Chương 2: Biến dạng dẻo và cơ tính
2.1 Biến dạng dẻo và phá huỷ
Độ dãn dài l
Tải trọng F
Fđh
a1 e
Fa
a
b
c
Fb
a2 0
Sơ đồ biểu diễn tải trọng-biến dạng điển hình của KL
Sự biến đổi mạng tinh thể ở các giai đoạn khác nhau trong quá trình biến dạng
Khái niệm về biến dạng dẻo
Là biến dạng không bị mất đi sau khi bỏ tải trọng tác dụng
Giai đoạn ban đầu: các nguyên tử chỉ dao động xung quanh vị trí cân bằng
Giai đoạn biến dạng đàn hồi: các nguyên tử xê dịch phạm vi hẹp so với thông số mạng nên nó vẫn trở về vị trí ban đầu khi bỏ tải trọng
Giai đoạn biến dạng dẻo: các nguyên tử xê dịch phạm vi lớn hơn so với thông số mạng nên nó không trở về vị trí ban đầu khi bỏ tải trọng
Giai đoạn phá huỷ: liên kết giữa các nguyên tử bị cắt rời
Phá huỷ dẻo Phá huỷ giòn (không có biến
dạng dẻo)
Một số hình ảnh quan sát được tại vết gãy của mấu thử (điểm c)
Trượt đơn tinh thể
Phương trượt Mặt trượt
Trượt trong đơn tinh thể Zn Hiện tượng trượt trong đơn
tinh thể
Trượt là hiện tượng chuyển dời tương đối giữa các phần tinh thể theo các phương và mặt nhất định gọi là phương trượt và mặt trượt
Phương trượt:
Mặt trượt: Là mặt phân cách giữa hai mặt nguyên tử dày đặc nhất mà tại đó xảy ra hiện tượng trượt
2 điều kiện của mặt trượt:
-Phải là mặt xếp xít chặt nhất (liên kết giữa các nguyên tử lớn
bền vững)
-Khoảng cách giữa 2 mặt xít chặt phải là lớn nhất (dễ cắt đứt liên kết giữa 2 mặt dễ xê dịch)
Là phương có mật độ nguyên tử lớn nhất
Hệ trượt: Là sự kết hợp giữa một phương trượt và một mặt trượt
Hệ trượt trong mạng A2
Họ mặt trượt: {110} Số lượng: 6
Họ phương trượt <111>: 2
số hệ trượt = số mặt x số phương = 12
Hệ trượt trong mạng A1
Họ mặt trượt: {111} Số lượng: 4
Họ phương trượt <110>: 3
số hệ trượt = số mặt x số phương = 12
Hệ trượt trong mạng A3
Họ mặt xếp chặt nhất: {0001} Số lượng: 2
Họ phương xếp chặt nhất <1120>: 3
số hệ trượt = số mặt x số phương = 6
Nhận xét
Kim loại có số hệ trượt càng cao thì càng dễ biến dạng
Nhôm (Al), đồng (Cu)…. dễ biến dạng hơn Manhê (Mg), Kẽm (Zn)
Trong cùng một hệ tinh thể (lập phương): kim loại nào có số phương trượt nhiều hơn thì dễ biến dạng dẻo hơn
Nikel (Ni), Nhôm (Al), đồng (Cu) (A2)…. dễ biến dạng hơn Crôm (Cr), Vonfram (V) (A1)
s = F/So
So s’
Phương trượt
f
f Ss
So
F
Fs l
Ss
t l
Phân tích các tính toàn cho ứng suất tiếp trên mặt trượt từ mô hình trượt của đơn tinh thể
Ứng suất tiếp gây ra trượt
Phương trượt
s
t
s’ f
Mặt trượt l
S0
ứng suất tác dụng
Diện tích mặt trượt: S=S0/cos f Ứng suất tiếp trên phương trượt:
t = (F/S)cos l =(F/S0)cos f cos l
t = s0 cos f cos l
Các giá trị tới hạn
a) b) c)
t = s0 cos f cos l
s0: ứng suất quy ước do ngoại lực F tác dụng lên tiết ngang của tinh thể có tiết diện không đổi
Không xảy
ra trượt Không xảy
ra trượt Dễ xảy ra
trượt
Cơ chế trượt
Lý thuyết: tth~ G/2
Thực tế: tth~ G/(8.1038.104)
Trượt trong đa tinh thể
Đặc điểm:
Các hạt bị biến dạng không đều
Có tính đẳng hướng
Có độ bền cao hơn
Hạt càng nhỏ thì độ bền và độ dẻo càng cao
sc=s0+kd-1/2
Tổ chức và tính chất sau biến dạng dẻo
Các hạt có xu hướng dài ra theo phương kéo
Độ biến dạng từ 40-50% các hạt sẽ bị phân nhỏ, tạp chất và pha thứ hai bị chia nhỏ phân tán và kéo dài tạo thớ
Độ biến dạng từ 70-90% các hạt sẽ bị quay, các hạt và phương mạng cùng chỉ số đạt tới mức gần như song song tổ chức textua biến dạng
Sau biến dạng dẻo thì trong kim loại tồn tại ứng suất dư lớn do xô lệch mạng tinh thể
Sau biến dạng dẻo thì cơ tính thay đổi: độ cứng, độ bền tăng. Độ dẻo và độ dai giảm. Làm tăng điện trở và giảm mạnh khả năng chống ăn mòn của kim loại
Phá huỷ
Phá huỷ là gì?
Là dạng hư hỏng trầm trọng nhất, không thể khắc phục được thiệt hại về kinh tế, con người….. cần phải có biện pháp khắc phục
Đặc điểm chung: hình thành các vết nứt tế vi phát triển vết nứt tách rời phá huỷ
a) phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh:
Phá huỷ dẻo: là phá huỷ kèm theo biến dạng dẻo đáng kể tiết diện mặt gãy thay đổi
Phá huỷ giòn: là phá huỷ kèm theo biến dạng dẻo không đáng kể
tiết diện mặt gãy gần như không thay đổi
Cách nhận biết phá huỷ giòn và phá huỷ dẻo (quan sát vết phá huỷ)
Phá hủy dẻo (tiết diện thay đổi)
Phá huỷ giòn
(tiết diện hầu như không đổi)
a) phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh (tiếp theo):
Phá huỷ dẻo phát triển với tốc độ chậm, cần nhiều năng lượng
công phá hủy lớn
Phá huỷ giòn phát triển với tốc độ rất nhanh, cần năng lượng nhỏ công phá hủy nhỏ hơn
Chú ý: vết phá hủy có thể cắt ngang các hạt hay theo biên giới hạt
a) phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh (tiếp theo):
Sự phụ thuộc của hình thức phá huỷ vào một số yếu tố:
Nhiệt độ giảm, tốc độ đặt tải tăng phá huỷ có xu hướng chuyển từ phá huỷ dẻo sang phá huỷ giòn
Tiết diện thay đổi đột ngột, bề mặt bị tập trung ứng suất lớn
xu hướng tiến đến trang thái phá huỷ giòn
Bề mặt của mẫu phá huỷ giòn
Cơ chế phá huỷ
Sợi Vết
cắt
1 2 3 4 5