Nhiệt độ khuếch tán T
Nhiệt độ được xem là yếu tố ảnh hưởng mạnh nhất tới hệ số khtán và tốc độ khtán. Sự phụ thuộc nhiệt độ của hệ số khtán là
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Khoa học Vật liệu
TP. Hồ Chí Minh 2008 211
Các yếu tố ảnh hưởng
Ảnh hưởng của cấu trúc lên khuếch tán
Khuếch tán nhanh hơn khi Khuếch tán chậm hơn khi
Các yếu tố ảnh hưởng
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Khoa học Vật liệu
TP. Hồ Chí Minh 2008 213
Các yếu tố ảnh hưởng
Đồ thị logarithm của hệ số khuếch tán D với thang nghịch đảo của nhiệt độ tuyệt đối 1/T của một vài kim loại chỉ ra mối quan hệ tuyến tính
Con đường khuếch tán khác
Các nguyên tử cũng có thể đi dọc theo các đường lệch mạng, các biên hạt và ở bề mặt bên ngoài của vật liệu gọi là cơ chế khuếch tán theo đường tắt (short circuit diffusion paths)
Cơ chế này có tốc độ khuếch tán nhanh hơn khuếch tán trong
khối
Tuy nhiên vai trò của cơ chế này đóng góp lại không đáng kể do
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Khoa học Vật liệu
TP. Hồ Chí Minh 2008 215
Tóm lại
Cơ chế khuếch tán
Khuếch tán trong chất rắn là sự dịch chuyển tuần tự của các nguyên tử với số lượng lớn trong vật liệu. Tự khuếch tán “self-diffusion” là khái niệm về sự dịch chuyển của các nguyên tử chất chủ; đối với các nguyên tử tạp chất người ta dùng khái niệm khuếch tán tương hỗ “interdiffusion”. Có hai cơ chế khuếch tán: khuếch tán qua chỗ trống “vacancy” và khuếch tán qua khe hở “interstitial”. Đối với vật liệu chủ là kim loại, các nguyên tử tạp chất xen kẽ thường khuếch tán nhanh hơn
Khuếch tán trạng thái dừng, Khuếch tán trạng thái không dừng
Đối với khuếch tán trạng thái dừng, profile nồng độ của tạp chất khuếch tán là không phụ thuộc vào thời gian, và dòng khuếch tán J tỷ lệ với gradient nồng độ mang dấu âm theo định luật Fick thứ nhất. Khuếch tán trạng thái không dừng được miêu tả về mặt toán học bởi định luật Fick thứ hai – là phương trình đạo hàm riêng. Nghiệm cho trường hợp điều kiện biên ở bề mặt không đổi là hàm sai số Gauss
Các thông số ảnh hưởng đến khuếch tán
Độ lớn của hệ số khuếch tán D cho thấy tốc độ di chuyển của các nguyên tử, nó phụ thuộc mạnh vào việc tăng nhiệt độ theo hàm mũ
Bảng các giá trị hàm sai số Gauss
CÔNG NGHỆ và KHOA HỌC VẬT LiỆU ĐẠI CƯƠNG
Nguyễn Mạnh Tuấn Chương VI Cơ tính của Kim loại
Mục đích
Nghiên cứu và lượng hóa các tính chất cơ
(mechanical properties) của kim loại – là loại vật liệu dùng rất phổ biến
Nghiên cứu các vật liệu trong các điều kiện chịu tác dụng của các loại ứng suất và ngoại lực
Sự hiểu biết về sự biến dạng và độ bền của các vật liệu nói chung của vật liệu
Khái niệm về biến dạng đàn hồi và biến dạng không đàn hồi
Các thông số và mối quan hệ của độ bền kéo, độ bền dẻo, độ bền chảy
Các khái niệm về độ bền, độ cứng và các thông số an toàn
Issues to Address
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Khoa học Vật liệu
TP. Hồ Chí Minh 2008 219
Ứng suất và Độ biến dạng
Biến dạng đàn hồi
Biến dạng dẻo
Độ bền và Độ bền chảy
Nội dung
Ứng suất và Độ biến dạng: khái niệm và các thông số sử dụng
Biến dạng đàn hồi: khi tải trọng nhỏ, cho tới khi nào thì xuất hiện biến dạng không đàn hồi, vật liệu nào ít thay đổi
Biến dạng dẻo: tại điểm nào thì bắt đầu biến dạng không đàn hồi vĩnh viễn, vật liệu nào bền nhất với biến dạng không đàn hồi
Các trạng thái ứng suất thường gặp
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Khoa học Vật liệu
TP. Hồ Chí Minh 2008 221
Mẫu thử biến dạng kéo
Đường kính mẫu chuẩn khoảng 12.8 mm (0.5 in.), chiều dài ít nhất dài hơn 4 lần so với đường kính nêu trên, là khoảng 60 mm (2 ẳ in.)
Chiều dài gauge chuẩn là 50 mm
Ứng suất và Độ biến dạng
Các mẫu bị biến dạng khi chịu tải nén, kéo, trượt và xoắn …
Ứng suất nén (kéo) kỹ thuật σ và độ biến dạng kỹ thuật ε (dùng cho cả kéo và nén), với A 0 là diện tích trước khi biến dạng
Trường hợp kéo dài ra đàn hồi độ biến dạng tuyến tính dương (positive linear strain)
Kéo
kéo dài ra
Nén
co ngắn lại
stress strain
tension compress
shear torsion
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Khoa học Vật liệu
TP. Hồ Chí Minh 2008 223
Ứng suất và Độ biến dạng
Các mẫu bị biến dạng khi chịu tải nén, kéo, trượt và xoắn …
Ứng suất trượt τ
Độ biến dạng trượt γ =tg θ (hình c)
Đơn vị đo ứng suất và độ biến dạng của biến dạng trượt giống như của biến dạng kéo
Biến dạng xoắn là một biến thể của biến dạng trượt, với góc xoắn φ , mô men xoắn T (hình d)
Ứng suất trượt τ là hàm của mô men xoắn T
Kéo
kéo dài ra
Nén
co ngắn lại
Trượt Xoắn
stress strain
tension compress
shear torsion
Ứng suất kỹ thuật
ứng suất kéo (nén), σ
độ biến dạng kéo (nén), ε độ biến dạng kéo (nén) biên, εL
ứng suất trượt, τ
độ biến dạng trượt, γ
Ứng suất kỹ thuật Độ biến dạng kỹ thuật
Biến dạng xoắn
Biến dạng xoắn xảy ra khi vặn một vật thể bằng một mô men xoắn. Từ biến dạng xoắn, ta có kết quả là ứng suất trượt tỷ lệ với bán kính
Góc xoắn được xác định bởi:
Với ống trụ mỏng ta có J = 2 π R 3 t
Với R là bán kính trung bình trong và ngoài của ống trụ và t là độ dày của thành ống trụ
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Khoa học Vật liệu
TP. Hồ Chí Minh 2008 225