CHƯƠNG 4: BIẾN DẠNG DẺO VÀ CƠ TÍNH
- Biến dạng dẻo là hình thức gia công kim loại không phoi rất
phổ biến như: cán, rèn, dập, kéo, ép chảy,...
- Tìm hiểu các ứng xử của vật liệu kim loại dưới tác dụng
của ngoại lực:
+ Các tính chất của biến dạng dẻo?
+ Các tính chất của kim loại và hợp kim biến đổi?
+ Khảo sát sự biến đổi cấu trúc mạng tinh thể của kim
loại và hợp kim.
Kết luận:
- Làm rõ được bản chất các đặc trưng cơ tính của vật liệu;
- Điều chỉnh vật liệu (kim loại và hợp kim) có cơ tính phù hợp
với điều kiện làm việc và gia công.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 1
CHƯƠNG 4: BIẾN DẠNG DẺO VÀ CƠ TÍNH
4.1. CÁC GIAI ĐOẠN CỦA BIẾN DẠNG
P(σ)
- Biến dạng đàn b c
hồi; ch
Pdh b d
- Biến dạng dẻo; a
P
- Phá huỷ. P
0 a’ b’ b’’ ∆l(ε)
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 2
4.2. BIẾN DẠNG DẺO
4.2.1. Biến dạng dẻo đơn tinh thể
a, Sự trượt của đơn tinh thể
- Trượt là sự chuyển dời tưng đối giữa các phần tinh thể
theo những mặt, và phương nhất định giọi là mặt và phương
trượt.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 3
4.2. BIẾN DẠNG DẺO
* Các mặt và phương trượt
- Mặt trượt là mặt (mặt tưởng tượng) phân cách giữa hai mặt
nguyên tử dày đặc nhất mà theo đó sự trượt xảy ra;
- Các mặt và phương có mật độ nguyên tử dày đặc nhất là
các mặt và phương trượt cơ bản;
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 4
4.2.1. Biến dạng dẻo đơn tinh thể
+ Mạng lập phương diện tâm
- Mặt dày đặc nhất là mặt tạo bởi 3 đường chéo của 3 mặt
bên.
Gồm có 4 mặt, mỗi mặt có 3 phương dày đặc nhất, nên các
trượt cơ bản là: [101] 3 = 12 hệ trượt cơ bản.
4x
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 5
4.2.1. Biến dạng dẻo đơn tinh thể
+ Mạng lục giác xếp chặt
- Mặt dày đặc nhất là mặt đáy
Mặt này có 3 phương dày đặc nhất nên các trượt cơ bản là:
1 x 3 = 3 hệ trượt chính khác nhau.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 6
4.2.1. Biến dạng dẻo đơn tinh thể
+ Kết luận
- Khả năng biến dang dẻo của kim loại tỉ lệ với số hệ
trượt chính;
- Mạng tinh thể hệ lập phương dễ biến dạng hơn hệ lục
giác xếp chặt;
- Hệ lập phương diện tâm dẻo hơn và hệ lập phương thể
tâm.
Trong thực tế các kim loại thuộc hệ lập phương như AL,
Cu, Fe, Ag, Au …. Dễ biến dạng dẻo hơn, còn các kim loại có
mạng lục giác xếp chặt rất khó biến dạng dẻo như Zn.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 7
4.2.1. Biến dạng dẻo đơn tinh thể
b, Ứng xuất gây ra trượt
Thực nghiệm và lý thuyết dã chứng tỏ rằng chỉ có phần
ứng xuất tiếp của ngoại lực ở trên mặt và phương trượt mới
gây ra trượt Pháp F
tuyến với
mặt trượt
S0
F/S0
σ = F/S Phương
trượt
S0 F
S=
cos χ
τ= cos θ
S
Mặt trượt
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 8
4.2.1. Biến dạng dẻo đơn tinh thể
F
τ = . cos θ Pháp tuyến
F
S với mặt trượt
S0 S0
S=
cos χ F/S0
Phương
σ = F/S trượt
F
τ = . cos θ.cos χ Mặt trượt S0
S0 S= F
cos χ τ = cos θ
F S
σ0 =
S0
τ = σ 0 . cos θ.cos χ
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 9
4.2.1. Biến dạng dẻo đơn tinh thể
χ χ χ
Mỗi hệ tuy có nhiều mặt trượt, song mặt nào cho ϕ = 450
sẽ trượt trước.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 10
4.2.1. Biến dạng dẻo đơn tinh thể
c, Hình thái trượt
- Các mặt dịch chuyển đi tương đối với nhau 1 khoảng
nhất định thì dừng lại?
- Các mặt trượt cũng cách nhau 1 khoảng nhất định;
- Hệ trượt đầu tiên này gọi là hệ trượt chính.
- Những hệ trượt khác có τ > τ th cũng trượt và các hệ trượt
mới cắt chồng lên các hệ trượt cũ. Do đó trở lực tăng lên.
- Ngoài việc tạo ra các hệ trượt. Còn có quá trình quay của
mặt trượt, và phương trượt. Mặt trượt có khuynh hướng quay
sao cho đến vị trí ứng suất tiếp lớn nhất (tức thu hẹp góc ϕ).
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 11
4.2.1. Biến dạng dẻo đơn tinh thể
d, Cơ chế trượt
Có 2 cơ chế trượt đó là trượt đồng thời, và nối tiếp
+ Cơ chế đồng thời – Sự trượt cứng
- Khi trượt tất cả các nguyên tử ở trên mặt trượt đều dịch
chuyển đồng thời;
- Ứng suất tiếp tác dụng phải rất lớn để thắng được cùng
1 lúc tất cả các liên kết giữa các nguyên tử ở 2 bên mặt trượt.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 12
4.2.1. Biến dạng dẻo đơn tinh thể
+ Cơ chế nối tiếp – Sự trượt có lệch
- Lệch luôn là nơi xuất phát của các quá trình trượt;
- Trượt tác động đến các nguyên tử ở trên mặt trượt một
cách nối tiêp nhau
N guån C híng
l ch
Ö ` N g¹
ivËt
M Æ tt t
rî
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 13
4.2.1. Biến dạng dẻo đơn tinh thể
e, Độ bền lý thuyết và độ bền thực tế
+ Độ bền lý thuyết được phản ánh bằng cơ chế trượt cứng,
nghĩa là trong mạng tinh thể hoàn chỉnh không có lệch
- Ứng suất trượt tới hạn trong trường hợp này là:
G
τ t .h =
2π
G - mô đun trượt
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 14
4.2.1. Biến dạng dẻo đơn tinh thể
+ Độ bền thực tế được phản ánh bằng cơ chế trượt có lệch:
G
τ t .h =
8.103 ÷ 8.10 4
⇒ Giữa độ bền lý thuyết và độ bền thực tế 100 ÷ 1000 lần
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 15
4.2.1. Biến dạng dẻo đơn tinh thể
Kết luận:
- Trong thực tế độ bền của kim loại rất thấp, nguyên nhân
là do trong mạng tinh thể luôn có lệch;
- Nếu trong mạng tinh thể không có hoặc chứa rất ít thì
sẽ được độ bền lý thuyết rất cao.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 16
4.2. BIẾN DẠNG DẺO
4.2.2. Biến dạng dẻo đa tinh thể
a, Đặc điểm
+ Các hạt trong đa tinh thể bị biến dạng không đều.
Vì các hạt có sự định hướng về phương bề mặt khác nhau
nên chúng sẽ bị trượt khác nhau.
+ Có tính đẳng hướng.
Do phương và mặt của các hạt định hướng ngẫu nhiên nên
kết quả tổng hợp theo mọi phương của các hạt là giống nhau.
+ Độ bề cao hơn đơn tinh thể.
Các vùng biên giới hạt bị xô lệch nên rất khó tạo nên mặt và
phương trượt do đó chung có tác dụng cản trượt .
+ Hạt càng nhỏ độ bền và độ dẻo càng cao.
Hạt nhỏ thì tổng biên giới hạt lớn nên cản trở mạnh sự trượt.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 17
4.2.2. Biến dạng dẻo đa tinh thể
b, Tổ chức và tính chất của kim loại sau khi biến dạng dẻo
- Khi trượt mạng tinh thể ở xung quanh mạt trượt bị xô lệch,
các hạt bị biến dạng không đều;
+ Với độ biến dạng lớn(40 ÷ 50%), hạt bị phân nhỏ ra các
tạp chất và pha thứ hai bị nhỏ vụn ra và kéo dài ra tạo nên thớ;
+ Khi độ biến dạng rất lớn (70 ÷ 90%), các hạt bị quay
đến mức mặt và phương mạng của chúng trở lên song song với
nhau, tạo nên hiện tượng định hướng vậy chúng lại có dị
hướng;
- Sau biến dạng dẻo trong kim loại tồn tại ứng suất dư;
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 18
4.2.2. Biến dạng dẻo đa tinh thể
- Sau biến dạng dẻo cơ tính kim loại thay đổi:
+ Độ bền, độ cứng tăng lên (σ đh,σ 0,2 tăng mạnh);
+ Độ dẻo độ dai giảm đi;
⇒ gọi là hoá bền hoặc biến cứng
- Biến dạng dẻo cũng làm thay đổi tính chất lý hoá của kim
loại như:
+ Tăng điện trở;
+ Giảm tính chống ăn mòn.
4.3. CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ TÍNH THÔNG THƯỜNG
- Đọc sách
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 19
CHƯƠNG 4: BIẾN DẠNG DẺO VÀ CƠ TÍNH
4.4. SỰ KẾT TINH LẠI
4.4.1. Khái niệm
- Khi nung nóng đến nhiệt độ nhất định, trong mạng tinh thể
bị xô lệch có quá trình hình thành các hạt mới không có sai
lệch theo cơ chế tạo mầm và phát triển mầm giống như khi kết
tinh
4.4.2. Các quá trình xảy ra khi kết tinh lại
a, Giai đoạn hồi phục
- Quá trình hồi phục xẩy ra ở nhiệt độ T0 = 0,1 ÷ 0,2.T0s
Trong giai đoạn này chỉ xảy ra những biến đổi nhỏ như:
+ Giảm sai lệch mạng (chủ yếu là sai lệch điểm);
+ Giảm mật độ lệch và ứng suất bên trong.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 20
Copyright by webtailieu.net