BIẾN DẠNG DẺO VÀ CƠ TÍNH CỦA KIM LOẠI (Cơ học ứng dụng)

CHƯƠNG 2. BIẾN DẠNG DẺO VÀ CƠ TÍNH CỦA KIM LOẠI 48 2.1. Các khái niệm 48 2.2. Các đặc trưng cơ tính của vật liệu 67 Đa số các vật phẩm kim loại được chế tạo bằng cách gia công biến dạng. Trong các nhà máy luyện kim sau khi nấu chảy và đúc kim loại thành những thỏi lớn, người ta đem cán thành những bán thành phẩm khác nhau: dạng thỏi, tấm hình vv... ở các nhà máy cơ khí chế tạo, các chi tiết được gia công bằng rèn, rập, tiện, phay bào ... Trong tất cả các phương pháp gia công đá, kim loại bị biến dạng dẻo để nhận được hình dạng cần thiết. Khi cán, rèn, rập, quá trình biến dạng kim loại xảy ra trong toàn bộ hoặc hầu hết thể tích kim loại, còn khi tiện phay, bào....chỉ xảy ra trên một phần thể tích (thông thường là lớp bề mặt) với kết quả cuối cùng của biến dạng là sự tách phai. Mục đích của chương này là nghiên cứu bản chất của quá trình biến dạng mà chủ yếu là biến dạng dẻo có nếu khái quát về biến dạng đàn hồi và sự phá huỷ, đồng thời nghiên cứu những thay đổi về tổ chức và tính chất do biến dạng dẻo gây ra, ảnh hưởng của nhiệt độ đến trạng thái sau biến dạng.

CHƯƠNG 2 BIẾN DẠNG DẺO VÀ CƠ TÍNH CỦA KIM LOẠI

2.1 Các khái niệm

2.2 Các đặc trưng cơ tính của vật liệu

CHƯƠNG 2 BIẾN DẠNG DẺO VÀ CƠ TÍNH CỦA KIM LOẠI

Đa số các vật phẩm kim loại được chế tạo bằng cách gia công biến dạng Trong các nhà máy luyện kim sau khi nấu chảy và đúc kim loại thành những thỏi lớn, người ta đem cán thành những bán thành phẩm khác nhau: dạng thỏi, tấm hình vv ở các nhà máy cơ khí chế tạo, các chi tiết được gia công bằng rèn, rập, tiện, phay bào

Trong tất cả các phương pháp gia công đá, kim loại bị biến dạng dẻo để nhận được hình dạng cần thiết Khi cán, rèn, rập, quá trình biến dạng kim loại xảy ra trong toàn bộ hoặc hầu hết thể tích kim loại, còn khi tiện phay, bào chỉ xảy ra trên một phần thể tích (thông thường là lớp bề mặt) với kết quả cuối cùng của biến dạng là sự tách phai Mục đích của chương này là nghiên cứu bản chất của quá trình biến dạng mà chủ yếu là biến dạng dẻo có nếu khái quát về biến dạng đàn hồi và sự phá huỷ, đồng thời nghiên cứu những thay đổi về tổ chức và tính chất do biến dạng dẻo gây ra, ảnh hưởng của nhiệt độ đến trạng thái sau biến dạng.

2.1 Các khái niệm

2.1.1 Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy

2.1.1.1 Biểu đồ kéo kim loại

Mẫu thử kéo : là kim loại làm bằng thép được gia công với hình dạng và kíchthước theo TCVN 1960 -76, thường mẫu thử có tiết diện tròn , chiều dài mẫuthử gấp 10 lần đường kính Chiều dài là chiều dài tính toán hình dáng như hìnhvẽ

F 0

l l

0

1

l a)

b)

Hình 2.1 Mẫu thử kéo

Điều kiện thí nghiệm: tiến hành ở nhiệt độ phòng, và trên những máy thử kéocác máy này gồm có các bộ phận chính như cơ cấu để gây tải trọng biến dạng

khi khử tải trọng, biến dạng dẻo có kèm theo sự thay đổi hình dạng sau khi khửtải trọng và sự phá hủy làm cho mẫu tách rời thành những phần riêng lẻ Tươngứng với 3 yếu tố đó là 3 giai đoạn của biến dạng

tải trọng mẫu lại trở lại kích thước ban đầu

trọng, khi bỏ tải trọng biến dạng vẫn còn lại một phần

+ Biến cứng - đường cong BC

+ Giai đoạn phá hủy - đường cong CD

Biến dạng đàn hồi không những xảy ra trong giai đoạn đàn hồi mà ngay cả tronggiai đoạn biến dạng dẻo và phá hủy Chính vì vậy, độ biến dạng của 2 giai đoạn

Ví dụ: Tại điểm K muốn tìm 2 thành phần này, ta phải kẻ KN//OA; KM// trục

lại, dẫn đến tải trọng bằng const nhưng ứng suất tăng nên xảy ra phá hủy ở điểmD

2.1.1.2 Bản chất của biến dạng đàn hồi Định luật Hooke

O

P (N,KN)

(N/m2)

A B

C

D K

ld lđh

b

ch dh

l

+ Biến dạng đàn hồi là biến dạng mà bị mất đi sau khi khử tải trọng Biến dạngđàn hồi tuân theo định luật Hooke tức là ứng suất  tác dụng lên kim loại gây ra

độ biến dạng  tỷ lệ thuận với suất đó:

 = E. (2.1)

Với trạng thái ứng suất tiếp  thì:  = G. (2.2)

 góc lệch của tinh thể khi chịu ứng suất

+ Môđuyn đàn hồi pháp tuyến E và môđuyn trượt G là 2 đặc tính quan trọng của

: là hệ số poisson tùy thuộc vào từng loại kim loại thông thường  

Từ các biểu thức trên, ta thấy định luật Hooke chỉ đúng trong giai đoạn biếndạng đàn hồi

+ Các yếu tố ảnh hưởng đến môđuyn đàn hồi, nhiệt độ, nguyên tố hợp kim và tổchức của vật liệu

Hình 2.3 Sơ đồ biến đổi mạng tinh thể khi lần lượt

a tăng tải trọng ban đầu b Biến dạng đàn hồi

c Biến dạng dẻo d Phá hủy

2.1.2 Biến dạng dẻo đơn tinh thể (trượt đơn tinh thể).

Trượt là sự chuyển dời tương đối giữa các phần của tinh thể theo những mặt vàphương nhất định gọi là mặt và phương trượt (hình 2.4)

Đơn tinh thể và mạng tinh thể trước khi trượt

Hình dạng đơn tinh thể và mạng tinh thể sau khi trượt

Hình 2.4 Sơ đồ biểu diễn sự trượt

2.1.2.1 Dạng ứng suất gây biến dạng dẻo

Xét ứng suất trên mặt tinh thể:

Hình 2.5 Trượt trong đơn tinh thể Hình 2.6 Bậc trượt và dải trượt

Theo định luật Schmid

Khi τ > τth (xác định đối với từng kim loại ) -> trượt mới xảy ra Giá trị củaứng suất gây ra trượt là:

Trong đó: F/S0 là ứng suất kéo σ0 thay vào ta có

(2.6)

Gọi cosα Cosβ là thừa số Schmid Ứng suất gây ra trượt τ phụ thuộc vào góc β

& α qua thừa số Schmid

dạng dẻo

- Khi (α+ β)# 900, τmax = 0,5.σ0, khi α = β = 450

4

Hệ trượt nào có τmax thuận lợi nhất thì xảy ra trượt trước dẫn đến các hệ ít thuậnlợi hơn

* Khi ứng suất là ứng suất pháp ()

Hình 2.7 ứng suất tác dụng lên mạng tinh thể

Nếu tác dụng lên tinh thể ứng suất pháp thuần túy (kéo hay nén) thì khoảng cáchnguyên tử theo chiều trực giao với mặt tinh thể sẽ tăng hoặc giảm Nếu ứng suất

bé thì sự thay đổi khoảng cách nguyên tử cũng bé và khi khử ứng suất, lực húthoặc đẩy sẽ đưa nguyên tử về vị trí cũ, tức là độ biến dạng sẽ mất đi Nếu ứngsuất pháp lớn làm cho sự thay đổi khoảng cách nguyên tử vượt quá giá trị chophép thì sẽ xảy ra quá trình phá hủy Như vậy, ứng suất pháp không làm cho tinhthể biến dạng dẻo mà chỉ có biến dạng đàn hồi và sau đó phá hủy dòn, tức pháhủy không kèm theo biến dạng dẻo

* Khi ứng suất là ứng suất tiếp ()

Hình 2.8 Sự thay đổi mạng tinh thể khi biến dạng

(hình b) và khi khử ứng suất, các nguyên tử trở lại vị trí cũ, do đó tinh thể trở lạivới kích thước và hình dáng ban đầu Khi ứng suất đủ lớn, ngoài sự xê dịch đànhồi có thể xảy ra hiện tượng trượt (hình c) phần trên của tinh thể trượt khỏi phầndưới một đoạn bằng một khoảng cách nguyên tử Mặt phẳng nơi xảy ra trượt gọi

là mặt trượt Khi trượt, nguyên tử phá vỡ mối liên kết với nguyên tử cũ xong lạitại mối liên kết mới với nguyên tử mới nên mối liên kết giữa các nguyên tửkhông bị phá hủy Kích thước và hình dáng của tinh thể thay đổi mà không bịphá hủy và như vậy đã xảy ra biến dạng dẻo Vậy, chỉ có ứng suất tiếp mới gây

1

2

Hình 2.9 Biểu đồ lực và khoảng cách nguyên tử

Vì lúc đó các nguyên tử chiếm các vị trí cân bằng mới, trùng với các nútmạng của tinh thể

Gọi x là độ xê dịch của mỗi nguyên tử và cũng là độ xê dịch chung của toàn lớpnguyên tử Tại vị trí trung gian thì lực tác dụng lên nguyên tử A bằng 0 vì lực hútđược cân bằng từ 2 phía Khi độ xê dịch x > thì nó chịu tác dụng lực hút từnguyên tử C nên lực tác dụng lên nguyên tử khi trượt được tính là:

k: gọi là biên độ của lực, nó là lực lớn nhất cần tác dụng lên mặt trượt để tạo ra

sự trượt Do đó, độ bền lý thuyết của tinh thể kim loại là

* Độ bền thực tế

Độ bền thực tế nhỏ hơn giá trị độ bền lý thuyết từ (103 104) lần Sự khác nhau nàychỉ có thể giải thích được khi xuất hiện lý thuyết lệch theo đó, cấu trúc mạng tinhthể thực tế là không hoàn chỉnh và có chứa nhiều lệnh

vùng trung tâm lệch

F x

B

C

x b

b/2

A

B a

Hình 2.10 Lệch chuyển động tạo bậc

Tại trung tâm lệch độ ổn định kém do tăng năng lượng tự do chính vì vậy,chỉ cần tác động nhỏ thì nó làm thay đổi trạng thái và vị trí Khi đó, giá trị ứngsuất gây ra chuyển động của lệch gần bằng với ứng suất thực tế và được tínhtheo công thức Peiers - Nabbaro

(2.9)

a: khoảng cách giữa các mặt nguyên tử song song với mặt trượt

b: khoảng cách giữa các nguyên tử theo hướng trượt

Tóm lại, trong tinh thể có cấu tạo hoàn chỉnh lý tưởng, trượt xảy ra bằng cáchcác nguyên tử trên mặt trượt xê dịch cùng một lúc trên một khoảng cách nguyên

tử do đó cần phải có lực tác dụng rất lớn Trong tinh thể thực tế, trượt xảy rabằng chuyển động của lệch, các nguyên tử trên mặt trượt xê dịch không cùng lúcnên chỉ cần lực tác dụng tương đối nhỏ

* Nguồn tạo lệch Frank - Read

Theo mô hình, biến dạng một lệch tạo ra một bậc có trị số là một thông sốmạng Trong tinh thể nếu có n lệch sẽ tạo ra một bậc có trị số là n

Thực tế, mức độ biến dạng tạo ra có trị số lớn hơn n rất nhiều Giả thuyết trongquá trình biến dạng dẻo các lệch mới sinh ra Nguồn phát sinh lệch trong khibiến dạng được gọi là nguồn Frank - Read với nguyên lý hoạt động như sau:

Giả sử có một đoạn đường lệch AB bị kẹp chặt Đó là những nút gặp nhaucủa các đường lệch trên những mặt trượt khác nhau, những nguyên tử tạp chất

chuyển động trên mặt trượt nhưng do A, B bị kẹp chặt nên đường lệch AB bịcong dần ứng suất cần thiết để đường lệch có bán kính cong cực tiểu gọi là ứngsuất tới hạn

(2.10)b: độ lớn véctơ bragg

l: là khoảng cách giữa hai điểm A

Hình 2.11 Mô hình tạo nguồn phát sinh lệch Frank - Read

2.1.3 Các cơ chế biến dạng dẻo

l A

B

+ Phương trượt là phương có số nguyên tử lớn nhất

+ Hệ trượt là tích số giữa mặt trượt và phương trượt Kiểu mạng nào có hệ trượtlớn thì khả năng biến dạng càng cao

dẻo hơn do có số mặt trượt lớn hơn

đối tinh (song tinh)

Hình 2.13 Cơ chế đối tinh

Đặc điểm của đối tinh

+ Giống như trượt, đối tinh cũng xảy ra theo nhưng mặt và phương xác định

+ Khi biến dạng, quá trình đối tinh bắt đầu khi ứng suất vượt quá trị số nhấtđịnh

+ Đối tinh xảy ra đột ngột trứ không phải từ từ với tốc độ xác định như quá trìnhtrượt Vì vậy, nó có khả năng tiến hành để dễ dàng trong điều kiện tải trọngnhanh

+ Vì sự chuyển dịch của nguyên tử trên mỗi mặt phẳng xảy ra chỉ một lần trênkhoảng cách ngắn nên độ biến dạng dư tạo ra khi đối tinh có trị số rất, bé nên

mặt trượt

mặt đối tinh

những tinh thể khi biến dạng dẻo bằng đối tinh thì quá trình phá hủy là phá hủydòn.

+ Đối tinh xảy ra thì nó có tác dụng làm cho quá trình trượt cũng xảy ra dễ dànghơn

2.1.3.3 Vai trò của mặt trượt và phương trượt trong biến dạng dẻo

Hình 2.14 Mặt trượt và phương trượt trong tinh thể

không xảy ra trượt vị trí thuận lợi nhất của mặt trượt để ()max là  = 450

Khi đó: max = 0 (2.15)

2.1.3.4 Hình thái và cơ chế của quá trình trượt

a.Hình thái của quá trình trượt

Trên hình 2.15 trình bày sự biến đổi mạng tinh thể khi trượt không có lệch Do

sự dịch chuyển tương đối lẫn nhau giữa hai phần của mạng đi nhưng số nguyênlần khoảng cách nguyên tử, các nguyên tử ở hai bên mặt trượt chiếm những vịtrí cân bằng mới, nên sau khi bỏ tải trọng mạng tinh thể không thể trở lại hìnhdáng cũ, để lại bậc thang trên bề mặt tinh thể Trong thực tế chiều dài bậc thang

là hằng trăm – hàng nghìn thông số mạng

n

m m

P

Phương trượt

F0 F

n

pn

pp p p n

Trước biến dạng Sau biến dạng

Hình 2.15 Sơ đồ biểu diễn sự biến đổi mạng tinh thể

trước và sau khi trượt không có lệch

Quá trình trượt ở trong mạng của đơn tinh thể sẽ xảy ra theo trật tự sau đây: Trước tiên mạng tinh thể sẽ bị trượt theo hệ trượt cơ bản có lợi nhất, tức là ở hệ

có ứng suất tiếp lớn hơn ứng suất trượt tới hạn Hệ trượt này được gọi là hệ trượtchính Sau khi hai phần cảu đơn tinh thể chuyển động tương đối với nhau trênmặt trượt đầu tiên cảu hệ trượt chính đi một khoảng cách nhất định, tạo nên bậcthang và dừng lại (hình 2.16a), thì sự trượt lại xảy ra tiếp theo ở các mặt trượt kếtiếp của hệ trượt chính (hình 2.16b và c) Cuối cùng trên bề mặt cảu đơn tinh thểxuất hiện những bậc thang, đơn tinh thể có dạng như một chuỗi xu xếp nghiêng.Vết của các mặt trượt trên bề mặt mẫu được gọi là dải trượt Có thể thấy rất rõcác dải trượt trên kính hiển vi quang học, nó gồm vô số các đường song song vớinhau Sở dĩ hai phần của tinh thể chỉ trượt với nhau một khoảng nhất định (ví dụ

hệ trượt cơ bản không thể quá gần nhau (ví dụ đối với nhôm khoảng cách giữa

quanh mặt trượt bị xô lệch, bị hóa bền và sẽ được trình bày ở mục sau (sự biểudiễn mạng tinh thể vùng xung quanh mặt trượt như hình 2.14 là chưa chính xác)

Hình 2.16 Sơ đồ tạo nên dải trượt trong đơn tinh thể Al

- Theo sự phát triển của biến dạng dẻo, ứng suất tăng lên, tiếp theo hệ trượtchính, trượt sẽ xảy ra theo những hệ trượt khác Lúc này các đường trượt mớicắt chồng lên những đường trượt cũ, trở lực trượt tăng lên.

- Ngoài sự tạo nên các hệ trượt chính và kế tiếp kể trên còn có quá trình quaycủa mặt trượt và phương trượt Mặt trượt có khuỵnh hướng quay sao cho đến vịtrí song song với ngoại lực, còn phương trượt có khuynh hướng quay đến vị trísao cho ứng suất tiếp trên nó là lớn nhất (tức thu hẹp góc ở)

Từ sự trình bày trên có thể rút ra nhận xét là nếu trượt xảy ra trên nhiều mặtphảng thì đơn tinh thể có độ biến dạng dư lớn (hay nói khác đi có độ dẻo cao),

độ biến dạng dư này chính là kết quả tổng hợp của tất cả các độ xê dịch dư (bậcthang) ở trên mặt trượt

b.Cơ chế của quá trình trượt

Theo hình thái trượt như trình bày ở trên thì khi trượt tất cả các nguyên tử

ở trên mặt trượt đều dịch chuyển đi đồng thời, nghĩa là ở mỗi thời điểm cácnguyên tử đều dịch chuyển đi những đoạn bằng nhau Cách trượt như vậy gọi làtrượt cứng Theo cách trượt này ứng suất tiếp tác dụng phải rất lớn để khắc phụcđược cùng một lúc tất cả các mối liên kết giữa các nguyên tử ở hai bên mặttrượt Nhưng trong thực tế ứng suất gây ra trượt của kim loại lại rất thấp do đó

cơ chế trượt cứng như đã trình bày ở trên không giải thích được tính dễ trượt củakim loại

Có thể giải thích tính dễ trượt (ứng suất trượt tới hạn thấp) của kim loại như sau:Nếu như trong mạng tinh thể luôn luôn có

lệch thì chúng luôn luôn là nơi xuất phát

của quá trình trượt, sự trượt tác động đến

các nguyên tử ở trên mặt trượt một cách nối

tiếp nhau như chạy tiếp sức, cho nên ở mỗi

thời điểm chỉ có một số lượng các nguyên

tử tham gia quá trình trượt, do đó ứng suất

gây ra trượt chỉ cần thấp

Hình 2.17 Quá trình trượt trong tinh thể có lệch thẳng

Hình 2.17 trình bày quá trình trượt trong mạng tinh thể có lệch thẳng (lệch biên)

sự có mặt của bán mặt AB ở trong mạng tinh thể gây ra ở vùng xung quanh nó

sự xô lệch đàn hồi đối xứng, do đó ứng suất (nén hay kéo) ở hai bên nó cũngmang tính chất đối xứng nên chúng sẽ cân bằng lẫn nhau Nếu có ứng suất tiếptác dụng lên mặt trượt thì sự cân bằng ứng suất đối với bán mặt AB bị phá vỡ:lực tác dụng lên AB từ bên tráI sẽ lớn hơn bên phải (như trong trường hợp chiềutác dụng của ụ như biểu diễn ở hình vẽ) Khi đó chỉ cần ứng suất đạt đến một giátrị khá nhỏ thì trung tâm của lệch (bán mặt AB) bắt đầu di chuyển sang phảI mộtđoạn rất nhỏ, tiếp đến vị trí đối diện với nguyên tử ở hàng dưới, lúc đó bán mặtchuyển tử vị trí AB sang bán mặt vị trí A’B’ (biểu thị bằng vòng đen) Quá trìnhtrượt xảy ra như vậy với sự chuyển động của bán mặt AB từ tráI sang phảI (hình2.18 a,b,c) và sự trượt kết thúc khi bán mặt được chuyển ra tới bề mặt của tinhthể và tạo ra ở đó một bậc thang (hình 2.18d) Theo sự trình bày cơ chế trượt có

lệch như vậy thì ở mỗi thời điểm chỉ có một số lượng hạn chế các nguyên tử ởxung quanh bán mặt AB tham gia trượt và có thể hình dung sự dịch chuyển củabán mặt lần lượt qua từng vị trí như cuộc chạy đua tiếp sức

a b c d

Hình 2.18 Sơ đồ mô tả quá trình trượt

2.1.4 Sự thay đổi tổ chức và cấu trúc tinh thể sau biến dạng dẻo, các phươngpháp nâng cao độ bền vật liệu

2.1.4.1 Sự thay đổi tổ chức và cấu trúc của tinh thể

+ Xuất hiện các đường trượt, dải trượt hoặc đường đối tinh, dải song tinh Tabiết rằng, một lệch đi ra mặt ngoài tạo ra một bậc có độ lớn Tập hợp các điểm

đi ra mặt ngoài của lệch tạo thành đường trượt Tập hợp các đường trượt gọi làdải trượt

+ Tạo thành các tổ chức hạt nhỏ và có tính định hướng

Hình 2.19 Tổ chức trước và sau khi biến dạng

+ Tạo thành thớ làm tăng tính dị hướng của vật liệu

+ Nâng cao mật độ lệch và khuyết tật trong tinh thể

+ Sự tạo thành Textua biến dạng đó là tổ chức sau biến dạng không đúng với góccủa mặt trượt do bị hạn chế phương trượt hay còn gọi là hiện tượng quay mặttrượt

+ Tạo thành ứng suất dư sau biến dạng dẻo nên tạo ra các trung tâm ứng suất dư

do tăng mật độ khuếch tán

+ Tạo ra ứng suất dư thô đại tồn tại trong toàn bộ thể tích sau khi biến dạng

+ Tạo ra ứng suất dư tế vi tồn tại trong nội bộ một hạt tinh thể do đó tạo nêntrung tâm gây ra các vết nứt đầu tiên làm phá hủy kim loại vì vậy sau biến dạngdẻo phải khử ứng suất dư

+ Làm thay đổi cơ tính của kim loại mà điển hình làm tăng độ cứng, giới hạnđàn hồi, giới hạn chảy và giới hạn bền Làm giảm độ dẻo, độ dai, va đập

+ Biến dạng dẻo làm tăng mức độ sai lệch mạng làm tăng ứng suất dư và độ hạtnhỏ vì vậy làm giảm tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt

2.1.4.2 Các phương pháp nâng cao độ bền vật liệu

Sau khi có biến dạng

* Nếu kim loại có cấu tạo mạng hoàn toàn lý tưởng:

Hình 2.20 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng mức độ sai lệch mạng và độ bền

Trong kim loại mà cấu tạo mạng là lý tưởng tức là không chứa lệch thì nó

có độ bền rất cao tương ứng với độ bền lý thuyết Đó là do trong các sợi đơntinh thể với kích thước nhỏ, số lượng sai lệch mạng là vô cùng nhỏ bé, do đó cơchế biến dạng gần giống với cơ chế đối với tinh thể hoàn chỉnh Tinh thể sợi cóđường kính càng nhỏ thì số lượng sai lệch mạng càng ít và độ bền càng cao Nhưvậy, việc chế tạo các tinh thể kim loại sợi là một phương hướng nâng cao độ bềncủa vật liệu

* Nếu kim loại có cấu tạo mạng thực tế:

Do sự có mặt của sai lệch mạng nên chúng có độ bền thấp vì biến dạng dẻo gây

ra chủ yếu là do chuyển động của lệch Muốn có độ bền cao thì cần có biện phápcản trở chuyển động của lệch tức là tạo ra các yếu tố hãm lệch

+ Tăng mật độ lệch và phân bố đều trong thể tích Mật độ lệch càng lớn, khoảngcách giữa chúng càng nhỏ, tương tác giữa chúng càng mạnh

+ Tăng cường tác dụng hãm lệch của biên giới hạt và biên giới siêu hạt bằngcách tạo ra kim loại có hạt nhỏ về kích thước hạt siêu bé

+ Tạo ra pha thứ 2 có độ bền cao hơn dưới dạng những hạt nhỏ phân tán

+ Tạo ra sai lệch mạng bằng cách chuyển biến pha

2.1.5 Các yếu tố hãm lệch trong tinh thể

Khi lệch chuyển động trên mặt trượt, chúng có thể gặp những chướngngại khác nhau làm cho tốc độ chậm lại hoặc đứng hẳn lại, không chuyển độngđược nữa

Nghiên cứu các yếu tố cản trở chuyển động của lệch là vấn đề rất cần thiết

vì rằng sự hãm lệch có liên quan trực tiếp đến cơ tính của kim loại, mà trước hết

là độ bền Lệch có thể bị hãm do những lệch khác do những dạng khuyết tậtkhác nhau trong tinh thể, các nguyên tử tạp chất và nguyên tố hợp kim vv chúng ta sẽ khảo sát nội dung chủ yếu của quá trình hãm lệch do các yếu tố kểtrên

Khái niệm : khi khả năng linh động của lệch giảm dần đến khả năng biếndạng kém làm giới hạn chảy của vật liệu tăng Để tăng độ bền của vật liệu ta cầntăng các yếu tố cản trở chuyển động của lệch

2.1.5.1 Tương tác giữa các lệch

Mức độ sai lệch mạng 0

Độ bền

Trong một thể tích vật liệu khi tồn tại nhiều lệch thì các trục lệch cắt nhau.

Do hướng chuyển động của các lệch khác nhau nên chuyển động của một lệchphải kéo theo chuyển động của lệch khác có tương tác với nó nên làm giảm tínhlinh động của lệch (gọi là chướng ngại Lommer - Cottrell)

Chướng ngại Lommer - Cottrell là chướng ngại chủ yếu và tác dụng rấtmạnh Đặc biệt là khi tạo thành rừng lệnh và lưới lệnh (đặc trưng bởi hệ số biếnđổi điện trở theo nhiệt độ )

2.1.5.2 Các nguyên tử tạp chất

Trong bất kỳ tinh thể nào cũng luôn tồn tại các nguyên tử tạp chất Cácnguyên tử tạp chất có xu hướng tập trung về trung tâm lệch dọc theo trục lệchnên chúng tạo thành các chuỗi gần đường lệch được gọi là khí quyển Cottrell

Sự có mặt của khí quyển Cottrell có tác dụng hãm lệch vì rằng lệch muốnchuyển động thì phải kéo theo khí quyển đó mà tốc độ chuyển động của lệch lớncòn nguyên tử tạp chất chuyển động với tốc độ bé Lệch được bao bọc bởi khíquyển cottrell (nên chỉ có thể chuyển động trong các trường hợp sau)

+ Nếu tốc độ trượt rất bé mà nhiệt độ cao làm cho khả năng khuếch tán củanguyên tử tạp chất và của lệch gần bằng nhau nên lệch chuyển động sẽ kéo theokhí quyển của các nguyên tử tạp chất

+ Nếu ứng suất tác dụng đủ lớn có khả năng tách nguyên tử tạp chất ra khỏitrường hút của lệch thì lệch có thể được giải phóng

Nhược điểm: Hóa bền không mạnh, có thể tạo các tổ chức khác theo yêu cầu

nên không dùng để hóa bền vật liệu

2.1.5.3 Biên giới hạt và biên giới siêu hạt

Biên giới hạt và siêu hạt là vùng sắp xếp nguyên tử không có trật tự,không có mặt trượt và phương trượt xác định nên sự trượt khó phát triển

Khi lệch chuyển động qua biên giới hạt thì một phần năng lượng bị mất đi do đólàm giảm độ linh động của lệch Vì vậy, hạt càng nhỏ thì biên giới hạt càngnhiều làm cho lệch càng khó chuyển động

2.1.5.4 Pha thứ hai phân tán

Trong tổ chức hợp kim thường có sự xuất hiện của các pha thứ hai là cácloại pha trung gian dưới dạng những hạt nhỏ phán tán Chúng cũng được coi làyếu tố cản trở chuyển động của lệch khá hiệu quả

Cắt đôi pha thứ 2:

Hình 2.21 Lệch cắt đôi pha thứ hai phân tán nhỏ mịn

+ Nếu khoảng cách giữa các hạt nhỏ lệch có thể đi xuyên qua các hạt bằng cách

pha thứ 2 nên thường xảy ra với các pha mềm

Lệch