Bài giảng Vật liệu học: Chương 2 - Biến dạng dẻo và cơ tính được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Biến dạng dẻo và phá huỷ; Các biện pháp hoá bền vật liệu; Nung kim loại đã qua biến dạng dẻo; Ảnh tổ chức của kim loại sau biến dạng dẻo. Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng dưới đây để nắm được nội dung chi tiết nhé!
Chương 2: Biến dạng dẻo tính Tải trọng F 2.1 Biến dạng dẻo phá huỷ Fb b Fa a Fđh c e a1 a2 Độ dãn dài l Sơ đồ biểu diễn tải trọng-biến dạng điển hình KL Sự biến đổi mạng tinh thể giai đoạn khác trình biến dạng Giai đoạn ban đầu: nguyên tử dao động xung quanh vị trí cân Giai đoạn biến dạng đàn hồi: nguyên tử xê dịch phạm vi hẹp so với thơng số mạng nên trở vị trí ban đầu bỏ tải trọng Giai đoạn biến dạng dẻo: nguyên tử xê dịch phạm vi lớn so với thơng số mạng nên khơng trở vị trí ban đầu bỏ tải trọng Giai đoạn phá huỷ: liên kết nguyên tử bị cắt rời Khái niệm biến dạng dẻo Là biến dạng không bị sau bỏ tải trọng tác dụng Một số hình ảnh quan sát vết gãy mấu thử (điểm c) Phá huỷ dẻo Phá huỷ giịn (khơng có biến dạng dẻo) Hiện tượng trượt đơn tinh thể Mặt trượt Phương trượt Trượt đơn tinh thể Trượt đơn tinh thể Zn Trượt tượng chuyển dời tương đối phần tinh thể theo phương mặt định gọi phương trượt mặt trượt Mặt trượt: Là mặt phân cách hai mặt nguyên tử dày đặc mà xảy tượng trượt điều kiện mặt trượt: -Phải mặt xếp xít chặt (liên kết nguyên tử lớn bền vững) -Khoảng cách mặt xít chặt phải lớn (dễ cắt đứt liên kết mặt dễ xê dịch) Phương trượt: Là phương có mật độ nguyên tử lớn Hệ trượt: Là kết hợp phương trượt mặt trượt Hệ trượt mạng A2 Họ mặt trượt: {110} Số lượng: Họ phương trượt : số hệ trượt = số mặt x số phương = 12 Hệ trượt mạng A1 Họ mặt trượt: {111} Số lượng: Họ phương trượt : số hệ trượt = số mặt x số phương = 12 Hệ trượt mạng A3 Họ mặt xếp chặt nhất: {0001} Số lượng: Họ phương xếp chặt : số hệ trượt = số mặt x số phương = Nhận xét Kim loại có số hệ trượt cao dễ biến dạng Nhơm (Al), đồng (Cu)… dễ biến dạng Manhê (Mg), Kẽm (Zn) Trong hệ tinh thể (lập phương): kim loại có số phương trượt nhiều dễ biến dạng dẻo Nikel (Ni), Nhôm (Al), đồng (Cu) (A2)… dễ biến dạng Crôm (Cr), Vonfram (V) (A1) Phân tích tính tồn cho ứng suất tiếp mặt trượt từ mơ hình trượt đơn tinh thể s = F/So s’ F So f Phương trượt l l Ss t Ss f So Fs Nguyên lý xác định độ cứng Ép tải trọng xác định lên mẫu thông qua mũi đâm (không bị biến dạng dẻo) tạo vết lõm bề mặt vết lõm rộng (sâu) độ cứng thấp Có loại độ cứng: - Độ cứng tế vi (dùng tải trọng nhỏ, mũi đâm bé): xác định độ cứng hạt, pha tổ chức vật liệu dùng cho nghiên cứu - Độ cứng thô đại (tải trọng mũi đâm lớn): phản ánh khả chống biến dạng dẻo nhiều hạt, pha > xác định độ cứng chung cho VL Độ cứng brinell HB Điều kiện chuẩn để xác định HB cho thép gang: D=10mm, F=3000kG, t=15s Ưu điểm: có mối quan hệ bậc với sb biết HB xác định tương đối sb mà không cần thử kéo sb=a.HB Nhược điểm loại độ cứng HB - Không thể đo vật liệu có độ cứng cao 450 HB khơng ứng dụng đo độ cứng cho thép thôi, hợp kim cứng… - Mẫu phải phẳng, dày vết đâm lớn không đo độ cứng trực tiếp sản phẩm - Thời gian chậm phương pháp khác, phải có trợ giúp thiết bị quang học để xác định đướng kính vết lõm Khắc phục sử dụng độ cứng Rôcvel Độ cứng Rockwell f f F f h f: tải trọng sơ 10kg F: tải trọng (90kg cho thang B, 140kg cho thang đo C 50kg cho thang đo A) Cách xác định độ cứng rockwell: HR = k-(h/0,002) k = 100 với thang đo A, C với mũi đâm kim cương góc đỉnh 1200 k = 130 với thang đo B dùng cho mũi bi thép Chú ý: loại độ cứng quy ước, khơng có thứ ngun Ưu điểm loại độ cứng rockwell Thang đo HR đo vật liệu cứng cao: thép tơi, lớp hố bền…. sử dụng phổ biến Kết máy đo Thời gian để xác định giá trị độ cứng nhanh Mẫu khơng cần phẳng đo trực tiếp sản phẩm Độ cứng Vickers Mũi đâm kim cương, hình tháp mặt với góc đỉnh 1360 Tải trọng tác dụng nhỏ (1-100kg), điều kiện chuẩn 30kg với t = 10-15s Cách xác định độ cứng Vickers Ưu điểm: xác định độ cứng cho loại vật liệu Nhược điểm: với tải trọng nhỏ cần trợ giúp thiết bị quang học để xác định d Bảng chuyển đổi thang đo độ cứng Thấp HV 240 HB 240 HRC 20 HRA 60,5 HRB 100 TB Cao 513 697 475 - 60 75,9 81,2 - Trạng thái vật liệu dựa giá trị độ cứng - Mềm: HB< 150 - Thấp: HB ~ 200 - Trung bình: HB ~ 300-400 - Tương đối cao: HRC ~ 50-58 - Cao HRC ~ 60-65 - Rất cao HRC > 65 2.3 Nung kim loại qua biến dạng dẻo Trạng thái kim loại sau biến dạng dẻo: Mức độ xô lệch mạng tinh thể lớn, mật độ lệch cao kim loại bị hố bền, biến cứng có xu hướng chuyển trạng thái lượng thấp (trạng thái trước biến dạng dẻo) Tại cần phải nung kim loại qua biến dạng dẻo? - Để tiếp tục biến dạng dẻo nhiều - Để gia công cắt dễ dàng - Khử bỏ ứng suất bên để tránh phá hủy giòn Ảnh tổ chức kim loại sau biến dạng dẻo Trước biến dạng Sau biến dạng Các giai đoạn chuyển biến nung nóng Giai đoạn hồi phục - Xảy nhiệt độ T < Tktl - Giảm khuyết tật (điểm, nút trống) - Giảm mật độ lệch - Giảm ứng suất - Tổ chức tế vi chưa biến đổi tính chưa thay đổi Các giai đoạn chuyển biến nung nóng (tiếp theo) Giai đoạn kết tinh lại - Xảy nhiệt độ T > Tktl - Xuất mầm không chứa sai lệch biến dạng thường xuất vùng bị xô lệch mạnh (mặt trượt, biên hạt) biến dạng dẻo mạnh số lượng tâm mầm nhiều hạt cạng nhỏ mịn - Sự phát triển hạt hoàn toàn giống với trình kết tinh KL lỏng - Sau kết tinh: tính trở trạng thái trước biến dạng dẻo Yếu tố ảnh hưởng đến trình kết tinh lại Nhiệt độ kết tinh lại Tktl: Tktl = a.TS a hệ số phụ thuộc độ kim loại, mức độ biến dạng thời gian giữ nhiệt Thông thường: mức độ biến dạng > 40-50%, thời gian giữ nhiệt nung 1h a xác định sau a = 0,4 với kim loại nguyên chất kỹ thuật a = 0,2-0,3 với kim loại nguyên chất a = 0,5-0,8 với dung dịch rắn Tổ chức hạt nhận sau kết tinh lại Hạt sau KTL có dạng đa cạnh, đẳng trục Kích thước hạt phụ thuộc: - Mức độ biến dạng - Nhiệt độ ủ - Thời gian giữ nhiệt Tính chất vật liệu sau kết tinh lại: - Độ bền, độ cứng giảm - Độ dẻo, độ dai tăng Kết tinh lại lần 2: không mong muốn Biến dạng nóng Thế biến dạng nóng? Là biến dạng dẻo nhiệt độ kết tinh lại T ~ (0,7-0,75)Ts Các trình xảy ra: - Biến dạng dẻo gây hoá bền vật liệu - Xảy q trình kết tinh lại Tính chất sau biến dạng nóng phụ thuộc vào q trình mạnh Biến dạng nóng (tiếp theo) Ưu điểm: - Phơi nung nóng mềm lực tác dụng nhỏ - Bít rỗ khí có - Q trình hợp lý, sau biến dạng dẻo, phơi đem gia cơng Nhược điểm: - Khó khống chế nhiệt độ đồng phơi khó đồng tổ chức, tính - Khó khống chế xác hình dạng, kích thước chi tiết - Chất lượng bề mặt khơng cao dễ bị oxy hố bề mặt ... cứng Thấp HV 24 0 HB 24 0 HRC 20 HRA 60,5 HRB 100 TB Cao 513 697 475 - 60 75,9 81 ,2 - Trạng thái vật liệu dựa giá trị độ cứng - Mềm: HB< 150 - Thấp: HB ~ 20 0 - Trung bình: HB ~ 30 0-4 00 - Tương đối... biến dạng dẻo) Tại cần phải nung kim loại qua biến dạng dẻo? - Để tiếp tục biến dạng dẻo nhiều - Để gia cơng cắt dễ dàng - Khử bỏ ứng suất bên để tránh phá hủy giòn Ảnh tổ chức kim loại sau biến. .. Các trình xảy ra: - Biến dạng dẻo gây hoá bền vật liệu - Xảy trình kết tinh lại Tính chất sau biến dạng nóng phụ thuộc vào q trình mạnh Biến dạng nóng (tiếp theo) Ưu điểm: - Phơi nung nóng