CTP2-THIẾT KẾ, CHẾ TẠO PHÔI RÈN DẬP - C1,2,3_TL

I.1- Thực chất Gia công kim loại bằng áp lực là dựa vào tính dẻo của kim loại, dùng ngoại lực của thiết bị làm cho kim loại biến dạng ở thể rắn.. a Lực chính P là lực tác dụng của

C.1 • KHÁI NIỆM CƠ BẢN

III Bản chất biến dạng của KL và HK

IV Các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng dẻo

I Định nghĩa, đặc điểm và phân loại phôi rèn, dập

II Ngoại lực và nội lực trong gia công biến dạng

V Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức, tính chất KL

I.1- Thực chất

 Gia công kim loại bằng áp lực là dựa vào tính dẻo của kim loại, dùng ngoại lực của thiết bị

làm cho kim loại biến dạng ở thể rắn Sau khi gia công ta thu được SP có hình dạng và k/t yêu cầu Kim loại vẫn giữa được tính nguyên vẹn không bị phá huỷ.

I.1- Thực chất

Khung xe ô tô

I.2- Đặc điểm

 Làm bd KL ở thể rắn  Độ mịn chặt của KL  và cơ tính .

 Có thể khử được các khuyết tật của đúc như rỗ khí, rỗ co.

 Có thể biến tổ chức hạt thành tổ chức thớ, có thể tạo nên các thớ uốn, xoắn khác nhau 

Cơ tính .

 Gia công kim loại bằng áp lực là phương pháp gia công không phoi, ít hao tổn kim loại, có năng suất cao.

 Độ chính xác cao hơn đúc và tùy thuộc vào phương pháp gia công.

Một số SP ko cần qua GC cơ khí.

V/d: Dập bình xăng xe máy  Đưa vào sử dụng ngay.

 Xô lệch mạng tinh thể  bề mặt KL biến cứng  Độ cứng và độ bền .

 Dễ cơ khí hóa và tự động hóa.

 Nhược điểm: Trang bị máy móc, thiết bị đắt tiền.

I.2- Đặc điểm

I.3- Phân loại

Người ta phân làm 2 loại:

 Nhóm 1: Thường đặt trong các XN luyện kim: Cán, kéo sợi, ép.

 Nhóm 2: Trong các nhà máy CK: Rèn tự do, dập thể tích, dập tấm.

I.3- Phân loại

Gia công áp lực

Kéo được dùng để chế tạo các sản phẩm dạng sợi, thỏi hoặc ống chiều dài không hạn chế.

Ép được dùng để chế tạo các sản phẩm dạng sợi, thỏi hoặc ống chiều dài hạn chế.

Rèn tự do được dùng để chế tạo phôi cho quá trình gia công cắt gọt tiếp theo hoặc dập thể tích.

Dập thể tích được dùng để chế tạo các sản phẩm dạng trục, dạng càng, dạng khối có kích thước trung bình & nhỏ.

III Bản chất biến dạng của KL và HK

IV Các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng dẻo

I Định nghĩa, đặc điểm và phân loại phôi rèn, dập

II Ngoại lực và nội lực trong gia công biến dạng

V Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức, tính chất KL

VI Các định luật cơ bản trong gia công biến dạng

II.1- Ngoại lực

K/n: Ngoại lực là lực tác dụng vào kim loại, nó có thể do người hoặc thiết bị tạo ra Ngoại lực bao gồm lực chính, phản lực, lực ma sát và lực quán tính.

a) Lực chính (P) là lực tác dụng của người, thiết bị thông qua dụng cụ gia công (nhưđầu búa, khuôn rèn,…) tác dụng vào kim loại và làm nó biến dạng Hướng của lựcchính song song với hướng chuyển động của dụng cụ gia công Lực này sinh cônggây ra sự biến dạng của vật Điểm đặt của lực cũng có ảnh hưởng tới sự biến dạng

A

P

A

b)

II.1- Ngoại lực

b) Phản lực (N) là lực ngăn cản không cho vật thể gia công chuyển động tự do theo hướng lực tác dụng chính Phản lực thường sinh ra ở những bộ phận cố định của thiết bị Phản lực có chiều ngược với chiều lực chính.

 V/d : Khi rèn, búa tác dụng vào vật gia công chính, đe tác dụng vào vật gia công phản

lực có chiều ngược với lực chính

c) Lực ma sát (R) là lực sinh ra khi hai vật thể chuyển động tương đối với nhau Lực ma sát có chiều ngược với chiều chuyển động của vật và có trị số bằng tích số của hệ số ma sát (f) và phản lực pháp tuyến N Lực ma sát cản trở sự di chuyển của kim loại khi biến dạng.

Chú ý Phản lực và lực ma sát có ảnh hưởng lớn đến quá trình biến dạng

II.1- Ngoại lực

b) Phản lực (N) c) Lực ma sát (R) a) Lực chính (P)

P=N+∑R

∑R: là tổng các lực ma sát.

P>N Trường hợp này lực tác dụng ở phía

trên lớn hơn phản lực nên phần trên của vật

rèn biến dạng nhiều hơn và điền đầy khuôn

tốt hơn.

P=N-∑R

∑R: là tổng các lực ma sát.

P<N Trường hợp này lực chính P nhỏ hơn

phản lực N nên phẩn dưới của vật biến dạng nhiều hơn điền đầy khuôn tốt hơn.

II.1- Ngoại lực

II.2- Nội lực

K/n: Nội lực là lực xuất hiện trong nội bộ vật thể khi có tác dụng của ngoại lực.Nội lực cũng có thể xuất hiện do tác dụng của những hiện tượng hóa lý.

V/d: khi nung nóng và làm nguội, bên trong vật thể xuất hiện nội lực do ứng suất nhiệt.

 Nội lực gây ra ứng suất bên trong vật thể Khi ứng suất này vượt qua vị trí tới hạn sẽ làm cho vật thể biến dạng, cong vênh, nứt vỡ.

III Bản chất biến dạng của KL và HK

IV Các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng dẻo

I Định nghĩa, đặc điểm và phân loại phôi rèn, dập

II Ngoại lực và nội lực trong gia công biến dạng

V Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức, tính chất KL

VI Các định luật cơ bản trong gia công biến dạng

K/n: Khi tác dụng lực, bên trong vật thể xuất hiện nội lực Nội lực này làm cho vật thể bị biến dạng đàn hồi , biến dạng dẻo , hoặc bị phá hủy nếu ứng suất phát sinh vượt quá trị số giới hạn cho phép.

 Khi td lực, KL bị bd Khi bỏ lực, KL

trở lại trạng thái ban đầu  Bd đàn hồi

là bd mà bd tỉ lệ thuận với lực.

Đoạn OA: Bd đàn hồi; Đoạn AC: Bd

dẻo; Đoạn CD: Bd phá hủy.

L

L P

 Nguyên nhân của bd đàn hồi: Do lực tác dụng tương hỗ của các ng/tử.

III.1- Biến dạng đàn hồi

Biểu đồ lực liên kết giữa các phân tử

III.2- Biến dạng dẻo

 Là bd khi td lực thì KL bị bd Khi bỏ lực còn tồn tại một đoạn bd dư.

 P th1 < P < P th2

 Bd dẻo gồm: Bd của đơn tinh và bd của đa tinh.

 Đơn tinh là hạt KL có mạng tinh thể đồng nhất.

 Bd của đơn tinh xảy ra dưới 2 hình thức:

1) Sự trượt 2) Song tinh

Đoạn OA: Bd đàn hồi; Đoạn AC: Bd dẻo; Đoạn CD: Bd phá hủy.

L

L P

III.2- Biến dạng dẻo

1) Sự trượt: Khi td lực vào KL  Bên trong các phần tử KL chịu 2 loại ƯS:

 ƯS pháp tuyến:

ƯS này chỉ gây nên bd đàn hồi hoặc phá hủy.

 ƯS tiếp tuyến : Làm cho các tinh thể KL trượt lên nhau.

Trượt là quá trình dưới td của ƯS tiếp, các lớp KL có hiện tượng trượt lên nhau theo các mặt gọi là mặt trượt.

III.2- Biến dạng dẻo

1) Sự trượt

III.2.1 Biến dạng của đơn tinh

 Đặc điểm của hiện tượng trượt:

 Hiện tượng trượt chỉ xảy ra khi ƯS tiếp

Giá trị tới hạn này phụ thuộc vào vật liệu, cấu tạo mạng tinh thể, to, tốc độ bd,

 Sự trượt này chỉ xảy ra ở mặt nào có nhiều ng/tử nhất và theo những hướng có nhiều ng/tử nhất.

 Khi quá trình trượt xảy ra thì biến dạng đàn hồi cùng phát triển, tuy nhiên khi khử tài trọng thì biến dạng đàn hồi mất đi, chỉ còn lại biến dạng dư của tinh thể tạo ra sự trượt.

 Khi trượt các ng/tử di động 1 số nguyên lần thông số mạng.

 Sự trượt xảy ra từ từ, lần lượt từ mạng này qua mạng khác.

 Trong quá trình trượt trên mặt trượt xảy ra sự vỡ nát vặn vẹo của mạng tinh thể làm cho sự tiếp tục ở mặt trượt đó thực hiện khó khăn hơn, hiện tượng này gọi

là biến cứng → Độ bền, độ cứng , độ dẻo .

th

  

III.2- Biến dạng dẻo

III.2.1 Biến dạng của đơn tinh

2) Song tinh Dưới tác dụng của ƯS tiếp trong tinh thể có những bộ phận của mạng tinh thể vừa trượt vừa quay tương đối đến vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua một mặt phẳng nhất định gọi là mặt song tinh.

Sự song tinh

Mặt song tinh

III.2- Biến dạng dẻo

III.2.1 Biến dạng của đơn tinh

2) Song tinh

 Đặc điểm của hiện tượng song tinh:

 Song tinh chỉ xảy ra khi ƯS tiếp

 Xảy ra do lực t/d đột ngột (va đập) tại nơi có ƯS tập trung.

 Song tinh thường xảy ra ở nơi tải trọng ứng xuất và trước khi bị phá hủy.

 Khi song tinh các ng/tử di động một đoạn không bằng bội số nguyên lần thông số mạng.

→Giá trị tới hạn này phụ thuộc vào vật liệu, cấu tạo mạng tinh thể, to, tốc độ bd,

 Mặt song tinh thông thường trùng với mặt trượt.

 Biến dạng dư của song tinh nhỏ Song tinh có ảnh hưởng đến sự trượt, nó tạo điều kiện thuận lợi cho mặt trượt ở vào vị trí thuận lợi giúp cho biến dạng dễ dàng Thực nghiệm cho thấy trong quá trình trượt nếu có sự xuất hiện song tinh thì ứng xuất 𝜏𝑡ℎ sẽ giảm đi.

[ ]

th

  

III.2- Biến dạng dẻo

III.2.1 Biến dạng của đơn tinh

2) Song tinh 1) Sự trượt

3) Sự vỡ vụn của tinh thể. Dưới tác dụng của lực, mạng tinh thể kim loại có thể bị

vỡ nát thành nhiều khối nhỏ Những khối nhỏ này trượt và xoay tương đối với nhautạo nên biến dạng dư

→ Thực nghiệm chứng minh rằng lúc đầu biến dạng dẻo là do sự vỡ vụn của mạngtinh thể sau đó mới xảy ra sự trượt

4) Biến dạng dẻo do khuyếch tán. Ở nhiệt độ cao nguyên tử bị dao động nhiệt,nếu biến độ dao động lớn các nguyên tử có thể rời khỏi vị trí cân bằng khác, hiệntượng đó gọi là sự khuyếch tán Bình thường sự khuyếch tán gọi là đẳng hướng,nhưng khi bên trong vật thể ứng suất tác dụng (định hướng), thì theo hướng cóứng suất tác dụng sự khuyếch tán sẽ mạnh lên

5) Sự xuất hiện nhiều mặt trượt.

III.2- Biến dạng dẻo

III.2.2 Biến dạng của đa tinh

 Đa tinh gồm nhiều đơn tinh.

 Biến dạng của đa tinh gồm:

 Biến dạng trong nội bộ đơn tinh: Trượt

➢ Bd do những nguyên nhân lý hóa khác (từ trường, dao động nhiệt,…).

 Trong GCAL ta cần bd dẻo: Nhanh chóng vượt qua miền bd đàn hồi để sang miền bd dẻo.

III.2.1 Biến dạng của đơn tinh

III.3- Biến dạng phá hủy

 Khi lực tác dụng vượt quá giới hạn cho phép lúc đó lực ko tăng nữa nhưng bd vẫn tăng  Bd phá hủy.

Đoạn OA: Bd đàn hồi; Đoạn AC:

Bd dẻo; Đoạn CD: Bd phá hủy.

L

L P

O

A

B

III Bản chất biến dạng của KL và HK

IV Các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng dẻo

I Định nghĩa, đặc điểm và phân loại phôi rèn, dập

II Ngoại lực và nội lực trong gia công biến dạng

V Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức, tính chất KL

VI Các định luật cơ bản trong gia công biến dạng

IV.1- Ảnh hưởng của ƯS chính

Ứng suất chính là ứng suất pháp tuyến (δ) sinh ra bên trong vật thể khi có ngoại lực tác dụng Có 3 dạng ứng suất chính: ứng suất đường, ứng suất mặt và ứng suất khối

➢ ƯS chính làm cho vật thể hoặc biến dạng đàn hồi hoặc biến dạng phá hủy và ảnhhưởng quyết định đến ƯS pháp tuyến 

➢ ƯS tiếp tuyến (𝜏) sẽ gây ra sự trượt và song tinh cho vật thể biến dạng dẻo ƯS đạttrị số cực đại 𝜏max tại các mặt làm với phương của lực tác dụng một góc bằng 450.Trị số của 𝜏max phụ thuộc vào trạng thái và giá trị của ƯS chính

IV.1- Ảnh hưởng của ƯS chính

IV.2- Ảnh hưởng của trạng thái ƯS chính

Trạng thái ƯS chính: Kéo & Nén

 Tác dụng ứng xuất kéo càng ít, nén càng nhiều thì tính dẻo kim loại càng cao.Trạng thái ứng suất kéo khối làm kim loại kém dẻo hơn kéo mặt và đường Trạng tháiứng xuất nén khối làm kim loại có tính dẻo cao hơn nén mặt phẳng và đường thẳng

Tính dẻo tăng dần

IV.3- Ảnh hưởng của ƯS dư

Sự tồn tại ứng xuất dư trong vật thể biến dạng sẽ làm tính dẻo của vật thể kém đi: Ứng suất lớn do có thể làm cho vật biến dạng hoặc bị phá hủy.

➢ Khi vật thể chịu ứng suất do ngoại lực tác dụng (δo) nếu kể đến ảnh hưởng của ứngsuất dư (δd) thì tổng ứng suất (δ):

✓ Ở vùng có ứng suất dư kéo:

IV.4- Ảnh hưởng của thành phần hóa học và tổ chức KL

a) Ảnh hưởng thành phần hóa học.

Thành phần hóa học hợp kim quyết định bởi nguyên tố cơ bản, nguyên tố hợp kim

và tạp chất.

➢ Nguyên tố cơ bản: Nguyên tố cơ bản tạo nên các tổ chức cơ sở, do đố ảnh hưởngquyết định tới tính dẻo và biến dạng dẻo của kim loại và hợp kim

➢ Nguyên tố hợp kim: Khi hợp kim hóa, nguyên tố hợp kim có thể tạo với kim loại cơ

sở những liên kết kim loại Các liên kết kim loại và hợp kim rất cứng và giòn Cácnguyên tố hợp kim còn làm xê dịch mạng, làm cản trở quá trình trượt → KL có tínhdẻo thấp

➢ Nguyên tố tạp chất: Tạp chất dễ chảy thường tập trung ở vùng tinh giới hạt làn rốiloạn mạng tinh thể tại đây, do đố làm tính dẻo kim loại kém đi

IV.4- Ảnh hưởng của thành phần hóa học và tổ chức KL

b) Ảnh hưởng của tổ chức KL.

➢ Trong các dung dịch đặc: các nguyên tử của nguyên tố hợp kim hay tạp chất tạo ranhều sai lệch mạng, rối loạn mạng tinh thể của tổ chức kim loại cơ cở, do đó cản trở

sự trượt làm cho kim loại khó biến dạng

➢ Trong hợp kim có tổ chức là hợp chất hóa học: mạng tinh thể của nó rất phức tạplàm kim loại khó biến dạng

➢ Trong hợp kim có tổ chức là hỗn hợp cơ học: nếu độ hạt khác nhau, sự sắo xếpcủa các hạt lộn xộn cũng làm cản trở quá trình trượt Hình dạng các hạt cũng có ảnhhướng lớn đối với tính dẻo

IV.5- Ảnh hưởng của nhiệt độ

a) Thực chất.

➢ Khi nung nóng KL các nguyên tử bị dao động nhiệt Dao động nhiệt làm suy giảm lựcliên kết, do đó làm tăng tính dẻo của KL, đồng thời dao động nhiệt có khả năng đưanguyên tử từ trạng thái mất cân bằng về trạng thái cân bằng → giảm sự xô lệch mạng,khử biến cứng và làm tăng tính dẻo của kim loại

➢ Khi nung, dao động nhiệt còn có khả năng tạo nên sự khuyếch tán làm đồng đềuthành phần và đồng đều các hạt cũng làm tính dẻo tăng, làm cho kim loại có khả năngchuyển từ pha này sang pha khác có tính dẻo cao hơn

V/d: Feα có tính dẻo thấp, khi nung lên 7230C nó chuyển thành Fe𝛾 dẻo hơn

b) Các quá trình chuyển biến trong kim loại khi nung nóng.

➢ Quá trình hồi phục

➢ Quá trình kết tinh lại

IV.5- Ảnh hưởng của nhiệt độ

c) Các hình thức gia công kim loại bằng áp lực.

1) Gia công nóng

Là GC ở to lớn hơn to kết tinh lại ( 0,4 Tch - thép là 727oC).

→ Thực tế nhiệt độ gia công nóng là:

GC nóng thường dùng khi GC thô.

IV.5- Ảnh hưởng của nhiệt độ

c) Các hình thức gia công kim loại bằng áp lực.

2) Gia công nguội

Là GC ở to nhỏ hơn to kết tinh lại ( 0,4 Tch - thép là 727oC).

GC nguội thường dùng khi GC tinh.

 Đặc điểm: KL có tính dẻo thấp, khó bd, tốn lực và tốn công bd, KL dễ bị biến

cứng (mạng tinh thể vỡ nát ra) Nhưng độ c/xác, độ nhám và chất lượng bề mặt cao Sau khi gia công nguội, kim loại sẽ giảm tính dẻo, độ bền và độ cứng tăng lên

IV.6- Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng.

➢ Tốc độ biến dạng dãn dài tương đối (V) là lượng biến dạng dài tương đối (d l ) trong một đơn vị thời gian d t : v = d l /l.d t

➢ Tốc độ biến dạng thể tích tương đối (W) là lượng biến dạng thể tích tương đối (dV) trong một đơn vị thời gian d t : W = d V /V.d t

1) Tăng tốc độ biến dạng làm giảm tính dẻo của KL

➢ Nếu tốc độ quá trình biến cứng khi biến dạng lớn hơn tốc độ quá trình khử

biến cứng

➢ Nếu tốc độ biến dạng tăng làm nhiệt sinh ra nhiều, hiệu ứng nhiệt làm cho KL

đạt đến vùng nhiệt độ có tính dẻo thấp.

IV.6- Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng.

2) Tăng tốc độ biến dạng làm tăng tính dẻo của KL

➢ Nếu tốc độ khử biến cứng khi biến dạng lớn hơn tốc độ- biến cứng.

➢ Nếu do hiệu quả nhiệt mà nhiệt độ của kim loại tăng lên làm cho kim loại

chuyển từ vùng giòn sang vùng dẻo.

1) Tăng tốc độ biến dạng làm giảm tính dẻo của KL

IV.7- Ảnh hưởng của ma sát ngoài.

1) Ma sát ngoài làm thay đổi hình thức tác dụng lực

➢ Ma sát ngoài làm thay đổi hình thức tác dụng lực do đó làm thay đổi trạng thái ứng suất chính của các phần tử vật thể.

 V/d: ép một khối kim loại có tính đến ma sát và không ma sát

ƯS phân bố không đều, giảm tính dẻo

ƯS đường ƯS nén 3 chiều + ƯS đường

F F

IV.7- Ảnh hưởng của ma sát ngoài.

2) Ma sát ngoài cản trở biến dạng tự do của vật thể

➢ Ma sát ngoài cản trở biến dạng tự do của vật thể do đó làm cho vật thể biến dạng không đều, tăng lực và công biến dạng.

 V/d: khi chồn một vật → vật gia công có hình tang trống

3) Ma sát làm mòn dụng cụ, giảm sức bền của vật gia công

P

F F

F F