trọng
Giai đoạn phá huỷ: liên kết giữa các nguyên tử bị cắt rời
10

a) Các mặt và phương trượt

2. Trượt đơn tinh thể

Mặt trượt: mặt (tưởng tượng) phân cách giữa hai mặt nguyên
tử dày đặc nhất mà tại đó xảy ra hiện tượng trượt

Hiện tượng trượt trong đơn
tinh thể

Mặt trượt

Phương trượt

Mặt dày đặc nhất?

• 2 điều kiện của mặt trượt:
- Mặt xếp chặt nhất  liên kết giữa các nguyên tử lớn nhất
Trượt trong đơn tinh
thể Zn

Đ/n: Trượt là hiện tượng chuyển dời tương đối giữa các phần
tinh thể theo các phương và mặt nhất định gọi là phương trượt
và mặt trượt

- Do Mv không đổi  khoảng cách giữa 2 mặt xít chặt là lớn
nhất  liên kết giữa chúng yếu nhất
Phương trượt: phương có mật độ nguyên tử lớn nhất
Hệ trượt: Là sự kết hợp giữa một phương trượt và một mặt
trượt
12

3


Hệ trượt trong mạng A2

Hệ trượt trong mạng A1

Họ mặt trượt {110} : 6 mặt trượt

Họ mặt trượt:{111} Số lượng: 4 mặt trượt

Họ phương trượt <111>: 2 phương trượt

Họ phương trượt <110>: 3 phương trượt

 Số hệ trượt = số mặt x số phương = 12 hệ trượt

 Số hệ trượt = số mặt x số phương = 12 hệ trượt
13

14

Hệ trượt trong mạng A3
Kiểu mạng

Số mặt trượt

6

4

1

Số phương
trượt

2

3

3

Mặt xếp chặt nhất: (0001) Số lượng: 1 mặt trượt

Số hệ trượt

12

12

3

Họ phương xếp chặt nhất <1120>: 3 phương
trượt
 Số hệ trượt = số mặt x số phương = 3 hệ trượt

Kim loại

Feα, Cr, W, V

Feγ, Al, Cu, Au

Tiα, Zn, Mg,
Be

15

16

4

Phân tích các tính toán cho ứng suất tiếp trên mặt
trượt từ mô hình trượt của đơn tinh thể

Nhận xét
- Kim loại có số hệ trượt càng cao thì càng dễ biến dạng
 Nhôm (Al), đồng (Cu)…. dễ biến dạng hơn Magiê (Mg),
Kẽm (Zn)

σo = F/So

(F là lực kéo đơn tinh thể theo chiều trục)

σ

- Trong cùng một hệ tinh thể (lập phương): kim loại nào có số
phương trượt nhiều hơn thì dễText
biến dạng dẻo hơn

F

So



 Nikel (Ni), Nhôm (Al), đồng (Cu) (A2)…. dễ biến dạng
hơn Crôm (Cr), Vonfram (V) (A1)

Phương trượt





Ss

Fs

Ss



- Ngoài các hệ trượt chính, KL còn có thể trượt theo các hệ
khác có mật độ xếp chăth thấp hơn


So

Ứng suất tiếp gây ra trượt
Lực tác dụng

F
σ

Các giá trị tới hạn





 max khi

==450  =σ/2

σ0: ứng suất quy ước do ngoại lực F tác dụng lên tiết ngang
của tinh thể có tiết diện không đổi (F/S0= σ0)

Phương trượt

a)

Mặt trượt
S



Diện tích mặt trượt: S=

S0

= F
S

.cos =

b)

c)

So
cos

Ứng suất tiếp trên phương trượt:
F
S

= σ0 coscos ≥ th

F
coscos
So

t=0
=90

t=σ/2
==450

t=0
 =90

  = σ0 coscos

F σ0 ứng suất qui ước)
=
So

Không xảy ra
trượt

Dễ xảy ra

trượt

Không xảy ra
trượt

5


2. Cơ chế trượt nối tiếp

2.2.2. Cơ chế hóa bền trong kim loại

Thực tế: th~ G/(8.103  8.104) →nhỏ

1. Cơ chế trượt cứng:

VD: th của Al ~ 1MPA→liên quan đến
mạng tinh thể và mức độ hoàn thiện
của mạng tinh thể

• Mạng tinh thể lý tưởng  khi trượt tất cả các
nguyên tử ở hai bên mặt trượt trượt đồng
thờiứng suất tiếp lớn
 th~ G/2π (G là mô đun trượt)  độ bền lý thuyết

 số lượng hạn chế các nguyên tử tham gia chuyển động (1
thời điểm)  chạy tiếp sức
- σ lý thuyêt > σ thực tế 100-1000 lần tiềm năng của VL
21

3. Trượt trong đa tinh thể
Thực tế, BD dẻo của KL luôn là trượt của đa tinh thể

a. Đặc điểm:
Các hạt bị biến dạng không đều (do
định hướng phương mạng khác nhau
→hạt biến dạng trước, hạt BD sau)
 Có tính đẳng hướng ( do định hướng
ngẫu nhiên→kết quả theo mọi phương
giống nhau)
 Có độ bền cao hơn ( do biên giới có
xô lệch mạng, khó tạo mặt trượt và
phương trượt→vỏ cứng cản trượt)
 Hạt càng nhỏ thì độ bền và độ dẻo
càng cao ( Nhiều hạt định hướng thuận
lợi với phương lực tác dụng, BD dễ.
Nhiều hạt →biên giới nhiều→bền tăng)
23

6


4.Tổ chức và tính chất sau biến dạng dẻo

Ví dụ

Các hạt có xu hướng kéo dài theo phương BD
Khi độ biến dạng = 40-50% các hạt, tạp chất
và pha thứ hai bị chia nhỏ phân tán và kéo dài  tạo
thớ

- = 70-90% các hạt sẽ bị quay, các mặt và
phương mạng cùng chỉ số đạt tới mức gần như song
song  tổ chức textua (textua biến dạng) có
tính dị hướng, áp dụng trong KT điện làm giảm tổn
thất từ trong biến thế

26

v
v

Mô hình textua trong dây nhôm sau khi kéo sợi
(vectơ biểu thị hướng kéo, trục texua là [111] ).

27

28

7


Tóm lại:
 Sau biến dạng dẻo trong kim loại tồn tại ứng
suất dư lớn do xô lệch mạng tinh thể
 Sau biến dạng dẻo cơ tính thay đổi: độ cứng,
độ bền tăng ( đh; 0,2 tăng mạnh); độ dẻo và
độ dai giảm Biến cứng, hóa bền: Hóa bền
biến dạng
 Tăng điện trở và giảm mạnh khả năng chống
ăn mòn của kim loại

Trước khi biến dạng

Sau khi biến dạng
29

30

2.2.3. Hồi phục, kết tinh lại và sự lớn lên của hạt
Sự biến đổi Cơ tính sau biến dạng dẻo:

1.Trạng thái kim loại sau biến dạng dẻo:

độ cứng, độ bền tăng, độ dẻo và độ dai giảm.
σch,MPa

σb ,MPa

Mức độ xô lệch trong mạng tinh thể lớn, mật độ lệch
cao  kim loại bị hoá bền biến cứng ( năng lượng dự
trữ cao)  có xu hướng chuyển về trạng thái năng
lượng thấp hơn (trạng thái trước biến dạng dẻo)

δ, %

Tại sao cần phải nung kim loại đã qua biến dạng
dẻo?
- Để có thể tiếp tục biến dạng dẻo tiếp theo
- Để có thể gia công cắt được dễ dàng

Mức độ biến dạng ε, %

- Khử bỏ ứng suất bên trong để tránh phá hủy giòn
31

8


2. Các giai đoạn chuyển biến khi nung nóng
a. Giai đoạn hồi phục

b. Giai đoạn kết tinh lại
- Xảy ra ở nhiệt độ T > Tktl
-Hình thành các hạt mới không có chứa sai lệch do BD
dẻo gây ra theo cơ chế tao mầm và phát triển mầm giống
qt kết tinh

- Xảy ra ở nhiệt độ T < Tktl
- Giảm khuyết tật (điểm, nút trống)
- Giảm mật độ lệch
- Giảm ứng suất
- Tổ chức tế vi chưa biến đổi nhiều cơ tính hầu như
chưa thay đổi

- Mầm là những vùng không chứa sai lệch do biến dạng
và thường xuất hiện tại các vùng bị xô lệch mạnh nhất
(mặt trượt, biên hạt) biến dạng dẻo càng mạnh  số
lượng mầm càng nhiều  hạt cạng nhỏ mịnphát triển
lên
- Kết thúc KTL: các hạt hoàn toàn mới, đa cạnh, mạng tinh
thể ít sai lệch nhất

Cơ tính trở về trạng thái trước khi biến dạng dẻothải
bền : Độ bền, cứng giảm, dẻo tăng

c. Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tinh lại
Nhiệt độ kết tinh lại Tktl:

d. Tổ chức hạt nhận được sau kết tinh lại
-Hạt sau KTL thì có dạng đa cạnh, đẳng trục

Tktl = a.TS

a. hệ số phụ thuộc độ sạch của kim loại, mức độ biến dạng và thời
gian giữ nhiệt

Kích thước hạt phụ thuộc:
- Mức độ biến dạng

Thông thường: khi mức độ biến dạng > 40-50%, thời gian giữ nhiệt
khi nung là 1h :

- Nhiệt độ ủ

a = 0,4 với kim loại nguyên chất kỹ thuật

-Thời gian giữ nhiệt

a = 0,2-0,3 với kim loại hầu như nguyên chất

Giữ nhiệt quá dài, nhiệt độ càng caohạt càng lớnJ/đ KTL
lần 2 không mong muốn

a = 0,5-0,8 với các dung dịch rắn
Đồng thau: 8s, 580 0C

15min, 580 0C

10min, 700 0C

9


Sự biến đổi tổ chức và cơ tính của KL đã qua BD dẻo và
nung nóng: Độ bền, cứng giảm. Độ dẻo tăng ( sau KTL 2
lại giảm)

Tính chất của thép sau biến dạng dẻo
38

37

e. Biến dạng nóng
Thế nào là biến dạng nóng?
 Là biến dạng dẻo ở trên nhiệt độ kết tinh lại
T ~ (0,7-0,75)Ts
VD: W – Tktl = 1200 0C ↔ Sn, Zn, Pb - Tktl < 250C)
Fe =4500C
Tổ chức sau BDD thép (90%)

Sau KTL lần 1 ở 8300C

Sau KTL (lần 2) ở 9300C
39

10


Các quá trình xảy ra:
• Biến dạng dẻo làm xô lệch mạng →hóa bền, biến cứng;
• Kết tinh lại làm mất xô lệch mạng →thải bền, giảm độ
cứng.
 Tính chất sau biến dạng nóng phụ thuộc vào quá
trình nào mạnh hơn
•Lý tưởng : Hiệu ứng thải bền đủ lớn ( To kết thúc
BD>TKTL) và thời gian giữ nhiệt đủ lớn để hoàn thành KTL

Ưu điểm:
- Phôi được nung nóng  mềm  lực tác dụng nhỏ
- Bít được các rỗ khí nếu có KL xít chặt
- Quá trình hợp lý, sau BDD, phôi có thể đem gia công cơ
- Có thể có thể đạt được hạt nhỏ với cơ tính cao
Nhược điểm:
- Khó khống chế T đồng đều trên phôi  khó đồng nhất về tổ
chức, cơ tính
- Khó khống chế chính xác hình dạng, kích thước chi tiết
- Chất lượng bề mặt không cao do dễ bị OXH bề mặt
(a) Tổ chức thớ của trục
khuỷu chế tạo bằng dập
nóng
(b) bằng phương pháp cắt
từ thỏi thép nguyên

41

2.2.4. Cơ chế biến dạng trong vật liệu ceramic

Biến dạng dẻo
• Trong một số đ/k vẫn có thể có BD dẻo

Đặc điểm về biến dạng
chủ yếu của vật liệu
ceramic là biến dạng
đàn hồi và phá huỷ
Vật liệu

TiC
Al2O3
BeO
VËt
liÖu
SiC
MgO
MgAl2O4
Silica nấu
chảy
Thủy tinh

Môđun
phá hủy,
MPa
1100

200-345
140-275
M«®un
ph¸
hñy,
MPa
170

• Gốm tinh thể: Trượt
+ giống kim loại (có lệch, ít hệ trượt  cứng, giòn)

105
90
110

Môđun
đàn hồi,
GPa
310
370
310
M«®un
®µn
håi,
470
GPa
210
240
75

70

70

+ khó khăn do liên kết ion: các ion bao bọc xung quanh là ion khác
dấu, khi trượt đi một khoảng cách nguyên tử  cùng dấu đối
diện với nhau đẩy nhau  cản trở xê dịch  khó trượt)

Biểu đồ ứng suất –biến dạng
khi uốn của alumim và thủy tinh

11


Các yếu tố ảnh hưởng
• Đàn hồi và độ bền: tỷ phần lỗ xốp là yếu tố quyết định
(do công nghệ chế tạo)

2.2.4. Cơ chế biến dạng trong vật liệu polyme
• Nhựa nhiệt rắn A
• Nhựa nhiệt dẻo B
• Elastome C

• Độ cứng
Nhóm vật liệu có độ cứng rất cao
(kim cương, B4C, SiC, WC, Al2O3, SiO2, thuỷ tinh)

2.3. Phá huỷ
Phá huỷ là gì?

-

J/đ1: vùng VĐH được kéo giãn
J/đ 2: trượt xảy ra trong tấm TT theo phương của lực tác dụng
J/đ 3: phân chia của các tấm TT do ưs tiếp thành các nhóm nhỏ
J/đ4: các nhóm nhỏ TT và VĐH tách rời và sắp xếp lại

Là dạng hư hỏng trầm trọng nhất, không thể khắc phục được 
thiệt hại về kinh tế, con người….. cần phải có biện pháp khắc
phục

Đặc điểm chung: hình thành các vết nứt tế vi phát triển vết
nứt  tách rời phá huỷ

12


2.3.1. Phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh:
1. Phá huỷ dẻo: là phá huỷ kèm theo biến dạng dẻo đáng kể 
tiết diện mặt gãy thay đổi
2. Phá huỷ giòn: là phá huỷ kèm theo biến dạng dẻo không
đáng kể  tiết diện mặt gãy gần như không thay đổi
 Cách nhận biết phá huỷ giòn và phá huỷ dẻo (quan sát vết
phá huỷ)

Phá hủy dẻo

Phá huỷ dẻo phát triển với tốc độ chậm, cần nhiều năng
lượng  công phá hủy lớn
Phá huỷ giòn phát triển với tốc độ rất nhanh, cần năng

lượng nhỏ công phá hủy nhỏ hơn
Chú ý: vết phá hủy có thể cắt ngang các hạt hay theo biên giới
hạt

Phá huỷ giòn

3. Cơ chế phá huỷ

Loại phá huỷ phụ thuộc vào một số yếu tố:
- Vật liệu: Thép phá hủy dẻo, gang phá hủy giòn
-T0 giảm, v đặt tải tăng  phá huỷ có xu hướng chuyển từ
phá huỷ dẻo sang phá huỷ giòn

Vết cắt
Sợi

- Tiết diện thay đổi đột ngột, bề mặt bị tập trung ứng suất
lớn  xu hướng tiến đến  phá huỷ giòn
1

2

3

4

5

1. Xuất hiện các vết nứt tế vi
2. Các vết nứt tế vi phát triển đến kích thước tới hạn

3. Các vết nứt tế vi phát triển đến kích thước lớn hơn giá trị tới
hạn
4. Các vết nứt tế vi phát triển nhanh
Bề mặt của mẫu phá huỷ giòn

5. Phá huỷ vật liệu

13


Nguyờn nhõn xut hin cỏc vt nt t vi
-Theo con ng t nhiờn (ngui nhanh nt chi tit)
- T cỏc r khớ, bt khớ
- T cỏc pha mm trong vt liu
- Sinh ra trong quỏ trỡnh BD do lch phỏt sinh thờm (ngun
Frank- Read) tp hp nhiu lch cựng du chuyn ng trờn
cựng mt mt trt v gp vt cn (pha th hai)

2.3.2. Ti trng chu k - phỏ hu mi
iu kin ti trng
- ng sut i du
- tun hon hoc khụng tun
hon ng sut danh nh
Cng ng sut

Chỳ ý: Kớch thc vt
nt u tiờn theo
phng vuụng gúc vi
lc tỏc dng cng ln
ng sut phỏt

trin vt nt cng nh

Sự chuyển động và tích tụ lệch trớc các cản trở.

Phỏ hy mi.
c im: vt liu chu ti trng khụng ln (<< 0,2 ), thay
i theo chu k cú th b phỏ hy sau mt thi gian lm
vic (107-108 chu k) phỏ hu mi

1. Phỏt sinh vt
nt

2. Phỏt trin vt nt mi

3. Vựng phỏ hy tc thi

B mt phỏ hy mi c chia lm 3 vựng:
Vựng 1: rt mng (vựng ca cỏc vt nt t vi)
Vựng 2: cỏc vt nt phỏt trin chm. B mt phng nhng cú
cỏc lp v di phõn cỏch
Vựng 3: tit din bng phng, phỏ hu tc thi
56

14


Cơ chế của phá huỷ mỏi:

Các yếu tố ảnh hưởng

- Hình thành các vết nứt tế vi trên bề mặt ct (vết nứt sẵn có
trong quá trình chế tạo, lõm co, vết xước……..)
- Nửa chu kỳ đầu: giả sử lệch chuyển động thoát ra ngoài bề
mặt chi tiết  tạo ra một bậc thang nhỏ. Nửa chu kỳ sau
lệch sẽ chuyển động ngược lại vị trí cũ (do chu kỳ tải trọng
đổi dấu)→Mất bậc thang.

Nửa chu kỳ đầu

Ứng suất danh định
Trạng thái bề mặt
 Thiết kế

Nửa chu kỳ sau

Chuyển động lặp lại nhiều lần  lệch không trở về đúng vị trí cân
bằng ban đầu  sinh ra vết lõm  vết nứt tế vi

Dão

Các yếu tố ảnh hưởng

• Hiện tượng: VL chịu tải không
đổi BD không phụ thuộc vào
thời gian BD dão

• Nhiệt độ và ứng suất

• Có 2 loại: BD đàn hồi trễ hoặc
BD dẻo.

• Cơ chế
- Giai đoạn I: dão chuyển tiếp
(tốc độ dão giảm liên tục – góc
nghiêng của đường cong –
Tốc độ BD:
tương ứng với hóa bền BD: lệch
cắt nhau)
-Giai đoạn II: Dão ổn định: cân bằng hoá bền và thải bền (đa
cạnh hóa hoặc kết tinh lại)- J/đ quan trong nhất (tốc độ BD)
-Giai đoạn III: Dão nhanh dần: Thải bền chiếm ưu thế (Biên hạt
có thể trượt, vét nứt hình thành, mẫu co thắt, phá hủy theo biên
hạt) hạt và xuất hiện các vết nứt

15


2.4 Các đặc trưng cơ tính
Chú ý:
Cơ tính là gì?
tập hợp các đặc trưng cơ học biểu thị cho khả năng
chịu tải trong các đ/k khác nhau
 là cơ sở để so sánh các vật liệu với nhau
Cách xác đinh cơ tính?
kiểm tra các mẫu thử
Xác định cơ tính khác →Mẫu chuẩn khác nhau

- Mẫu thử lớn thường có cơ tính thấp hơn (do xác
suất xuất hiện của khuyết tật cao hơn)
- điều kiện thí nghiệm đơn giản và làm việc thật
phức tạp

- Là cơ sở để tính toán  khi đó cần có các hệ số
an toàn để bảo đảm chi tiết làm việc chịu lực và tuổi
thọ cao…

62

1. Độ bền tĩnh (σ)

a) Độ bền tĩnh (σ) (tiếp)

- Tập hợp các đặc trưng cơ học phản ảnh khả năng chịu tải
trọng cơ hoc tĩnh cua VL
- Xác định bằng ưs qui ước của tải trọng →gây ra các đột
biến về hình học cho mẫu
- Tùy theo dạng tải trọng tác dung→ độ bền kéo, nén , uốn ,
xoắn,.....
σn σ u σ x

Giới hạn đàn hồi (σđh): σ0,01

- Thông thường số liệu của độ bền, dẻo do thử kéo→không
ghi chú thích.
- Đơn vị: KG/mm2 ( TC Việt nam đang dùng)
MPA ( thông dụng trên thế giới); N/mm2; Ksi
1KG/mm2 ≈ 10MPa ≈ 1,45Ksi

(Pounds per square inch= psi;
kilopounds per square inch= Ksi=1000 psi)

;

σ0,05

 là ứng suất lớn nhất tác dụng lên mẫu và làm cho mẫu không bị
biến dạng khi bỏ tải trọng
Fđh: lực kéo lớn nhất không gây
biến dạng mẫu sau khi bỏ tải (N)
So: tiết diện mẫu thử

(mm2)

Giới hạn chảy vật lý (σch):
 là ứng suất bé nhất tác dụng lên mẫu và làm cho mẫu bắt đầu bị
biến dạng dẻo

Giới hạn chảy quy ước (σ0,2):
 là ứng suất tác dụng lên mẫu và làm cho mẫu bị biến dạng
dư là 0,2% sau khi bỏ lực tác dụng
F0,2: lực kéo tạo ra biến dạng dư 0,2% (N)
So: tiết diện mẫu thử (mm2)
64

16


Giới hạn bền (σb): ( tiếp)
 là ứng suất lớn nhất tác dụng lên mẫu gây ra biến dạng cục bộ
dẫn đến phá hủy
Fb: lực kéo lớn nhất trên biểu đồ
thử kéo (N)

So: tiết diện mẫu thử (mm2)

độ bền

3. Các kim loại nguyên chất sau ủ
4. Kim loại sau biến dạng, hoá
bền……
4

108/cm2

mật độ lệch

Nguyên lý: Cản trở chuyển động của
lêch khi trượt bằng cách tăng hay giảm
mật độ lệch
KL ủ có mật độ lệch thấp nhất dễ trượt

b) Độ dẻo (%, %)
Độ dẻo là gì?

Mẫu sau thử kéo

4. Nhiệt luyện tôi+ram:

tạo dung dịch rắn quá bão hoà

 tăng chướng ngại cản trở chuyển động của lệch, ngoài ra
làm tăng các chỉ tiêu khác rất tốt như độ dẻo, độ dai

c) Độ dai va đập (ak)

Hiện tượng đối với mẫu thử kéo:

 Là tập hợp các chỉ tiêu cơ tính phản ánh độ biến dạng dư của VL khi bị phá
huỷ dưới tải trọng tĩnh

Mẫu trước thử kéo

làm tăng mật độ lệch

5. Làm nhỏ hạt:

1010-1012/cm2 VD: Râu đơn TT Fe 13.000MPa ( d 0,5-2
micron, dài 2-10mm); Fe KT 250MPa

3

2. Hợp kim hoá:

 tạo các chướng ngại cản trở chuyển động của lệch

2. Độ bền của đơn tinh thể
2

1. Biến dạng dẻo: làm tăng xô lệch mạng  khó trượt

3. Tạo ra các pha cứng phân tán hay hoá
bền tiết pha:

Yếu tố ảnh hưởng đến độ bền: mật độ lệch
1. Độ bền theo lý thuyết
1

Các biện pháp hoá bền vật liệu

l0

l1

Mẫu trước thử kéo

Mẫu sau thử kéo

Khái niệm: Khả năng chống phá hủy của vật liệu dưới tác
dụng của tải trọng động

Các chỉ tiêu:

68

17


Ý nghĩa của độ dai va đập:
 Có thể phán đoán về khả năng chịu tải trọng va đập của chi tiết

Đối với vật liệu thường: ak>200kJ/m2
Đối với vật liệu chịu va đập cao: ak>1000kJ/m2
Mối tương quan giữa ak và (0,2; )

ak ~ σch (σ0,2 ) x %)
 Các biện pháp nâng cao ak
- Hạt nhỏ mịn  tăng ak
Đơn vị: Nm/cm2, kJ/m2 và kGm/cm2
Ak :Công phá hủy mặt cắt ngang S hình chữ nhật
10x10x55; rãnh rộng 2-sâu 2mm

-Trạng thái bề mặt ( vết khía, rãnh, lỗ....)
- Số lượng, kích thước các pha giòn tăng, hình dạng tấm, lưới và
phân bố không đều  giảm ak
- Hình dạng hạt tròn, đa cạnh có độ dai cao hơn hạt có dạng tấm, kim

d. Độ dai phá hủy – là cường độ ứng suất tới hạn gây ra
sự phát triển một vết nứt có sẵn trong mẫu (vết nứt được
coi là nhỏ để lực kéo coi như vuông góc với BM vết nứt)

K C  Y  a

K IC  Y . a

Y- điều kiện xác định – vết nứt trong lòng mẫu và rất nhỏ
Y=1; vết nứt ở mép mẫu – Y=1,2
- ứng suất đặt vào mẫu
a- chiều rộng vết nứt

Sự dịch chuyển bề
mặt vết nứt
a.Kiểu I – mở
b.Kiểu II – trượt

c.Kiểu III - xé

18


Ý nghĩa của độ dai phá hủy biến dạng phẳng
• Vật liệu sử dụng  KIC
Kích thước nửa vết nứt a

K IC

Phá hủy giòn

Y a

• Vật liệu sử dụng  KIC

Ứng suất 



Ứng suất tác dụng  
1 K 
a  . IC 
  Y 

Phá hủy
dẻo

2

Ý nghĩa của độ dai phá hủy biến dạng phẳng
Với mỗi vật liệu: KIC=const
Khi tăng ưsVL bị phá hủy ở b
Nếu giữ  < b  VL cũng bị phá hủy nếu vết nứt a phát triển và đạt
kích thước tới hạn
Vết nứt càng lớn thì  cần phá hủy mẫu càng nhỏ.
Kỹ sư thiết kế phải biết được KIC
để tránh chi tiết phá hủy đột ngột.

Phá hủy giòn



K IC
Y a

Ứng suất tác dụng  

Phá hủy dẻo
1 K 
a  . IC 
  Y 

2

e) Độ cứng
Độ cứng là gì?
 Là khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ của vật
liệu do tải trọng thông qua mũi đâm

Đặc điểm:
- Khi vật liệu không đồng nhất  Chỉ biểu thị cho tính
chất bề mặt
- Biểu thị khả năng chống mài mòn, tính mài bóng của
vật liệu

Ứng suất 

Kích thước nửa vết nứt a

 Với mỗi vật liệu: KIC=const
 Khi tăng ưsVL bị phá hủy ở b
 Nếu giữ  < b  VL cũng bị phá hủy nếu vết nứt a phát
triển và đạt kích thước tới hạn
 Vết nứt càng lớn thì  cần phá hủy mẫu càng nhỏ.
Kỹ sư thiết kế phải biết được KIC để tránh chi tiết phá
hủy đột ngột.
Biết KIC 
+ Tính được max của vật liệu
chịu được khi nó có chứa
khuyết tật am
+ hoặc: khi VL chịu ưs biết
Trước m  xác định kích
thước max của vết nứt cho phép

- Khi vật liệu đồng nhất (ủ) độ cứng cao  khó gia
công cắt
- Quá trình xác định độ cứng đơn giản hơn nhiều so với
các chỉ tiêu cơ tính khác ( nhanh, không phá hủy mẫu,

tiến hành ngay trên sản phẩm....)

19


Độ cứng brinell HB

Nguyên lý xác định độ cứng
Ép tải trọng xác định lên mẫu thông qua mũi đâm
(không bị biến dạng dẻo)  tạo vết lõm trên bề mặt
 vết lõm càng rộng (sâu)  độ cứng càng thấp
Có 2 loại độ cứng:
- Độ cứng tế vi (dùng tải trọng nhỏ, mũi đâm bé): xác
định độ cứng của các hạt, pha trong tổ chức của vật
liệu  dùng cho nghiên cứu
- Độ cứng thô đại (tải trọng và mũi đâm lớn): phản ánh
khả năng chống biến dạng dẻo của nhiều hạt, pha 
xác định độ cứng chung cho VL
Các loại độ cứng thông dụng:
Brinell (HB); Rockwell (HR); Vickers (HV)

Nhược điểm của loại độ cứng HB

Điều kiện chuẩn để xác định HB cho
thép và gang:
D=10mm, F=3000kG, t=15s
Ưu điểm: có mối quan hệ bậc nhất với b
 biết HB  xác định tương đối b mà
không cần thử kéo

b=a.HB
Thép cán
Đồng- kẽm
Dura

a=0,34
a=0,4-0,55
a= 0,35

Độ cứng Rockwell
f

- Không thể đo được vật liệu có độ cứng cao hơn 450 HB (do bi
bằng thép tôi) không ứng dụng đo độ cứng cho thép tôi, hợp
kim cứng….

f

- Mẫu phải phẳng, dày do vết đâm lớn  không đo được độ
cứng trực tiếp trên sản phẩm

F

f

h

f: tải trọng sơ bộ 10kg

- Thời gian đo chậm hơn các phương pháp khác (10”), phải có

sự trợ giúp của các thiết bị quang học (lúp hay HV) để xác
định đướng kính vết lõm tra bảng
Khắc phục  sử dụng độ cứng Rôcvel

F: tải trọng chính (90kG cho thang B, 140kG
cho thang đo C và 50kG cho thang đo A)

- Vết lõm càng sâu  độ cứng càng thấp
- Qui ước: sâu thêm 0,002mm ( 2micron) độ cứng giảm đi
1 đơn vị
- Là loại độ cứng quy ước, không có thứ nguyên

20


Độ cứng Vickers

Phạm vi áp dụng:
- HRC đo thép sau khi tôi, tôi + ram, thấm cacbon;
- HRA đo mẫu mỏng, lớp thấm mỏng: thấm C, N, C-N;
- HRB đo vật liệu mềm hơn: thép ủ, thường hóa, gang đúc.
Ưu điểm:

Mũi đâm kim cương, hình tháp 4 mặt đều
với góc ở đỉnh 1360
Tải trọng tác dụng nhỏ (1-100kg), điều
kiện chuẩn 30kg với t = 10-15s
Cách xác định độ cứng Vickers

- Đo được các vật liệu từ

tương đối mềm đến cứng;
-Bề mặt không cần phẳng
- Vết lõm khá nhỏ, có thể đo
các vật mỏng, lớp hóa bền và
ngay trên thành phẩm và trên
mặt trục;

Ưu điểm: xác định được độ
cứng cho mọi loại vật liệu
Nhược điểm: với tải trọng nhỏ thì vẫn cần trợ giúp của thiết bị
quang học để xác định d

- Đo nhanh, tiện lợi phù hợp
với điều kiện sản xuất.

81

Bảng chuyển đổi giữa các thang đo độ cứng

Cần nắm chắc:
HV

HB

HRC

HRA

HRB

Thấp

240

240

20

60,5

100

TB

513

475

50

75,9

-

Cao

697

-

60

81,2

-

Trạng thái vật liệu dựa trên giá trị độ cứng
- Mềm: HB< 150

- Tương đối cao: HRC ~ 50-58

- Thấp: HB ~ 200

- Rất cao HRC > 65

- Trung bình: HB ~ 300-400

- Cao HRC ~ 60-65

-Trượt ( biến dạng) của đơn tinh thể - ứng suất gây ra
trượt- cách tính ứng suất gây trượt
- Cơ chế trượt cứng và trượt nối tiếp
- Các đặc điểm của biến dạng trong đa tinh thể
- Tổ chức và tính chất sau biến dạng dẻo
- Nung kim loại qua biến dạng dẻo ( Ủ kết tinh lại) (
biến đổi tổ chức- tính chất)
- Phá hủy : đặc trưng phá hủy dẻo-giòn- mỏi-dão
- Cơ tính: Độ bền-dẻo-dai va đập- độ cứng
- Chú ý: Phân biệt các trường hợp sử dụng độ cứng
HB-HRA-HRB-HRC-HV (lựa chọn)

84

21


Bài tập
Bài 1. Xét một đơn tinh thể kim loại cho ứng suất tác dụng
hợp với mặt trượt và phương trượt lần lượt là các góc 60°
và 35°. Nếu ứng suất tiếp tới hạn bằng 6,2 MPa, thì ứng
suất tác dụng 12 MPa có gây trượt không? Nếu không, ứng
suất tác dụng cần thiết bằng bao nhiêu?
Bài 2. Cho một đơn tinh thể Zn thử kéo, mặt trượt hợp với
trục tải kéo một góc 65°. Phương trượt có thể hợp với trục
tải kéo tạo thành các góc 30°, 48°, và 78°.
• Phương nào trượt dễ xảy ra nhất?
• Nếu biến dạng dẻo bắt đầu với ứng suất kéo là 2,5 MPa,
hãy xác định ứng suất tiếp gây ra trượt trong tinh thể Zn.

85

Bài 3:Xét một đơn tinh thể Ni với ứng suất kéo đặt vào
theo hướng [001]. Nếu trượt xảy ra trên mặt (111), phương
[101] và trượt bắt đầu với ứng suất kéo đặt vào bằng
13,9MPa. Hãy tính toán ứng suất tiếp tới hạn?
(Gợi ý: tính các góc  và )

86

22