Bài Giảng Ứng Suất Trong Vật Đúc

Theo quy mô • Nguyên nhân hình thành ứng suất trong VĐ: sự thay đổi thể tích không đồng thời của HK đúc đang nguội ở những vị trí khác nhau • Khi những thay đổi trong thể tích vi mô được

CHƯƠNG 9 ỨNG SUẤT TRONG VẬT ĐÚC

1 MỞ ĐẦU

• Quá trình nguội sau khi đông đặc kèm

theo những thay đổi vật lý bên trong VĐ

⇒ ảnh hưởng đến một số tính chất VĐ:

1 Kích thước VĐ giảm do quá trình co

2 Các phần khác nhau của VĐ nguội và co không đồng thời ⇒ xuất hiện ứng suất

3 Các chuyển biến pha xảy ra không đồng

bộ ⇒ xuất hiện ứng suất

4 Độ bền của HK đúc thay đổi trong quá

trình nguội

2 PHÂN LOẠI ỨNG SUẤT

2.1 Theo quy mô

• Nguyên nhân hình thành ứng suất trong

VĐ: sự thay đổi thể tích không đồng thời của HK đúc đang nguội ở những vị trí

khác nhau

• Khi những thay đổi trong thể tích vi mô

được chuyển vào các thể tích vĩ mô thì nó

sẽ làm thay đổi kích thước VĐ ⇒ chia ứng suất thành 3 loại

3 Ứng suất loại III: ứng suất siêu vi mô

làm biến dạng ô cơ bản trong cấu trúc tinh thể của VĐ

Chỉ xét ứng suất loại I

2.2 Theo nguyên nhân

• Ứng suất nhiệt:

- Trong VĐ, thường thành mỏng nguội

nhanh hơn thành dày

- Phần thành dày sẽ co trong giai đoạn cuối cùng nên dễ bị biến dạng sớm hơn so với thành mỏng đã đông đặc ⇒ tạo nên ứng suất

2.2 Theo nguyên nhân

• Ứng suất pha:

- Trong quá trình nguội ở trạng thái rắn, có thể xảy ra chuyển biến pha

- Chuyển biến pha làm thay đổi thể tích VĐ

- Chuyển biến pha xảy ra không đồng bộ trên toàn VĐ ⇒ hình thành ứng suất

2.2 Theo nguyên nhân

• Ứng suất co:

- Sự co trong quá trình nguội của VĐ có thể

bị cản (cản co) do khuôn hoặc ruột quá

cứng ⇒ hình thành ứng suất

khi chuyển từ trạng

thái dẻo sang trạng

thái đàn hồi

• Từ thời điểm bắt đầu

3.1 Ứng suất nhiệt

• Như vậy:

- Ứng suất nhiệt hình thành khi quá trình

nguội và co của các phần trong VĐ xảy ra không đồng thời

- Độ lớn của ứng suất nhiệt phụ thuộc vào

độ chênh lệch tiết diện của các phần trong VĐ

- Chuyển biến γ → xê: thể tích riêng tăng

- Chuyển biến γ → peclit: thể tích riêng tăng đáng kể

• Khi làm nguội nhanh: chuyển biến γ →

mactenxit: thể tích riêng tăng khá mạnh

3.2 Ứng suất pha

• Khi lớp trong nguội

đến dưới t 0

th và đến nhiệt độ chuyển pha

• Ứng suất pha ngược

chiều ứng suất nhiệt

(thể tích pha tăng)

3.3 Ứng suất co

• Xảy ra khi khuôn

hoặc ruột quá cứng:

Các yếu tố ảnh hưởng đến

sự hình thành ứng suất co

• Hình dạng VĐ

• Độ bền và tính rã của hỗn hợp làm khuôn, ruột

Dấu của ứng suất trong VĐ

Vị trí hình

thành

ứng suất

Ứng suất nhiệt Ứng suất pha Ứng suất co Ứng suất sau cùng

+

5 KHUYẾT TẬT HÌNH THÀNH DO

ỨNG SUẤT

• Trong 3 loại ứng suất: ứng suất nhiệt

quan trọng nhất ⇒ thông thường, cuối

cùng ứng suất kéo (+) hình thành trong

thành dày; ứng suất nén (-) – trong thành mỏng

• Sau quá trình đông đặc và nguội, nếu còn tồn tại ứng suất: ứng suất dư

5.1 Cong vênh

• Nếu VĐ không đối xứng, có những thành

có độ dày khác nhau ⇒ ứng suất gây nên bởi biến dạng đàn hồi làm cong vênh VĐ

• Nếu các thành dày, mỏng sắp xếp đối

xứng qua trục ⇒ ứng suất không thể hiện

ra ngoài mà còn lại trong VĐ ở dạng ứng suất dư:

- Nếu ứng suất dư > giới hạn biến dạng

dẻo HK đúc ⇒ VĐ bị biến dạng

- Nếu ứng suất dư > giới hạn bền HK đúc:

VĐ bị phá huỷ

5.1 Cong vênh

5.2 Nứt trong VĐ

• Thí nghiệm thử kéo:

- Hợp kim dẻo

- Hợp kim dòn

5.2 Nứt trong VĐ

• Nếu VĐ có kết cấu đối xứng hoặc đủ cứng vững để không bị biến dạng khi có ứng

suất dư ⇒ ứng suất dư sẽ lưu lại trong VĐ

• Ở vật liệu dẻo: Khi ứng suất dư > giới hạn đàn hồi: VĐ sẽ bị biến dạng dẻo (sẽ làm

giảm ứng suất dư)

Khi ứng suất dư > giới hạn bền: VĐ bị phá huỷ dẻo

• Ở vật liệu dòn: Khi ứng suất dư > giới hạn bền: VĐ bị phá huỷ dòn

6.2 Hợp kim đúc phù hợp

∀ σ= ± (∆L/L)E

⇒ để giảm σ phải ∆L hoặc E

• Khi chế tạo VĐ bằng gang xám có độ bền cao, trong quá trình đông đặc, lượng

graphit tiết ra ít ⇒ VĐ co nhiều hơn

• Thành mỏng có tốc độ nguội lớn ⇒ ít

graphit hơn so với thành dày ⇒ thành

mỏng co nhiều hơn thành dày ⇒ tồn tại ứng suất dư lớn

6.2 Hợp kim đúc phù hợp

• Nếu gang được biến tính trước khi rót ⇒

sự graphit hoá của gang ở các thành dày mỏng được cân bằng ⇒ VĐ co đồng đều hơn ⇒ giảm ứng suất

• P trong gang làm tăng E nhưng làm giảm

độ dẻo của gang ⇒ tăng ứng suất và khả năng nứt ở VĐ

6.3 Các điều kiện công nghệ

• Để giảm sự khác nhau về tốc độ nguội ở các phần VĐ có thể làm khuôn bằng nhiều loại vật liệu:

- Thành mỏng: vật liệu có độ truyền nhiệt

nhỏ hơn

- Thành dày: vật liệu có độ truyền nhiệt cao hơn

7 BIỆN PHÁP GIẢM ỨNG SUẤT DƯ

• Khi trong VĐ tồn tại ứng suất dư: mạng tinh thể bị biến dạng

• Nhờ “hiện tượng bò của vật liệu”: biến

dạng dần được cân bằng

7.1 Hoá già tự nhiên

• Ở VĐ có ứng suất dư sau khi nguội xảy ra quá trình thải ứng suất ở cả nhiệt độ

thường: “hoá già tự nhiên”

• Quá trình thải ứng suất này xảy ra rất

chậm: 2 năm ứng suất chỉ giảm 10 – 20%

7.2 Hoá già nhân tạo

• Để quá trình thải ứng suất dư trong VĐ

xảy ra nhanh, phải tiến hành nung VĐ ở

nhiệt độ xác định: “ủ khử ứng suất” hoặc

“hoá già nhân tạo”

• Quá trình khử ứng suất chỉ cần kéo dài vài giờ

• Mức độ khử ứng suất phụ thuộc: nhiệt độ

ủ và độ bền của hợp kim đúc

7.2 Hoá già nhân tạo

7.2 Hoá già nhân tạo

• Khi hoá già nhân tạo, VĐ phải được nung thật chậm và nhiệt độ lò phải đồng đều