BÀI BÁO CÁO BIẾN DẠNG VẬT LIỆU VÀ NUNG NÓNG SAU KHI BIẾN DẠNG

BÀI THAM KHẢO DÀNH CHO SINH VIÊN CƠ KHÍ

Chủ đề: BIẾN DẠNG VẬT LIỆU VÀ

NUNG NÓNG SAU BIẾN DẠNG

I BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI

II BIẾN DẠNG DẺO

III ĐUN NÓNG SAU BIẾN DẠNG

IV PHÁ HỦY

 Trạng thái ứng suất tiếp đơn giản

Bảng 1 Các trị số E và G và µ của một số kim loại nguyên chất ở 20oC

• Môđun đàn hồi pháp tuyến E, môđun trượt

G là các đặc trưng quan trọng của biến

dạng

Hình 2 Sự thay đổi mạng tinh thể khi biến dạng

đàn hồia) Trước khi biến dạng; b) Biến dạng đàn hồi do

ứng suất pháp tuyến;

c) Biến dạng đàn hồi do ứng suất tiếp;

d) Sau khi bỏ tải trọng

II.Biến dạng dẻo

 Biến dạng dẻo là biến dạng vẫn còn lại sau

khi bỏ tải trọng

 Nguyên nhân: do sự dịch chuyển của nguyên

tử từ vị trí cân bằng này đến vị trí cân bằng khác

 Đặc trưng: làm mẫu bị thay đổi về hình dạng

và kích thước

 Ý nghĩa:

Làm thay đổi hình dạng, kích thước mà kim

loại không bị phá hủy

Làm cơ sở lý thuyết gia công kim loại bằng áp lực

Hình 2.2 Sơ đồ biến đổi mạng tinh thể khi lần lượt tăng tải trọng:

Ban đầu (a), Biến dạng đàn hồi (b), Biến dạng dẻo (c), Phá hủy (d)

A.Các cơ chế biến dạng dẻo

Trượt

Là sự xê dịch của từng mặt nguyên tử song song với nhau mà không làm thay đổi cấu trúc mạng tinh thể

Hình ảnh mặt trượt

• Trượt

• Đối tinh

 Đặc điểm:

+ Mặt trượt là mặt có mật độ mặt sít chặt M lớn nhất

+ 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 trượt lớn thì khả

năng biến dạng càng cao

 Khi trượt trong tinh thể lý tưởng các thành phần tinh thể đồng thời trượt cùng nhau

 Trong mạng tinh thể thực tế biến dạng dẻo đươc thực hiện nhờ sự chuyển động của lệch mạng

 Bản chất trượt

Sơ đồ biểu diễn sự trượt

a) Đơn tinh thể và mạng tinh thể trước khi trượtb) Hình dạng đơn tinh thể và mạng tinh thể sau khi trượt

Mô hình trượt trong mạng tinh thể thực tế (có lệch biên).

 Đối tinh.

Đối tinh là các phần tinh thể dịch chuyển đối xứng nhau qua một mặt phẳng cố định gọi là mặt đối tinh (song tinh)

Đặc điểm:

 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 nhất định

 Đối tinh xảy ra đột ngột

 Đối tinh xảy ra thì có tác dụng làm cho quá trình trượt cũng xảy ra dễ dàng hơn

 Các yếu tố hãm lệch trong tinh thể.

 Giao điểm giữa các lệch

 Các nguyên tử tạp chất

 Biên giới hạt và biên giới siêu hạt

 Pha thứ hai phân tán

Giao điểm giữa các lệch

Khi di chuyển các lệch cắt nhau tạo ra các nút lệch

 Các nút lệch có tính ổn định cao,làm lệch khó vượt qua hoặc có khi phải dừng lại

Các nguyên tử tạp chất

 Nếu tốc độ trượt rất bé mà nhiệt độ cao

làm cho khả năng khuếch tán của nguyên tử tạp chất và của lệch gần bằng nhau nên lệch

sẽ kéo theo khí quyển của các nguyên tử tạp chất

 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

Trong tổ chức hợp kim thường có sự xuất hiện của các pha thứ hai là các loại pha trung gian dưới dạng những hạt nhỏ phân tán Là yếu tố cản trở chuyển động của lệch khá hiệu quả.

Pha thứ hai phân tán

B Sự thay đổi tổ chức và cấu trúc tinh thể

sau biến dạng dẻo

• Làm tăng độ cứng, giới hạn đàn hồi, giới hạn

chảy và giới hạn bền Làm giảm độ dẻo, độ dai, va đập

• Làm giảm tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt

 2 giai đoạn: Hồi phục và kết tinh lại

- Giai đoạn phục hồi xảy ra ở nhiệt độ thấp

hơn nhiệt độ kết tinh lại.Tính linh động của nguyên tử không cao

III Nung kim loại sau khi biến dạng dẻo

a Giai đoạn hồi phục

• Giảm ứng suất dư.

• Độ dẫn điện và nhiệt tăng , trong khi cơ

tính của vật liệu hầu như không thay đổi

Đặc điểm

b Giai đoạn kết tinh lại

Giai đoạn kết tinh lại xảy ra ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ kết tinh lại

Các nguyên tử rất linh động, chúng có thể

khuếch tán trên khoảng cách xa

Sơ đồ hình thành và phát triển mầm trong giai

đoạn kết tinh lại lần thứ nhất

 Gồm hai quá trình cơ bản nối tiếp nhau: sinh

mầm và phát triển mầm

 Sự tạo mầm: những vùng không chứa sai lệch mạng gọi là mầm

 Đặc điểm

 Mầm được sinh ra ở nơi chứa nhiều sai lệch mạng lớn như vùng tinh giới, các mặt trượt, bề mặt

 Số lượng mầm tỉ lệ thuận với mức độ biến

dạng

 Nhiệt độ kết tinh lại: nhiệt độ kết tinh lại

TKTL là nhiệt độ nung tối thiểu cho phép hình thành hạt mới với tốc độ đáng kể

TKTL = k Tn.ch ( 0K )Trong đó: Tn.ch là nhiệt độ nóng chảy của kim loại ( 0K ); k là hệ số phụ thuộc vào độ sạch của kim loại

 Sự lớn lên của mầm: động lực của quá trình này là phần năng lượng chưa được giải phóng hết trong giai đoạn phục hồi.

Các hạt mới, không chứa sai lệch mạng, có năng lượng thấp thay thế hoàn toàn các hạt

cũ Giai đoạn này thường được gọi là giai

đoạn kết tinh lần thứ nhất

c Giai đoạn kết tinh lại lần thứ hai

Qúa trình được thực hiện bằng cách sáp nhập các hạt nhỏ vào các hạt lớn hơn và được gọi là quá trình lớn lên của hạt

Xu hướng chung là các tổ chức trở về trạng thái ban đầu khi chưa biến dạng

 Sự thay đổi quan trọng nhất về tính chất

do kết tinh lại là cơ tính

 Làm giảm độ, độ cứng và tăng độ dẻo.Có tác dụng "thải bền" ngược với tác dụng hóa bền của biến dạng dẻo

Tổ chức và tính chất sau khi kết tinh lại

IV PHÁ HỦY

Khái niệm phá hủy:

-Khi biến dạng đạt tới mức độ nào đó, liên

kết giữa các mặt phẳng nguyên tử bị phá vở, vật liệu bị tách ra thành hai hay nhiều phần đó

là sự phá hủy

Hình ảnh phá hủy

A Phá hủy trong điều kiện tải trọng tĩnh

 Phá hủy giòn: là phá hủy kèm theo

sự biến dạng dẻo ít, tại vị trí phá hủy tiết diện của mẫu hầu như không biến đổi

Ví dụ như Gang

 Đặc điểm: không dự báo trước nên

rất nguy hiểm như dầm bêtôn…

 Phá hủy dẻo: luôn kèm them sự biến dạng

dẻo đáng kể, tại vị trí phá hủy tiết diện mẫu thay đổi đột ngột tiết diện bị thắt lại

 Đặc điểm: có dự báo trước hay từ dạng bên

ngoài có thể đoán trước được nên ít nguy hiểm hơn

Hình ảnh phá hủy dẻo

Nguyên nhân của phá

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phá hủy

dưới tải trọng tĩnh

 Nhiệt độ: nhiệt độ thấp hầu như kim loại

bị phá hủy giòn, ở nhiệt độ cao kim loại bị phá hủy dẻo

 Tốc độ biến dạng: Khi tăng tốc độ biến

dạng kim lọai dễ bị phá hủy giòn

B Phá hủy trong điều kiện tải trọng chu kỳ

(phá hủy mỏi)

 Phá hủy mỏi là sự phá hủy xảy ra khi kim

loại chịu tác động của tải trọng thay đổi theo chu

kỳ hoặc theo một quy luật nào đó

 Cơ chế: vết nứt xuất hiện ở bề mặt chi tiết tại

thời điểm chịu ứng suất kéo Sau đó vết nứt phát triển dẫn đến phá hủy

Hình ảnh vết nứt

 Tạo vật liệu có cấu trúc mạng tinh thể lý tưởng

 Gây xô lệch mạng (tang mật độ lệch) các biện pháp chủ yếu là:

-Biến dạng dẻo làm tăng mật độ lệch -Tăng tác dụng hãm lệch của biên giới hạt và siêu hạt

-Nhiệt luyện để tạo pha phân tán thứ hai

-Nhiệt luyện kèm chuyển pha

C Hai phương hướng nâng cao độ bền kim

loại

The end