Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm máy cán nhôm có dao động ngang

LỜI CAM ĐOAN
Đồ án tốt nghiệp đề tài “Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm máy cán nhôm có
dao động ngang” là đề tài luận văn tốt nghiệp của nhóm do thầy Thái Văn Giáp.
Nhóm có 2 thành viên - MSSV:
1. Phạm Xuân Thắng – 1311040253.
2. Nguyễn Phúc Thiện – 1311040261.

Đề tài đồ án tốt nghiệp mà nhóm thực hiện có sự tham khảo, tìm hiểu, nhưng
đồ án nhóm thực hiện không sao chép lại các đề tài của những sinh viên đi trước.
Đề tài cũng là do nhóm tự chọn và thực hiện, nhóm không hề thuê hay mướn bất kỳ
một cá nhân hay tổ chức nào thực hiện rồi chi trả.
Mỗi thành viên trong nhóm cùng với công việc được giao là cả một quá trình
tự tìm tòi, học hỏi, làm việc gian khổ của mỗi thành viên trong nhóm, cùng với sự
hướng dẫn của thầy Thái Văn Giáp mà đồ án mới được thành công và hoàn thiện
mỹ mãn.
Đại diện nhóm: Phạm Xuân Thắng xin cam kết cam đoan là thật.

Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017
Nhóm kí tên

i


LỜI CẢM ƠN
Thấm thoát cũng đã 4 năm học ròng rã trôi qua, thế là chúng em cũng đã tiến
đến nơi chân trời cuối cùng của một người sinh viên. Khi đồ án tốt nghiệp kết thúc
cũng chính là lúc chúng em phải nói lời chia biệt với thầy cô và nhà trường. Khi
mai này nhìn lại khoảng thời gian này, chúng em sẽ luôn tự hào rằng mình đã từng
là một sinh viên.
Khi thực hiện đồ án luận văn tốt nghiệp, tuy gặp nhiều khó khăn về nhiều
mặt, nhưng với sự tận tình của các thầy khoa cơ - điện - điện tử mà chúng em cũng

đã hoàn tất đồ án một cách mỹ mãn.
Sau đây, em xin dành đến lời cảm ơn sâu sắc nhất cho thầy Thái Văn Giáp,
người thầy đã một lòng chỉ bảo, hướng dẫn, dạy dỗ chúng em. Thầy dẫn hướng
chúng em đi, thầy chỉ em cái sai, vì thế mà sau khi thực hiện đồ án, chúng em mới
trưởng thành hơn.
Chúng em xin cám ơn thầy Nguyễn Thanh Phương và thầy Nguyễn Văn
Nhanh đã rất vui vẻ đón nhận các thắc mắc của chúng em. Cuối cùng, em xin chân
thành cảm ơn đến tất cả các thầy cô khoa cơ – điện – điện tử đã đồng hành với
chúng em trong 4 năm học vừa qua.
Thân mến cám ơn quý Thầy Cô.

ii


MỤC LỤC
TRANG BÌA PHỤ
Trang
LỜI CAM ĐOAN ..................................................... Error! Bookmark not defined.
LỜI CẢM ƠN ........................................................... Error! Bookmark not defined.
MỤC LỤC ................................................................. Error! Bookmark not defined.
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...................................................................... iii
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU............................................................................ vi
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ .......................................................... vii
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................... xi
Chương 1. TỔNG QUAN .........................................................................................1
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu .........................................................1
1.1.1 Đặt vấn đề ..................................................................................................1
1.1.2 Các phương pháp gia công áp lực truyền thống ........................................2
1.1.3 Một vài phương pháp gia công biến dạng dẻo mãnh liệt (Server Plastic
Deformation – SPD) ............................................................................................2

1.1.4 Các kết quả nghiên cứu về cách tạo hạt siêu mịn UFG bằng phương pháp
SPD điển hình trong và ngoài nước ....................................................................7
1.1.4.1 Nghiên cứu “Tensile strength and deformation microstructure of Al–
Mg–Si alloy sheet by through-width vibration rolling process” của nhóm tác
giả Yue-Ting Chen, Dung-An Wang, Jun-Yen Uan, Tsung-Hsien Hsieh,
Te-Chang Tsai tại National Chung Hsing University, 250 kuo-kuang Rd.,
Taichung 402, Taiwan, ROC [20] ...................................................................7
1.1.4.2 Nghiên cứu “Microstructure evolution of accumulative roll bonding
processed pure aluminum during cryorolling” của nhóm tác giả Hailiang Yu,
Hui Wang, Cheng Lu, A. Kiet Tieu, Huijun Li, Ajit Godbole, Xiong Liu,
Xing Zhao tại University of Wollongong và Chunhua (Charlie) Kong tại
University of New South Wales [18] ............................................................10
1.1.4.3 Các nghiên cứu trong nước ...............................................................12
1.2 Lý do chọn đề tài .............................................................................................12
1.3 Mục tiêu đề tài .................................................................................................12
1.4 Nhiệm vụ của đề tài.........................................................................................12
1.5 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu và giới hạn của đề tài ...................................13
1.5.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................13
1.5.2 Giới hạn đề tài ..........................................................................................13
iii


1.6 Phương pháp nghiên cứu và kết quả dự kiến đạt được ...................................13
1.6.1 Nghiên cứu lý thuyết ................................................................................13
1.6.2 Nghiên cứu thực nghiệm ..........................................................................13
1.6.3 Kết quả dự kiến ........................................................................................13
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...........................................................................14
2.1 Các hiện tượng và các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc hạt của kim loại khi gia
công biến dạng dẻo................................................................................................14
2.1.1 Các hiện tượng ảnh hưởng đến cấu trúc hạt của kim loại khi gia công

biến dạng dẻo ....................................................................................................14
2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ hạt của kim loại khi gia công biến dạng dẻo
...........................................................................................................................17
2.2 Nguyên lý và kết cấu máy cán ........................................................................18
2.2.1 Các bộ phận chính của máy cán ...............................................................18
2.2.2 Phân loại máy cán ....................................................................................19
2.2.3 Máy cán tấm .............................................................................................22
2.3 Độ bền và các tiêu chuẩn hợp kim nhôm trên thế giới ...................................23
2.3.1 Nhôm ........................................................................................................23
2.3.1 Hợp kim nhôm .........................................................................................25
2.4 Mẫu cán thử nghiệm........................................................................................30
2.5 Trục then hoa ...................................................................................................31
2.6 Máy kéo nén thủy lực vạn năng xử lý bằng phần mềm máy tính Model
CHT4106 ...............................................................................................................34
Chương 3. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ ...... Error!
Bookmark not defined.
3.1 Phân tích đối tượng tượng thiết kế ..................................................................37
3.1.1 Máy cán biến dạng mạnh (SPD) có dao động ngang ...............................37
3.1.2 Vật liệu cán thử nghiệm ...........................................................................38
3.2 Khả năng công nghệ và thực tiễn ....................................................................38
3.3 Phương án thiết kế...........................................................................................39
3.3.1 Nguyên lý hoạt động ................................................................................39
3.3.2 Phương án thiết kế chi tiết........................................................................41
3.3.2.1 Chọn kiểu thiết kế máy cán ...............................................................41
3.3.2.2 Chọn hộp giảm tốc ............................................................................42
3.3.2.3 Chọn cơ cấu tạo dao động dọc trục ...................................................43
3.3.2.4 Chọn ổ đỡ trục ...................................................................................45
3.3.2.5 Chọn bộ phận trượt của trục cán .......................................................47
iv

3.3.2.6 Chọn bộ phận truyền chuyển động đến trục cán ...............................48
3.3.2.7 Chọn bộ phận điều khiển tốc độ........................................................50
Chương 4. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ, HỆ THỐNG
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN-ĐIỀU KHIỂN ................................................................53
4.1 Tính toán thiết kế hệ thống cơ khí ..................................................................53
4.1.1 Các đại lượng đặc trưng cho quá trình cán kim loại ................................53
4.1.2 Tính toán các thông số đặc trưng .............................................................54
4.1.3 Lực cán, momen cán, công suất động cơ .................................................58
4.1.4 Nghiệm bền và tính toán các chi tiết trên giá cán ....................................64
4.2 Thiết kế hệ thống truyền động điện-điều khiển ..............................................69
4.2.1 Sơ đồ nguyên lý........................................................................................69
4.2.2 Chức năng các thiết bị ..............................................................................69
4.2.3 Nguyên lý hoạt động ................................................................................75
4.3 Thiết kế chi tiết và gia công chế tạo thiết bị ...................................................76
Chương 5. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ..............................................................90
5.1 Kết quả chế tạo thử nghiệm máy.....................................................................90
5.1.1 Mô hình máy cán biến dạng mạnh (SPD) có dao động ngang.................90
5.1.2 Thông số kỹ thuật .....................................................................................91
5.1.3 Quy trình vận hành và chỉ dẫn an toàn.....................................................92
5.2 Cán thử nghiệm mẫu nhôm .............................................................................93
5.2.1 Kiểm tra độ bền kéo mẫu sau cán ............................................................96
5.2.2 Kiểm tra kích thước tinh thể trung bình vật liệu mẫu sau cán .................99
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................................102
6.1 Kết luận .........................................................................................................102
6.1.1 Kết quả đạt được so với mục tiêu ban đầu đề ra ....................................102
6.1.2 Kết quả chưa đạt được và các lỗi phát sinh trong quá trình thử nghiệm.
.........................................................................................................................102
6.2 Kiến nghị và hướng phát triển của đề tài ......................................................102
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................104

PHỤ LỤC………………………………………………………………………...106

v


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ARB: Accumulative Roll Bonding
ECAP: Equal Channel Angular Process
ECAP-Conform: Equal Channel Angular Process-Conform
ECAR: Equal Channel Angular Rolling
HPT: High Pressure Torsion
HRDSR: High-Ratio Differential Speed Rolling
RCS: Repetitive Corrugation And Strengthening
SPD: Severe Plastic Deformation
TWVR: Through-Width Vibration Rolling
UFG: Ultrafine-Grained

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Tỷ trọng của nhôm phụ thuộc vào độ sạch và nhiệt độ ...........................23
Bảng 2.2: Ảnh hưởng độ sạch của nhôm đến nhiệt độ nóng chảy ...........................24
Bảng 2.3: Phân loại nhôm theo tiêu chuẩn ГOCT của NgaError! Bookmark not
defined.
Bảng 2.4: Ký hiệu nhôm và hợp kim nhôm theo tiêu chuẩn của Mỹ .......................25
Bảng 2.5: Ký hiệu và trạng thái gia công hợp kim nhôm của Nga, Mỹ và Canada
...................................................................................................................................28
Bảng 2.6: Tiêu chuẩn ký hiệu hợp kim nhôm theo Aluminum Association ............29
Bảng 2.7: Bảng quy đổi thành phần, ký hiệu một số hợp kim nhôm theo TCVN và
Aluminum Association (AA) ....................................................................................29
Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật máy kéo nén thủy lực vạn năng xử lý bằng phần mềm
máy tính Model CHT4106 ........................................................................................36

Bảng 3.1: So sánh chọn loại máy cán cho việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ..........41
Bảng 3.2: So sánh chọn hộp giảm tốc cho máy ........................................................43
Bảng 3.3: So sánh chọn cơ cấu tạo dao động ngang (dọc trục cán) .........................45
Bảng 3.4: So sánh chọn ổ đỡ trục .............................................................................46
Bảng 3.5: So sánh chọn bộ phận trượt của trục cán .................................................48
Bảng 3.6: So sánh chọn bộ phận truyền chuyển động đến trục cán .........................50
Bảng 3.7: So sánh chọn bộ phận điều khiển tốc độ ..................................................52
Bảng 4.1: Hệ số ma sát f khi cán 1 số kim loại màu ................................................57
Bảng 4.2: Hệ số ma sát của một vài ổ đỡ trục f' .......................................................62
Bảng 4.3: Kích thước biến tần LS SV150IG5A-4 ....................................................74

vi


Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật máy cán biến dạng mạnh (SPD) có dao động
ngang…91
Bảng 5.2: Quy trình vận hành thử nghiệm máy........................................................92
Bảng 5.3: Kích thước trung bình mẫu sau cán (mm) ...............................................93
Bảng 5.4: Độ bền kéo của các mẫu...........................................................................98

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
Hình 1.1: Sơ đồ các phương pháp gia công áp lực truyền thống ...............................2
Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý các phương pháp SPD nhóm thứ nhất.............................3
Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý các phương pháp SPD trong nhóm hai ...........................5
Hình 1.4: Minh họa phương pháp tạo UFG trên hợp kim nhôm tấm bằng phương
pháp Cryorolling .........................................................................................................7
Hình 1.5: Mô hình minh họa phương pháp Through-width vibration- rolling
(TWVR) ......................................................................................................................8
Hình 1.6: Mối liên hệ giữa các đại lượng nghiên cứu ................................................8
Hình 1.7: Tổ chức tế vi ở biên độ dao động 1.5mm ...................................................9

Hình 1.8: Mô hình thực nghiệm của phương pháp cán lạnh (cryorolling)...............10
Hình 1.9: Kết quả kích thước hạt vật mẫu sử dụng các phương pháp SPD khác nhau
...................................................................................................................................11
Hình 1.10: Bề mặt cắt đứt của mẫu sau khi kéo đứt.................................................11
Hình 2.1: Sai lệch điểm trong mạng tinh thể ............................................................14
Hình 2.2: Sai lệch đường trong mạng tinh thể .........................................................15
Hình 2.3: Sai lệch mặt trong mạng tinh thể ..............................................................16
Hình 2.4: Sơ đồ động máy cán thép 2 trục ...............................................................18
Hình 2.5: Máy cán ống tự động ................................................................................20
Hình 2.6: Cách bố trí giá cán ....................................................................................20
Hình 2.7: Các loại giá cán ........................................................................................21
Hình 2.8: Sơ đồ máy cán hành tinh ..........................................................................22
Hình 2.9: Máy cán tấm nguội ...................................................................................23
Hình 2.10: Giản đồ pha hợp kim nhôm ....................................................................26
Hình 2.11: Kích thước mẫu cán................................................................................31
Hình 2.12: Mối ghép then hoa ..................................................................................31
Hình 2.13: Các dạng tiết diện của then ....................................................................32
Hình 2.14: Bạc then hoa ...........................................................................................32
vii


Hình 2.15: Định tâm theo đường kính ngoài D ........................................................33
Hình 2.16: Định tâm bằng mặt trụ trong, đường kính d ...........................................33
Hình 2.17: Định tâm theo mặt bên của then .............................................................34
Hình 2.18: Dòng máy thử nghiệm kéo nén vạn năng thủy lực CHT4000 ...............34
Hình 2.19: Giao diện phần mềm PowerTest của SANS...........................................36
Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý ........................................................................................39
Hình 3.2: Mô hình chuyển động của trục cán ..........................................................40
Hình 3.3: Hộp giảm tốc sử dụng bánh răng..............................................................42
Hình 3.4: Hộp giảm tốc sử dụng trục vít bánh vít ....................................................42

Hình 3.5: Động cơ rung ............................................................................................44
Hình 3.6: Cam lệch tâm ............................................................................................44
Hình 3.7: Trục khủy .................................................................................................44
Hình 3.8: Nam châm điện .........................................................................................45
Hình 3.9: Ổ lăn .........................................................................................................46
Hình 3.10: Bạc lót trục .............................................................................................46
Hình 3.11: Gối đỡ .....................................................................................................47
Hình 3.12: Ổ bi trượt ................................................................................................47
Hình 3.13: Trục then hoa và ổ then hoa ...................................................................48
Hình 3.14: Khớp Cardan ..........................................................................................49
Hình 3.15: Nguyên lý hoạt động của Cardan then hoa ............................................49
Hình 3.16: Bộ truyền bánh răng từ hộp giảm tốc đến trục cán ................................49
Hình 3.17: Hộp số giảm tốc ......................................................................................51
Hình 3.18: Inverter EL Series 1.5 kW , 3-phase , 380V ..........................................51
Hình 3.19: Sơ đồ lắp đăt tổng thể Inverter ...............................................................51
Hình 4.1: Sơ đồ vùng biến dạng khi cán kim loại ....................................................54
Hình 4.2: Đầu vào của phôi bị dẹp để tăng ma sát ...................................................55
Hình 4.3: Sơ đồ điều kiện vật cán ăn vào trục cán ...................................................55
Hình 4.4: Phân bố lực khi trục cán tiếp xúc với vật cán ..........................................56
Hình 4.5: I. Vùng trễ và II. Vùng vượt trước ...........................................................57
Hình 4.6: Sơ đồ áp lực của kim loại tác dụng lên trục cán.......................................58
Hình 4.7: Đồ thị quan hệ giữa s, % của một số kim loại và kim loại màu ...........59
Hình 4.8: Đồ thị biểu thị mối liên quan giữa , Ptb/s và  của kim loại màu .........60
Hình 4.9: Các kích thước cơ bản trục cán tấm .........................................................64
Hình 4.10: Lực cán tác dụng lên trục cán và biểu đồ mômen uốn khi cán ..............65
Hình 4.11: Gối đỡ trục và bạc lót .............................................................................67
Hình 4.12: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực-điều khiển ...........................................69
viii

Hình 4.13: Dây điện 3 pha ........................................................................................70
Hình 4.14: CB Shihlin BM30-CN ............................................................................70
Hình 4.15: CB Telemecanique GV2ME16 9-14A ...................................................70
Hình 4.16: Inverter MITSUBISHI E700 (Biến tần 3 pha 380V 1.5kW) .................71
Hình 4.17: Contactor Chint 3P 9A 220VAC LC1 D1810 ........................................71
Hình 4.18: Động cơ điện 3 pha.................................................................................72
Hình 4.19: Đèn báo pha loại AD22-22DS, AC 220V ..............................................72
Hình 4.20: Nút nhấn .................................................................................................73
Hình 4.21: Dừng khẩn cấp Emergency ....................................................................73
Hình 4.22: Biến trở (Potentiometer) .........................................................................73
Hình 4.23: Kích thước Inverter FR-E720 (Biến tần 3 pha 380V 1.5kW) ...............74
Hình 4.24: Sơ đồ đấu dây Inverter ...........................................................................75
Hình 4.25: Tủ điện hoàn chỉnh .................................................................................76
Hình 4.26: Thiết kế cụm cán ....................................................................................77
Hình 4.27: Trục cán 1 ...............................................................................................77
Hình 4.28: Cụm gối đỡ .............................................................................................78
Hình 4.29: Gối đỡ .....................................................................................................78
Hình 4.30: Cụm trục cán 1 .......................................................................................79
Hình 4.31: Trục then hoa và bạc then hoa ................................................................79
Hình 4.32: Giá cán ....................................................................................................80
Hình 4.33: Thanh chữ I ............................................................................................80
Hình 4.34: Thanh điều chỉnh 1 .................................................................................80
Hình 4.35: Cơ cấu điều chỉnh lượng cán ..................................................................81
Hình 4.36: Gối đỡ trượt và ổ trượt bi .......................................................................82
Hình 4.37: Thanh dẫn trượt và trục cam ..................................................................82
Hình 4.38: Ổ đỡ cam và cam lệch tâm .....................................................................83
Hình 4.39: Ổ bi để lắp cam vào ổ đỡ cam ................................................................83
Hình 4.40: Chốt cố định, chốt di động, bạc di động.................................................84
Hình 4.41: Thanh cố định 1 và 2 ..............................................................................84
Hình 4.42: Cụm dẫn trượt.........................................................................................85

Hình 4.43: Cụm đỡ cam ...........................................................................................86
Hình 4.44: Thân máy ................................................................................................86
Hình 4.45: Thanh điều chỉnh 2 và hộp giảm tốc ......................................................87
Hình 4.46: Các chi tiết lắp với hộp giảm tốc ............................................................87
Hình 4.47: Tấm đỡ động cơ 1 và 2 ...........................................................................88
Hình 4.48: Tấm đỡ hộp giảm tốc và tủ điện .............................................................88
ix


Hình 4.49: Nắp bảo vệ ..............................................................................................88
Hình 4.50: Chân chống dùng vòng đệm chén ..........................................................89
Hình 4.51: Mô hình sau khi hoàn tất ........................................................................89
Hình 5.1: Mô hình thực tế ………….. .....................................................................90
Hình 5.2: Một vài mẫu sau khi cán...........................................................................93
Hình 5.3: Biểu đồ biểu diễn mối liên hệ giữa biên độ dao động A và lượng đã cán
với chiều dài vật sau khi cán .....................................................................................94
Hình 5.4: Biểu đồ biểu diễn mối liên hệ giữa biên độ dao động A và lượng đã cán
với bề rộng vật sau khi cán........................................................................................94
Hình 5.5: Mẫu cán có dao động ngang và không có dao động ngang .....................95
Hình 5.6: Bề mặt các mẫu cán ..................................................................................96
Hình 5.7: Đồ thị biểu diễn lực kéo mẫu (bề dày mẫu B=4.5mm) cho tới khi đứt ...96
Hình 5.8: Đồ thị biểu diễn lực kéo mẫu (bề dày mẫu B=4mm) cho tới khi đứt ......97
Hình 5.9: Đồ thị biểu diễn lực kéo mẫu (bề dày mẫu B=3.5mm) cho tới khi đứt ...97
Hình 5.10: Đồ thị biểu diễn lực kéo mẫu (bề dày mẫu B=3mm) cho tới khi đứt ....98
Hình 5.11: Biểu đồ biểu diễn lực kéo đứt các mẫu thử ............................................99
Hình 5.12:Biều đồ biểu diễn kích thước tinh thể trung bình mặt 1………………100
Hình 5.13:Biểu đồ biểu diễn kích thước tinh thể trung bình mặt 2………………100

x

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay khoa học kỹ thuật nói chung cũng như ngành kỹ thuật cơ
điện tử nói riêng đã phát triển và có đóng góp rất nhiều t rong đời sống.
Sự phát triển nhanh chóng của cách mạng khoa học kĩ thuật làm cho bộ mặt xã hội
đất nước biến đổi từng ngày. Gia công kim loại là một trong những ngành quan
trọng, đang có đà phát triển một cách tích cực trong nền công nghiệp nước nhà,
chính vì vậy chúng em những kỹ sư tương lai của đất nước đang nghiên cứu trên
ghế nhà trường, đều ý thức một cách rõ ràng về gia công kim loại. Nắm được tầm
quan trọng đó và để có thể hiểu sâu hơn về chuyên ngành cũng như kiến thức
thực tế nhóm chúng em đã làm đề tài: “Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm máy
cán nhôm có dao động ngang”, đây là một đề tài rất hay là một ví dụ điển hình
tổng hợp các kiến thức về cơ khí, kỹ thuật điện.
Chúng em đã cố gắng tận dụng tất cả những kiến thức đã học ở
trường cùng với sự tìm tòi nghiên cứu, để có thể hoàn thành tốt đồ án
này. Kết quả là những sản phẩm đạt được trong ngày hôm nay tuy không
lớn lao nhưng nó là thành quả của 4 năm học tại trường là thành công đầu
tiên của chúng em trước khi ra trường.
Tuy nhóm chúng em đã cố gắng hết sức, nhưng chắc sẽ không tránh
khỏi những sai sót, mong quý Thầy Cô thông cảm. Chúng em mong nhận
được những ý kiến đóng góp tận tình của quý Thầy Cô và các bạn. Cuối
cùng chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô và các bạn .

xi


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
1.1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay, với yêu cầu ngày càng cao của con người trong các lĩnh vực kỹ
thuật và vật liệu, với mong muốn tạo ra những loại vật liệu có độ bền cao ứng dụng
trong các máy móc, thiết bị nhằm tăng tuổi thọ, độ bền của chúng nên con người đã
nghiên cứu, phát triển nhiều phương pháp để tăng độ bền kim loại và phương pháp
gia công bằng áp lực là một trong số đó.
Gia công biến dạng là một trong những phương pháp cơ bản để chế tạo các
chi tiết máy và các sản phẩm kim loại thay thế cho phương pháp đúc hoặc gia công
cắt gọt. Gia công biến dạng thực hiện bằng cách dùng áp lực tác dụng lên kim loại ở
trạng thái nóng hoặc nguội làm cho kim loại vượt qua giới hạn đàn hồi, dẫn đến
thay đổi hình dạng của vật thể kim loại mà không phá huỷ tính liên tục và độ bền
của chúng.
Phương pháp gia công bằng áp lực được sử dụng rộng rãi trong các ngành
công nghiệp ô tô, hàng không và trong nhiều chi tiết cơ khí,… Các phương pháp gia
công này bao gồm đúc, rèn, hàn, tiện… Có thể thấy rằng hơn 70% các sản phẩm
kim loại được sản xuất bởi công nghệ gia công áp lực nói chung và công nghệ cán
nói riêng (Đỗ Hữu Nhơn, 2006). Vì vậy các công nghệ cán có tầm quan trọng đặt
biệt trong việc tạo hình kim loại.
So với phương pháp đúc, gia công bằng áp lực tạo ra sản phẩm có độ bền cao
hơn, cơ tính vật liệu cải thiện, độ chính xác, độ bóng bề mặt cao hơn, tiết kiệm vật
liệu do gia công không phoi và năng suất lao động cao hơn vì ứng dụng được máy
móc trong quá trình làm việc, dẫn đến giá thành sản phẩm giảm. Tuy nhiên, đối với
những phương pháp gia công áp lực thông thường điển hình là phương pháp cán,
mặc dù sản phẩm sau cán đạt được những ưu điểm hơn so với ban đầu nhưng thực
sự vẫn chưa tạo ra được sản phẩm đạt độ bền cao, độ bóng bề mặt cao hơn mà
không ảnh hưởng đến độ dẻo, dai vật liệu đặc biệt là đối với vật liệu cán là kim loại
màu như vàng, bạc, đồng, nhôm,…Trong đó nhôm là vật liệu thường được sử dụng
trong các ngành công nghiệp như ô tô, máy bay,…đòi hỏi phải có cơ tính tốt, khối
lượng nhẹ, độ bóng bề mặt cao. Vì vậy, cần phải có phương pháp để tạo ra các kim
loại, hợp kim màu đạt được độ bền, độ cứng, độ dẻo, độ dai, cũng như cải thiện
được cấu trúc vật liệu.

1


1.1.2 Các phương pháp gia công áp lực truyền thống

Hình 1.1: Sơ đồ các phương pháp gia công áp lực truyền thống
(Nguồn: Nguyễn Văn Thái, 2006, Võ Trần Khúc Nhã (biên dịch), 2007)
(a) Cán
(d) Rèn khuôn
(b) Kéo
(e) Dập Chồn
(c) Ép trực tiếp và gián tiếp
Sau khi qua các phương pháp gia công áp lực truyền thống để tạo hình và phôi
thì kim loại có xu hướng biến cứng, hoá bền nhưng độ dẻo và độ dai giảm hay có xu
hướng biến giòn. Vì vậy hiện nay trên thế giới cũng như ở nước ta đã và đang
nghiên cứu công nghệ mới để tạo ra vật liệu có độ bền cao nhưng không làm giảm
độ dẻo, độ dai của vật liệu. Đó là công nghệ biến dạng dẻo mãnh liệt (SPD).
1.1.3 Một vài phương pháp gia công biến dạng dẻo mãnh liệt (Server Plastic
Deformation – SPD)
Các phương pháp gia công biến dạng dẻo mãnh liệt (SPD) được định nghĩa là
các quá trình gia công kim loại với biến dạng dẻo rất lớn để tạo ra kim loại có hạt
siêu mịn (UFG - kích thước hạt trung bình nhỏ hơn 1µm). Mục đích của các phương
pháp SPD cho việc tạo ra kim loại có hạt siêu mịn là sản xuất ra các chi tiết có khối

2


lượng nhẹ hơn do đặc tính độ bền cao của nó và sự thân thiện với môi trường. Các
hạt có kích thước nhỏ làm cho độ bền kéo tăng lên mà không làm giảm độ dai va

đập của kim loại, điều này khác so với các phương pháp hoá bền như xử lý nhiệt.
Các quá trình gia công SPD có thể chia thành hai nhóm chính:
- Nhóm thứ nhất bao gồm các phương pháp SPD cho quá trình gia công các kim
loại khối không liên tục như:
 Ép kim loại qua góc kênh không đổi (Equal Chanel Angular Pressing ECAP) được đưa ra đầu tiên bởi Segal (1977).
 Kaveh Edalati cùng với Zenji Horita (2011) đề xuất phương pháp xoắn kim
loại dưới áp lực cao (High-Pressure Torsion - HPT).

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý các phương pháp SPD nhóm thứ nhất
(Nguồn: Segal, 1997; Valiev, Krasilnikvo và Tsenev, 1991)
(a) Phương pháp ECAP
(b) Phương pháp HPT
Nguyên lý gia công của hai phương pháp trong nhóm thứ nhất được thể hiện
trên Hình 1.2 là phương pháp đầu tiên của phương pháp SPD được đưa ra để sản
xuất các vật liệu có cấu trúc hạt siêu mịn (UFG) và đã thu hút được sự nghiên cứu
của các nhà khoa học trong những năm gần đây (Valiev et al., 2000; Kim et al.,
2004; P.Quang et al., 2009).
 Đối với phương pháp ECAP: kim loại được ép qua hai kênh có tiết diện mặt
cắt không đổi và giao với nhau một góc ϕ. Kim loại bị biến dạng mãnh liệt
do bị biến dạng cắt tại khu vực giao nhau của hai kênh (khu vực ABC với
góc khuôn Ψ).

3


 Đối với phương pháp HPT: kim loại bị nén với áp lực cao đến vài GPa và
đồng thời bị biến dạng xoắn.
Có thể thấy rằng hai phương pháp này có thể tạo ra được vật liệu có cấu trúc
hạt siêu mịn, tuy nhiên cả hai phương pháp đều chưa thể đưa vào sản xuất vơi quy
mô lớn do các nhược điểm như: năng suất thấp và kích cỡ phôi nhỏ.

Vì vậy các phương pháp mới tiếp tục được nghiên cứu, cụ thể là các phương
pháp SPD thuộc nhóm thứ 2 có thể khắc phục được nhược điểm trên và có tiềm
năng rất lớn cho việc sản xuất các vật liệu có cấu trúc hạt siêu mịn với quy mô lớn.
- Nhóm thứ hai bao gồm các phương pháp SPD cho việc gia công liên tục trên kim
loại tấm như là:
 Cán dính tích luỹ (Accumulative Roll-Bonding - ARB) được nghiên cứu bởi
Y. Saito, H. Utsunomiya, N. Tsuji và T. Sakai (1998).
 Quá trình lặp lại gấp nếp và nắn thẳng kim loại (Repetitive Corrugation and
Straightening - RCS) được khám phá bởi Huang et al. (2001).
 Cán kim loại qua góc kênh không đổi (Equal Channnel Angular Rolling ECAR) của Lee et al. (2003).
 Quá trình tương ứng ép kim loại qua góc kênh không đổi (Equal Channel
Angular Pressing-Conform, ECAP-Conform) của Raab et al. (2004).
 Cán kim loại với vận tốc hai trục cán khác nhau với tỉ lệ cao (High-Ratio
Differential Speed Rolling- HRDSR) của Kim et al. (2006).
 Sự nghiên cứu gần đây là phương pháp cán kim loại với sự tích hợp của dao
động dọc trục của trục cán (Through-Width Vibration Rolling Process TWVR) của Hsieh et al. (2009, 2012), Phạm Huy Tuân, Trần Quốc Cường,
Dung-An Wang (2013).

4


Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý các phương pháp SPD trong nhóm hai
(Nguồn: Saito et al., 1998; Huang et al., 2001; Lee et al., 2003; Raab et al., 2004;
Kim et al., 2006; Hsieh et al., 2009, 2012)
(a) ARB
(c) ECAR
(e) HRDSR
(b) RCS

(d) ECAP-Conform

(f) TWVR
5


Nguyên lý gia công phổ biến của các phương pháp trong nhóm hai được thể
hiện lần lượt trong Hình 1.3 chủ yếu dựa vào sự kết hợp của các phương pháp cán
truyền thống và phương pháp SPD để phù hợp cho việc sản xuất với quy mô lớn và
tạo ra kim loại có cấu trúc hạt siêu mịn.
Tuy nhiên, khả năng ứng dụng của các phương pháp này trong quy mô công
nghiệp còn hạn chế do quá trình gia công phức tạp, kích cỡ phôi nhỏ và lượng biến
dạng kim loại còn nhỏ.
Một phương pháp mới đã được chứng minh là có thể sản xuất các tấm kim loại
với bề mặt lớn có cấu trúc hạt siêu mịn là HRDSR, được nghiên cứu bởi Kim et al.
(2006). Nguyên lý của phương pháp này được thể hiện trong Hình 1.3e.
 Phương pháp HRDSR là phương pháp cán truyền thống nhưng vận tốc của
hai trục cán là khác nhau. Phôi được cán qua một bước cán duy nhất với
chiều dày giảm 70%.
 Phôi bị biến dạng cắt rất lớn và biến dạng khá đồng đều dọc theo hướng
chiều dày.
Có thể thấy rằng phương pháp HRDSR có tiềm năng rất lớn trong việc gia
công hợp kim có độ bền cao như là hợp kim nhôm. Hơn nữa, HRDSR là quá trình
gia công liên tục và chỉ yêu cầu qua duy nhất một bước cán để tạo ra cấu trúc hạt
siêu mịn bên trong vật liệu. Phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn các phương
pháp trước. Tuy nhiên, dù phôi chỉ qua một lần cán với chiều dày giảm khá lớn
(giảm 70%) nhưng trong quá trình gia công thì phôi bị biến dạng cắt đạt hiệu quả
chưa cao. Các vấn để này có thể được khắc phục trong phương pháp được phát triển
gần nhất là phương pháp cán tích hợp dao động ngang TWVR.
Ngoài các phương pháp trên thì phương pháp cán lạnh (Cryorolling) đã được
sử dụng gần đây để kết hợp với các phương pháp SPD tạo ra vật liệu có cấu trúc hạt

siêu mịn. Cán lạnh là một quá trình xử lý đơn giản ở nhiệt độ thấp mà yêu cầu lực
tác dụng tương đối nhỏ để gây ra biến dạng dẻo mãnh liệt nhằm tạo ra các đặc tính
cấu trúc tế vi kết tinh trong các loại vật liệu. Phương pháp sử dụng kỹ thuật cán phôi
có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ Nitơ lỏng được sử dụng rộng rãi để cải thiện các tính
chất của vật liệu. Cán lạnh có thể đáp ứng tốt cho các ứng dụng công nghiệp quy
mô lớn của các vật liệu có cấu trúc nano. Cán lạnh được xem là một trong số con
đường tiềm năng để sản xuất các hợp kim nhôm có hạt siêu mịn dạng khối. Độ bền
kéo và độ dai của vật liệu được cải thiện do sự loại bỏ quá trình hồi phục của vật
liệu trong suốt quá trình cán lạnh. Hơn nữa, cán lạnh có nhiều thuận lợi như việc
yêu cầu biến dạng dẻo thấp hơn, quy trình sản xuất đơn giản và khả năng sản xuất
vật liệu một cách liên tục (Hailiang et al.. 2016).
6


Hình 1.4: Minh họa phương pháp tạo hạt siêu mịn UFG trên hợp kim nhôm tấm
bằng phương pháp Cryorolling
(Nguồn: H. Yu et al, 2016)
1.1.4 Các kết quả nghiên cứu về cách tạo hạt siêu mịn UFG bằng phương pháp
SPD điển hình trong và ngoài nước
1.1.4.1 Nghiên cứu “Tensile strength and deformation microstructure of Al–
Mg–Si alloy sheet by through-width vibration rolling process” của nhóm tác
giả Yue-Ting Chen, Dung-An Wang, Jun-Yen Uan, Tsung-Hsien Hsieh, TeChang Tsai tại National Chung Hsing University, 250 kuo-kuang Rd.,
Taichung 402, Taiwan, ROC [20]
Các nhà khoa học Đài Loan đã chế tạo, thử nghiệm thành công máy cán tích
hợp dao động ngang của trục cán theo nguyên lý biến dạng dẻo mãnh liệt (SPD) của
vật liệu (còn gọi là phương pháp TWVR).
Máy có hai trục cán quay ngược với nhau và được truyền động bằng động cơ
thuỷ lực. Bên cạnh chuyển động quay, trục cán dưới đồng thời dao động ngang dọc
trục và cũng được truyền động bởi động cơ thuỷ lực. Hai trục cán được gia công
bằng nhau có đường kính 150mm và được điều khiển quay với vận tốc quay không

đổi 2 vòng/phút. Trục cán dưới dao động ngang với tần số không đổi 5Hz và biên
độ dao động được thay đổi từ 0 đến 2.5 mm. Quá trình cán được tiến hành qua 4
bước cán với mỗi bước cán thì chiều dày phôi giảm đi 40% với vật liệu phôi được
tiến hành là hợp kim nhôm AA6061 có một số thành phần hóa học như sau 0.64Si,
0.43Fe, 0.23Cu, 0.12Mn, 0.86Mg, 0.17Cr, 0.01Ni, 0.04Zn, 0.06Ti.
Mẫu có kích thước: Bề dày T=5mm, bề rộng W=20mm, chiều dài L=100mm.
7


Hình 1.5: Mô hình minh họa phương pháp Through-width vibrationrolling (TWVR)
(Nguồn: Hsieh et al., 2012)

Hình 1.6: Mối liên hệ giữa các đại lượng nghiên cứu
(Nguồn: Hsieh et al., 2012)
a) Bề rộng tăng gấp đôi (W/2) và biên độ dao động (Amplitude)
b) Giới hạn chảy (Yield strength), độ bền kéo giới hạn (Ultimate tensile
strength) và biên độ dao động khi mẫu ở nhiệt độ 100oC
c) Cán mẫu ở nhiệt độ 100oC với biên độ dao động 1.5mm. Hóa già mẫu
đã cán ở 100oC trong 2 giờ. Biểu đồ thể hiện độ bền kéo khi tiếp tục
hóa già mẫu ở 130oC từ 0 đến 18 giờ

8


Hình 1.7: Tổ chức tế vi ở biên độ dao động 1.5mm
(Nguồn: Hsieh et al., 2012)
a) Mũi tên màu trắng cho thấy tổ chức tế vi với kích thước nano và mũi tên màu
đen cho thấy sự chuyển vị
b) Hóa già mẫu cán ở 100oC trong 2 giờ và tiếp tục hóa già ở 130oC trong 4 giờ
c) Hóa già mẫu cán ở 100oC trong 2 giờ và tiếp tục hóa già ở 130oC trong 18

giờ

9


Từ các kết quả của phương pháp TWVR nhóm nhận thấy rằng ngoài lực cán
của hai trục cán thì vật cán còn chịu tác động của dao động rung của trục cán dưới
với tần số tương đối lớn 5Hz theo hướng vuông góc với hướng lăn để tạo ra biến
dạng dẻo theo bề rộng vật cán. Vật sau khi cán đạt được tổ chức tế vi có cấu trúc hạt
mịn, độ bền kéo và độ bền dẻo tăng hơn so với khi cán không dao động. Tuy nhiên
vật cán bị biến dạng cong do khả năng đàn hồi bên trong của vật liệu.
Những kết quả trên sẽ là cơ sơ và tiền đề để nhóm nghiên cứu tham khảo, thử
nghiệm trên thiết bị mà nhóm chế tạo.
1.1.4.2 Nghiên cứu “Microstructure evolution of accumulative roll bonding
processed pure aluminum during cryorolling” của nhóm tác giả Hailiang Yu,
Hui Wang, Cheng Lu, A. Kiet Tieu, Huijun Li, Ajit Godbole, Xiong Liu, Xing
Zhao tại University of Wollongong và Chunhua (Charlie) Kong tại University
of New South Wales [18]

Hình 1.8: Mô hình thực nghiệm của phương pháp cán lạnh (cryorolling)
(Nguồn: S.M. Dasharath, Suhrit Mula, 2016)
Đây là phương pháp tạo ra được cấu trúc hạt siêu mịn (ultrafine-grained hay
UFG) và cấu trúc hạt nano (nano-grained hay NG) với quá trình cán kết hợp với làm
lạnh vật cán bởi Nitơ lỏng giúp cho vật sau khi cán hạn chế được biến dạng hình
học do SPD gây ra. Mẫu được thí nghiệm là mẫu nhôm CP Al (AA1050 và
AA1060).
10


Hình 1.9: Kết quả kích thước hạt vật mẫu sử dụng các phương pháp SPD khác nhau

(Nguồn: H. Yu et al., 2016)

a)

b)

Hình 1.10: Bề mặt cắt đứt của mẫu sau khi kéo đứt
(Nguồn: H. Yu et al., 2016)
a) Sau lần cán thứ 3 theo ARB cộng lần cán thứ 1 theo cán lạnh (cryorolling).
b) Sau lần cán thứ 3 theo ARB cộng lần cán thứ 2 theo cán lạnh (cryorolling).
Nhờ có quá trình làm lạnh vật liệu trong quá trình cán tấm và sự kết hợp
phương pháp ARB đã tạo ra được sản phẩm giảm đi được sự phục hồi do tính chất
của vật liệu sau khi cán, đồng thời tăng độ bền kéo và giảm kích thước hạt.
Hiện tại các nhà khoa học vẫn đang tiếp tục nghiên cứu và tìm hiểu sâu hơn
nữa về phương pháp này.

11


1.1.4.3 Các nghiên cứu trong nước
Ở nước ta hiện nay cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến lĩnh
vực gia công biến dạng dẻo mãnh liệt (SPD) mà đi đầu và có nhiều công trình
nghiên cứu công bố trong nước là Viện khoa học và kỹ thuật vật liệu thuộc Trường
Đại Học Bách Khoa Hà Nội.
Những nghiên cứu và phát triển phương pháp này ở Việt Nam là các nhà khoa
học thuộc Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội như: GSTS. Nguyễn Trọng Giảng,
GSTS. Đỗ Minh Nghiệp, PGSTS. Đào Minh Ngừng, TS. Phạm Quang.
Phương pháp SPD được nghiên cứu chủ yếu ở nước ta là ép kim loại qua góc
kênh không đổi (ECAP) vì phương pháp này khá đơn giản và phù hợp với điều kiện
nghiên cứu ở nước ta. Các công trình đã được công bố trong nước chủ yếu theo

hướng mô hình hoá và mô phỏng số bằng phương pháp phần tử hữu hạn (Phạm
Quang, Đào Minh Ngừng, Đỗ Minh Nghiệp, 2010).
1.2 Lý do chọn đề tài
Dựa trên những cơ sở lý thuyết và những kết quả nghiên cứu về phương pháp
SPD, nhóm quyết định chọn đề tài nhằm tìm hiểu thêm về phương pháp SPD và
cách tạo hạt siêu mịn trong cấu trúc tế vi của vật liệu bằng phương pháp cán.
Nhóm nghiên cứu kết hợp với phương pháp cán cổ truyền và phương pháp
TWVR để chế tạo thử nghiệm máy cán biến dạng mạnh SPD có dao động ngang.
Do điều kiện nghiên cứu và giới hạn của đề tài nên nhóm sẽ chế tạo và vận hành thử
nghiệm máy, kiểm tra một số kết quả sau cán, đây cũng là cơ sở cho các nhóm
nghiên cứu tiếp tục tìm hiểu và phát triển hơn nữa máy cán biến dạng mạnh (SPD)
có dao động ngang.
1.3 Mục tiêu đề tài
- Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm máy cán biến dạng biến dạng mạnh (SPD) có
dao động ngang.
- Kiểm tra và so sánh sản phẩm sau cán về: chiều dài, độ thay đổi về bề rộng,
độ bền kéo, hình dáng, kích thước tinh thể của vật liệu.
1.4 Nhiệm vụ của đề tài
- Tìm hiểu độ bền và các tiêu chuẩn hợp kim nhôm trên thế giới.
- Nguyên lý và kết cấu máy cán.
- Tính toán và thiết kế hệ thống cơ khí, hệ thống truyền động điện-điều khiển.
- Thiết kế chi tiết.
- Gia công chế tạo thiết bị.
- Vận hành thử nghiệm, ghi nhận thông số mẫu cán.

12


1.5 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu và giới hạn của đề tài
1.5.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu chế tạo thử nghiệm máy cán biến dạng mạnh kết hợp với
dao động ngang với vật mẫu thí nghiệm khi cán là hợp kim nhôm kích thước: bề
dày 5mm, bề rộng 20mm, chiều dài 150mm.
Do điều kiện nghiên cứu và kinh tế nên nhóm chọn hợp kim nhôm dẻo được
bán phổ biến trên thị trường. Vật sau cán sẽ nghiên cứu, so sánh với vật mẫu ban
đầu và vật mẫu cán ở các biên độ dao động: 0mm, 1mm, 2mm, 3mm. Mẫu thí
nghiệm sẽ đạt các bề dày khác nhau 4.5mm, 4.0mm, 3.5mm, 3.0mm ở từng biên độ
dao động.
Tiến hành một số kiểm tra mẫu sau khi cán và ghi nhận số liệu.
1.5.2 Giới hạn đề tài
- Không đi sâu nghên cứu lý thuyết biến dạng dẻo, chỉ mang tính cập nhật cơ
sở lý thuyết để làm cơ sở nghiên cứu, phục vụ cho việc làm đề tài.
- Nêu được nguyên lý, cách thức vận hành máy.
- Không xét đến thành phần hóa học của mẫu cán.
- Chỉ thực hiện với lượng cán và biên độ dao động như trên.
- Tiến hành một vài thí nghiệm cơ bản kiểm tra mẫu sau cán: chiều dài, độ
thay đổi về bề rộng, độ bền kéo, hình dáng, kích thước tinh thể của vật liệu.
1.6 Phương pháp nghiên cứu và kết quả dự kiến đạt được
1.6.1 Nghiên cứu lý thuyết
- Tham khảo tài liệu, giáo trình liên quan đến máy cán.
- Tìm hiểu độ bền và tiêu chuẩn các hợp kim nhôm trên thế giới.
- Tham khảo các tài liệu nước ngoài về phương pháp SPD.
- Xử lý số liệu thực nghiệm.
1.6.2 Nghiên cứu thực nghiệm
- Nghiên cứu, chế tạo và vận hành thử nghiệm.
- Cán các mẫu trên máy đã chế tạo.
- Thu thập và ghi nhận số liệu khi thí nghiệm trên mẫu cán.
- Có thể mở rộng đối tượng cán và thử nghiệm với vật liệu đồng.
1.6.3 Kết quả dự kiến
- Thiết bị cán.

- Bản thuyết minh, bản vẽ lắp, bản vẽ chi tiết và bản vẽ phân rã.
- Dữ liệu vận hành và thử nghiệm.
- Đưa ra hướng phát triển, khắc phục lỗi trên sản phẩm và máy.

13


Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Các hiện tượng và các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc hạt của kim loại khi
gia công biến dạng dẻo
2.1.1 Các hiện tượng ảnh hưởng đến cấu trúc hạt của kim loại khi gia công
biến dạng dẻo
Cấu trúc tinh thể là một sự sắp xếp đặc biệt của các nguyên tử trong tinh thể.
Trong chất rắn dạng tinh thể, các tiểu phân (nguyên tử, ion, phân tử,…) được sắp
xếp một cách đều đặn, tuần hoàn tạo thành một mạng lưới không gian. Do đó cấu
trúc tinh thể liên quan đến mọi tính chất của vật liệu. Nhưng trong thực tế không
phải 100% nguyên tử đều nằm đúng vị trí quy định, gây nên những sai hỏng được
gọi là sai lệch mạng tinh thể hay khuyết tật mạng [2].
a. Sai lệch mạng tinh thể: Tuy số nguyên tử nằm lệch vị trí quy định chiếm tỷ
lệ rất thấp (chỉ 1 - 2%) song gây ảnh hưởng rất xấu đến tinh thể dưới tác dụng của
ngoại lực (biến dạng dẻo, biến cứng...) tức đến độ bền - chỉ tiêu cơ tính hàng đầu,
nên việc khảo sát các sai lệch này có ý nghĩa lý thuyết và thực tế lớn lao, không thể
bỏ qua. Phụ thuộc vào kích thước ba chiều trong không gian, sai lệch mạng chia
thành: sai lệch điểm, đường, mặt và khối.
 Sai lệch điểm: là các sai lệch có kích thước rất nhỏ (cỡ kích thước nguyên tử)
theo ba chiều không gian, có dạng bao quanh một điểm. Một số sai lệch điểm
điển hình là nút trống, nguyên tử xen kẽ, nguyên tử tạp chất.

Hình 2.1: Sai lệch điểm trong mạng tinh thể

(Nguồn: Lê Công Dưỡng, 2000)
a) Nút trống
b) Nguyên tử xen kẻ
c) Nguyên tử tạp chất
 Sai lệch đường: là loại sai lệch có kích thước nhỏ theo hai chiều và lớn theo
chiều thứ 3 trong tinh thể, tức có dạng của một đường (đường ở đây có thể là
thẳng, cong, xoắn ốc). Các sai lệch điển hình như: lệch biên, lệch xoắn, lệch
14