chương 2 biến dạng dẻo và cơ tính

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.26 MB, 47 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

Chương 2: Biến dạng dẻo và cơ tính

2.1 Biến dạng dẻo và phá huỷ

Độ dãn dài l

ải

trọn

g F

Fđh

a1
e
Fa
a
b
c
Fb
a2
0

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

Sự biến đổi mạng tinh thể ở các giai đoạn khác

nhau trong quá trình biến dạng

Khái niệm về biến dạng dẻo

Là biến dạng không bị mất đi sau khi bỏ tải trọng tác

dụng

Giai đoạn ban đầu: các nguyên tử chỉ dao động xung quanh vị trí cân

bằng

Giai đoạn biến dạng đàn hồi: các nguyên tử xê dịch phạm vi hẹp so với

thông số mạng nên nó vẫn trở về vị trí ban đầu khi bỏ tải trọng

Giai đoạn biến dạng dẻo: các nguyên tử xê dịch phạm vi lớn hơn so với

thơng số mạng nên nó khơng trở về vị trí ban đầu khi bỏ tải trọng

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

Phá huỷ dẻo Phá huỷ giịn 
(khơng có biến

dạng dẻo)

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

Trượt đơn tinh thể

ươ

rượ

Mặt

trượt

Trượt trong đơn
tinh thể Zn
Hiện tượng trượt trong đơn

tinh thể

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

Phương trượt:

Mặt trượt: Là mặt phân cách giữa hai mặt nguyên tử dày đặc nhất

mà tại đó xảy ra hiện tượng trượt

2 điều kiện của mặt trượt:

-Phải là mặt xếp xít chặt nhất (liên kết giữa các nguyên tử lớn
 bền vững)

-Khoảng cách giữa 2 mặt xít chặt phải là lớn nhất (dễ cắt đứt
liên kết giữa 2 mặt  dễ xê dịch)

Là phương có mật độ nguyên tử lớn nhất

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

Hệ trượt trong mạng A2

Họ mặt trượt: {110} Số lượng:

6

Họ phương trượt <111>:

2

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

Hệ trượt trong mạng A1

Họ mặt trượt:{111} Số lượng:

4

Họ phương trượt <110>:

3

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

Hệ trượt trong mạng A3

Họ mặt xếp chặt nhất:

{0001}

Số lượng:

2

Họ phương xếp chặt nhất <1120>:

3

</div>
(9)<div class='page_container' data-page=9>

Nhận xét

Kim loại có số hệ trượt càng cao thì càng dễ biến dạng



Nhôm (Al), đồng (Cu)…. dễ biến dạng hơn Manhê

(Mg), Kẽm (Zn)

Trong cùng một hệ tinh thể (lập phương): kim loại nào

có số phương trượt nhiều hơn thì dễ biến dạng dẻo hơn



Nikel (Ni), Nhơm (Al), đồng (Cu) (

A2

)…. dễ biến

</div>
(10)<div class='page_container' data-page=10>

s = F/So

So

s’

Phương trượt

Ss

So
F

Fs

Ss

t
l

</div>
(11)<div class='page_container' data-page=11>

Ứng suất tiếp gây ra trượt

Phương trượt

t

s’

Mặt trượt

S0

ứ

ng suất tác dụng

Diện tích mặt trượt: S=S

0

/cos

f

Ứng suất tiếp trên phương trượt:

</div>
(12)<div class='page_container' data-page=12>

Các giá trị tới hạn

a) b) c)

t

=

s

0

cos

f

cos

l

s0: ứng suất quy ước do ngoại lực F tác dụng lên tiết ngang của 
tinh thể có tiết diện khơng đổi

Khơng xảy

ra trượt Không xảy ra trượt

</div>
(13)<div class='page_container' data-page=13>

Cơ chế trượt

Lý thuyết:

t

th~ G/2

</div>
(14)<div class='page_container' data-page=14>

Trượt trong đa tinh thể

Đặc điểm:



Các hạt bị biến dạng khơng

đều



Có tính đẳng hướng



Có độ bền cao hơn



Hạt càng nhỏ thì độ bền và độ

dẻo càng cao

</div>
(15)<div class='page_container' data-page=15>

Tổ chức và tính chất sau biến

dạng dẻo

 Các hạt có xu hướng dài ra theo phương kéo

Độ biến dạng từ 40-50% các hạt sẽ bị phân nhỏ, tạp chất và pha 
thứ hai bị chia nhỏ phân tán và kéo dài  tạo thớ

Độ biến dạng từ 70-90% các hạt sẽ bị quay, các hạt và phương 
mạng cùng chỉ số đạt tới mức gần như song song  tổ chức textua 
biến dạng

 Sau biến dạng dẻo thì trong kim loại tồn tại ứng suất dư lớn do xô 
lệch mạng tinh thể

</div>
(16)<div class='page_container' data-page=16>

Phá huỷ

Phá huỷ là gì?



Là dạng hư hỏng trầm trọng nhất, khơng thể khắc phục

được



thiệt hại về kinh tế, con người…..



cần phải có biện

pháp khắc phục

</div>
(17)<div class='page_container' data-page=17>

a) phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh:

Phá huỷ dẻo:

là phá huỷ kèm theo biến dạng dẻo đáng kể  tiết 
diện mặt gãy thay đổi

Phá huỷ giịn:

là phá huỷ kèm theo biến dạng dẻo khơng 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
(tiết diện thay đổi)

Phá huỷ giòn

</div>
(18)<div class='page_container' data-page=18>

a) phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh (

tiếp theo

):

Phá huỷ dẻo phát triển với tốc độ chậm, cần nhiều năng lượng 
 cơng phá hủy lớn

Phá huỷ giịn phát triển với tốc độ rất nhanh, cần năng lượng 
nhỏ công phá hủy nhỏ hơn

</div>
(19)<div class='page_container' data-page=19>

a) phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh (

tiếp theo

):

Sự phụ thuộc của hình thức phá huỷ vào một số yếu tố:

Nhiệt độ giảm, tốc độ đặt tải tăng  phá huỷ có xu hướng 
chuyển từ phá huỷ dẻo sang phá huỷ giòn

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

</div>
(20)<div class='page_container' data-page=20>

Cơ chế phá huỷ

Sợi Vết cắt

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

</div>
(21)<div class='page_container' data-page=21>

Sự xuất hiện các vết nứt tế vi

-

Theo con đường tự nhiện (nguội nhanh



nứt chi tiết)

-

Từ các rỗ khí, bọt khí

-

Từ các pha mềm trong vật liệu

-

Sinh ra trong quá trình biến dạng do có tập hợp nhiều

lệch cùng dấu chuyển động trên cùng một mặt trượt và gặp

vật cản (pha thứ hai)

</div>
(22)<div class='page_container' data-page=22>

b) phá huỷ trong điều kiện tải trọng thay đổi theo

chu kỳ

Đặc điểm: vật liệu chịu tải trọng không lớn, thay đổi theo

chu kỳ



có thể bị phá hủy sau một thời gian làm việc

(

phá huỷ mỏi

)

Bề mặt phá hủy mỏi được chia làm 3 vùng:

Vùng 1: rất mỏng (vùng của các vết nứt tế vi)

Vùng 2: các vết nứt phát triển chậm. Bề mằt phẳng nhưng có

các lớp và dải phân cách

</div>
(23)<div class='page_container' data-page=23>

b) phá huỷ trong điều kiện tải trọng thay đổi theo

chu kỳ

Cơ chế của phá huỷ mỏi:

- Hình thành các vết nứt tế vi trên bề mặt chi tiết (vết nứt sẵn có 
trong q trình chế tạo, lõm co, vết xước……..)

- Nửa chu kỳ đầu: giả sử lệch đang chuyển động thốt ra ngồi 
bề mặt chi tiết  nửa chu kỳ sau lệch sẽ chuyển động ngược lại 
vị trí cũ (do chu kỳ tải trọng đổi dấu)

Nửa chu kỳ đầu Nửa chu kỳ sau

</div>
(24)<div class='page_container' data-page=24>

2.2 Các đặc trưng cơ tính

Cơ tính là gì?

là tập hợp các đặc trưng cơ học biểu thị cho

khă năng chịu tải



là cơ sở để so sánh các vật liệu với nhau

Cách xác đinh cơ tính?

kiểm tra các mẫu thử

Chú ý:

-

Mẫu thử lớn thường có cơ tính thấp hơn (do xác

suất xuất hiện của khuyết tật cao hơn)

</div>
(25)<div class='page_container' data-page=25>

a) Độ bền tĩnh (

s

)

Giới hạn đàn hồi (

s

đh

):

 là ứng suất lớn nhất tác dụng lên mẫu và làm cho mẫu không 
bị biến dạng khi tải trọng mất đi

)

(

0
2
,

0
2
,
0

MPa

S

F



s

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 (

s

ch

):

 là ứng suất bé nhất tác dụng lên mẫu và làm cho mẫu bắt đầu 
bị biến dạng dẻo

Giới hạn chảy quy ước (

s

0,2

):

)

(

MPa

S

F

dh
dh



s

</div>
(26)<div class='page_container' data-page=26>

Giới hạn bền (

s

b

):

Fb: lực kéo lớn nhất trên giản đồ thử 
kéo (N)

So: tiết diện mẫu thử (mm2)

)

(

MPa

S

F

b
b



s

 là ứng suất lớn nhất tác dụng lên mẫu gây ra biến dạng cục bộ 
dẫn đến phá hủy

Yếu tố ảnh hưởng đến độ bền:

mật độ lệch

độ

bền

mật độ lệch

1

2

3

4

1. Độ bền theo lý thuyết
2. Độ bền của đơn tinh thể
3. Các kim loại nguyên

chất sau ủ

4. Kim loại sau biến dạng, 
hoá bền……

108/
cm2

</div>
(27)<div class='page_container' data-page=27>

Các biện pháp hoá bền vật liệu

1.

Biến dạng dẻo:

2.

Hợp kim hoá:

3.

Tạo ra các pha cứng phân tán hay hố

bền tiết pha:

4.

Nhiệt luyện tơi+ram:

5.

Làm nhỏ hạt:

làm tăng xơ lệch mạng



khó trượt

làm tăng mật độ lệch



tạo các chướng ngại cản trở chuyển động của lệch

tạo dung dịch rắn quá bão hoà

</div>
(28)<div class='page_container' data-page=28>

b) Độ dẻo (



%,



%)

Độ dẻo là gì? Hiện tượng đối với mẫu thử kéo:

Mẫu trước thử kéo Mẫu sau thử kéo Mẫu trước thử kéo Mẫu sau thử kéo

l0 l1

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

Các chỉ tiêu:

%

100 %

0
0
1

x

l







%

100 %

</div>
(29)<div class='page_container' data-page=29>

Tính siêu dẻo

Nếu  đạt từ 100-1000%  Vật liệu được gọi là siêu dẻo

Ưu điểm:

- Tiết kiệm được năng lượng

- Dễ chế tạo các sản phẩm rỗng, dài, tiết diện không đều….

Một số biện pháp để VL đạt được hiệu ứng siêu dẻo:

- Làm cho hạt nhỏ mịn, đẳng trục, đồng đều và ổn định
- Biến dạng ở nhiệt độ cao (0,6-0,8)Ts

</div>
(30)<div class='page_container' data-page=30>

c) Độ dai va đập (a

k

)

Độ dai va đập là gì?

 Là đánh giá khả năng chống lại phá huỷ của vật liệu dưới tác dụng của 
tải trọng động

initial height
final height

sample

S

A

</div>
(31)<div class='page_container' data-page=31>

Ý nghĩa của độ dai va đập:

 Có thể phán đốn về khả năng chịu tải trọng va đập của chi 
tiết

Đối với vật liệu thường: a

k

>200kJ/m

2

Đối với vật liệu chịu va đập cao: a

k

>1000kJ/m

2

a

k

~

s

ch

(

s

0,2

x



)

Mối tương quan giữa a

k

và (

s

0,2

x



)



Các biện pháp nâng cao a

k
- Làm hạt nhỏ mịn

- Số lượng, kích thước các pha giịn tăng, hình dạng tấm, lưới và

phân bố không đều  giảm ak

</div>
(32)<div class='page_container' data-page=32>

d) Độ cứng

Độ cứng là gì?

 Là khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ của vật liệu thông 
qua mũi đâm

Đặc điểm:

- Khi vật liệu không đồng nhất  Chỉ biểu thị cho tính chất bề 
mặt

- Biểu thị cho khả năng chống mài mòn của vật liệu

</div>
(33)<div class='page_container' data-page=33>

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

</div>
(34)<div class='page_container' data-page=34>

Độ cứng brinell HB

Điều kiện chuẩn để xác định HB 
cho thép và gang:

D=10mm, F=3000kG, t=15s

s

b

=a.HB

</div>
(35)<div class='page_container' data-page=35>

Nhược điểm của loại độ cứng HB

-

Khơng thể đo được vật liệu có độ cứng cao hơn 450 HB

-

không ứng dụng đo độ cứng cho thép thôi, hợp kim

cứng….

-

Mẫu phải phẳng, dày do vết đâm lớn



không đo được

độ cứng trực tiếp trên sản phẩm

-

Thời gian do chậm hơn các phương pháp khác, phải có

sự trợ giúp của các thiết bị quang học để xác định

đướng kính vết lõm

</div>
(36)<div class='page_container' data-page=36>

Độ cứng Rockwell

f

F

f

h

f: tải trọng sơ bộ 10kg

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

Cách xác định độ cứng rockwell:

HR = k-(h/0,002)

k = 100 với thang đo A, C với mũi đâm kim cương góc ở đỉnh 1200
k = 130 với thang đo B dùng cho mũi bi thép

</div>
(37)<div class='page_container' data-page=37>

Ưu điểm của loại độ cứng rockwell

Thang đo HR có thể đo được các vật liệu cứng cao: thép tơi, lớp

hố bền….



được sử dụng rất phổ biến

Kết quả có thể được hiện ngay trên máy đo

Thời gian để xác định được giá trị độ cứng nhanh

</div>
(38)<div class='page_container' data-page=38>

Độ cứng Vickers

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

Nhược điểm: với tải trọng nhỏ thì vẫn cần trợ giúp của thiết bị 
quang học để xác định d

</div>
(39)<div class='page_container' data-page=39>

Bảng chuyển đổi giữa các thang đo độ cứng

HV

HB

HRC

HRA

HRB

Thấp

240

20 60,5

100 TB

513

475

5 75,9

-Cao

697 -

60 81,2

-Trạng thái vật liệu dựa trên giá trị độ cứng

- Mềm: HB< 150

- Trung bình: HB ~ 300-400
- Cao HRC ~ 60-65

- Thấp: HB ~ 200

</div>
(40)<div class='page_container' data-page=40>

2.3 Nung kim loại đã qua biến dạng dẻo

Trạng thái kim loại sau biến dạng dẻo:

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

Tại sao cần phải nung kim loại đã qua biến dạng dẻo?

- Để có thể tiếp tục biến dạng dẻo nhiều hơn nữa
- Để có thể gia công cắt được dễ dàng

</div>
(41)<div class='page_container' data-page=41>

Ảnh tổ chức của kim loại sau biến dạng dẻo

</div>
(42)<div class='page_container' data-page=42>

Các giai đoạn chuyển biến khi nung nóng

Giai đoạn hồi phục

-

Xảy ra ở nhiệt độ T < T

ktl

-

Giảm khuyết tật (điểm, nút trống)

-

Giảm mật độ lệch

-

Giảm ứng suất

</div>
(43)<div class='page_container' data-page=43>

Các giai đoạn chuyển biến khi nung nóng

(tiếp theo)

Giai đoạn kết tinh lại

-

Xảy ra ở nhiệt độ T > T

ktl

-

Xuất hiện các mầm mới 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 tâm mầm

càng nhiều



hạt cạng nhỏ mịn

-

Sự phát triển hạt hoàn toàn giống với quá trình kết tinh của KL

lỏng

</div>
(44)<div class='page_container' data-page=44>

Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tinh lại

Nhiệt độ kết tinh lại T

ktl

:

T

ktl

= a.T

S

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

Thông thường: khi mức độ biến dạng > 40-50%, thời gian giữ nhiệt
khi nung là 1h thì a có thể được xác định như sau

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

</div>
(45)<div class='page_container' data-page=45>

Tổ chức hạt nhận được sau kết tinh lại

Hạt sau KTL thì có dạng đa cạnh, đẳng trục

Kích thước hạt phụ thuộc:

-

Mức độ biến dạng

-

Nhiệt độ ủ

-

Thời gian giữ nhiệt



Tính chất vật liệu sau kết tinh lại:

-

Độ bền, độ cứng giảm

-

Độ dẻo, độ dai tăng

</div>
(46)<div class='page_container' data-page=46>

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)T

s

Các quá trình xảy ra:

-

Biến dạng dẻo gây hố bền vật liệu

-

Xảy ra q trình kết tinh lại

</div>
(47)<div class='page_container' data-page=47>

Ưu điểm:

- Phơi được nung nóng  mềm  lực tác dụng nhỏ
- Bít được các rỗ khí nếu có

- Q trình hợp lý, sau biến dạng dẻo, phơi có thể đem gia cơng cơ

Nhược điểm:

- Khó khống chế nhiệt độ đồng đều trên phơi  khó đồng nhất về tổ

chức, cơ tính

- Khó khống chế chính xác hình dạng, kích thước chi tiết
- Chất lượng bề mặt khơng cao do dễ bị oxy hố bề mặt

</div>

chương 2 biến dạng dẻo và cơ tính

<b>Chương 2: Biến dạng dẻo và cơ tính</b>

<i><b>2.1 Biến dạng dẻo và phá huỷ</b></i>

Sự biến đổi mạng tinh thể ở các giai đoạn khác

nhau trong quá trình biến dạng

<b>Khái niệm về biến dạng dẻo</b>

<i>Là biến dạng không bị mất đi sau khi bỏ tải trọng tác </i>

<i>dụng</i>

<b>Trượt đơn tinh thể</b>

<b>Hệ trượt trong mạng A2</b>

<b><sub>6</sub></b>

<b>2</b>

<b>Hệ trượt trong mạng A1</b>

<b><sub>4</sub></b>

<b>3</b>

<b>Hệ trượt trong mạng A3</b>

<b>{0001}</b>

<b>2</b>

<b>3</b>

<b>Nhận xét</b>

<i>Kim loại có số hệ trượt càng cao thì càng dễ biến dạng</i>



<i>Nhôm (Al), đồng (Cu)…. dễ biến dạng hơn Manhê </i>

<i>(Mg), Kẽm (Zn)</i>

<i>Trong cùng một hệ tinh thể (lập phương): kim loại nào </i>

<i>có số phương trượt nhiều hơn thì dễ biến dạng dẻo hơn</i>



<i>Nikel (Ni), Nhơm (Al), đồng (Cu) (</i>

<i>A2</i>

<i>)…. dễ biến </i>

<b>Ứng suất tiếp gây ra trượt</b>

t

<b>ứ</b>

<i>Diện tích mặt trượt: S=S</i>

<i>/cos</i>

f

<i>Ứng suất tiếp trên phương trượt: </i>

<b>Các giá trị tới hạn</b>

t

<i>= </i>

s

<i>cos</i>

f

<i>cos</i>

l

<b>Cơ chế trượt</b>

t

<b>Trượt trong đa tinh thể</b>

<b>Đặc điểm:</b>



Các hạt bị biến dạng khơng

đều



Có tính đẳng hướng



Có độ bền cao hơn



Hạt càng nhỏ thì độ bền và độ

dẻo càng cao

<b>Tổ chức và tính chất sau biến </b>

<b>dạng dẻo</b>

<b>Phá huỷ</b>

<i><b>Phá huỷ là gì?</b></i>



<i>Là dạng hư hỏng trầm trọng nhất, khơng thể khắc phục </i>

<i>được </i>



<i>thiệt hại về kinh tế, con người…..</i>



<i>cần phải có biện </i>

<i>pháp khắc phục</i>

<i><b>a) phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh:</b></i>

<i><b>Phá huỷ dẻo:</b></i>

<i><b>Phá huỷ giịn:</b></i>

<i><b>a) phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh (</b></i>

<i><b>):</b></i>

<i><b>a) phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh (</b></i>

<i><b>):</b></i>

<i><b>Sự phụ thuộc của hình thức phá huỷ vào một số yếu tố:</b></i>

<b>Cơ chế phá huỷ</b>