Biến dạng dẻo Kim loại và các đặc tính liên quan

VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU INSTITUTE OF MATERIALS SCIENCE TRUNG TÂM ĐÁNH GIÁ HƯ HỎNG VẬT LIỆU CENTER OF MATERIALS AND FAILURE ANALYSIS BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI VÀ CÁC ĐẶC TÍNH LIÊN QUAN Cà Mau, 6-2016 KS: Đặng Nhật Khiêm Nội dung Phần I: Cấu tạo kim loại I II III IV Giới thiệu chung Cấu trúc tinh thể kim loại Đặc điểm cấu tạo kim loại Mạng tinh thể kim loại Phần II: Biến dạng kim loại đặc tính liên quan Vai trò gia cơng biến dạng VI Cơ sở q trình biến dạng kim loại VII Đặc tính biến dạng kim loại VIII Ảnh hưởng biến dạng dẻo đến cơ-hóa tính kim loại V Phần I CẤU TẠO KIM LOẠI I Giới thiệu chung Kim loại ? - Vật thể sáng, dẻo - Có thể rèn - Có tính dẫn nhiệt, điện Phân loại: - Kim loại HK sắt: sắt, thép cacbon thép HK, thép không gỉ, thép dụng cụ, - Kim loại HK không chứa sắt: đồng, nhôm, magie, titan, crom II Cấu trúc tinh thể KL Cấu trúc hạt KL: - Cấu trúc KL rắn bao gồm hạt (tinh thể) - Các hạt bao gồm: phân tử đơn vị hạt nhân xếp theo trật tự cố định - Cấu trúc phần tử đơn vị lặp lại toàn khối KL Mạng KL:  Cấu trúc phần tử gọi mạng, ng.tử đặt điểm nút mạng (Tiếp) KL có kiểu cấu trúc mạng chính: + Lập phương thể tâm (BCC) + Lập phương diện tâm (BFC) + Lục giác xếp chặt (HCP) 2.1 Cấu trúc lập phương thể tâm (BCC): Cấu trúc gồm ng.tử góc ng.tử khối lập phương  Các KL có cấu trúc BCC: Cr, Fe, Mo, Nb, Ti, W, (Tiếp) 2.2 Cấu trúc lập phương diện tâm (FCC): Cấu trúc gồm ng.tử góc hình hộp, ng.tử mặt hình hộp  Các KL có cấu trúc FCC: Al, Co, Cu, Fe, Ni, Ag, Au,… 2.3 Cấu trúc lục giác xếp chặt (HCP): Cấu trúc gồm ng.tử góc lăng trụ lục giác, ngồi có ng.tử đối xứng đầu tâm mặt trụ  Các KL có cấu trúc HCP: Zn, Co, Mg, Ti, III Đặc điểm cấu tạo KL Đặc điểm cấu tạo nguyên tử: hạt nhân (notron proton) tâm điện tử (electron) chuyển động lớp vỏ  Đặc điểm điện tích: Notron khơng mang điện tích; Proton mang (+1); electron (-1) Mẫu ng.tử theo Rutheford (Tiếp) Vỏ nguyên tử: - Các electron (điện tử tự do) chuyển động xung quanh hạt nhân nguyên tử Các electron định tính chất đặc trưng KL - Số hóa trị KL (số điện tử lớp cùng) Những điện tử dễ bị bứt thành điện tử tự nguyên tử thành ion + - Các electron chuyển động với mức lượng khác tạo thành lớp (s, p, d, f, ) xung quanh hạt nhân Liên kết kim loại: Giữa điện tích ngun tử có hút đẩy xảy Sự cân lực hút lực đẩy sở liên kết KL Những yếu tố ảnh hưởng đến độ dẻo kim loại: Các yếu tố ảnh hưởng đến độ dẻo: 2.1 KL cấu trúc tinh thể BCC, FCC có tính dẻo cao HCP 2.2 Cỡ hạt ảnh hưởng mạnh đến tính dẻo (Xem: Kiểm sốt cỡ hạt) 2.3 Hàm lượng hợp kim: lượng S >0.018% làm giảm tính dẻo, lượng Mn làm tăng tính dẻo) 2.4 Nhiệt độ ảnh hưởng mạnh đến tính dẻo (Xem thêm 1.3) Ảnh hưởng nhiệt độ tới tính dẻo thép khơng gỉ Ảnh hưởng đến độ dẻo 2.5 Mức độ biến dạng %CW: Hình: Sự thay đổi độ dẻo (A, Z) phụ thuộc vào mức độ biến dạng vật liệu Ảnh hưởng đến độ dẻo So sánh khả biến dạng thép không gỉ austenite thép không gỉ martensite Ảnh hưởng đến chuyển biến cấu trúc kim loại 3.1 Chuyển biến martensite: Lượng chuyển biến martensite tăng với mức độ biến dạng Sự thay đổi lượng chuyển biến pha martensite với mức độ biến dạng thép không gỉ martensite Ảnh hưởng đến chuyển biến cấu trúc kim loại 3.2 Quá trình kết tinh lại: Sự thay đổi cấu trúc kim loại do: a) Gia công nguội; b) Gia cơng nóng Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình kết tinh lại Ảnh hưởng nhiệt độ ủ tới độ bền kéo tính dẻo HK đồng Cỡ hạt thay đổi với nhiệt độ ủ giai đoạn khôi phục, kết tinh lại lớn hạt Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình kết tinh lại Hình ảnh trạng thái kết tinh lại lớn hạt KH đồng thau: a) Cấu trúc cán nguôi 33%; b) Bắt đầu kết tinh lại sau nung 3s 580oC; c) Kết tinh lại thay dần hạt gia công nguội (4s 580oC); d) Kết tinh lại hoàn toàn (sau 8s 580oC) Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình kết tinh lại Hình ảnh trạng thái kết tinh lại lớn hạt KH đồng thau: e) Hạt lớn lên sau 15 phút 580oC; f) Hạt lớn lên sau 10 phút 700oC Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình kết tinh lại Sự thay đổi của nhiệt độ kết tinh lại với tỷ lệ gia công nguội thép Ảnh hưởng tới khả chống ăn mòn Ảnh hưởng tỷ lệ biến dạng tới ăn mòn mật độ dòng ăn mòn loại vật liệu X5CrNi18-10 dung dịch 3.5%NaCl Ảnh hưởng tới khả chống ăn mòn  Bề mặt vật liệu X5CrNi18-8: Vi lỗ ăn mòn lỗ xuất bề mặt mẫu chưa biến dạng ngâm dd H2SO4 30% Nhiều lỗ ăn mòn phát triển bề mặt mẫu biến dạng 40% sau ngâm dd H2SO4 30% Ảnh hưởng tới khả chống ăn mòn  Bề mặt vật liệu X5CrNi18-8: Ăn mòn lỗ xuất mẫu biến dạng 40% ngâm dd 30% H2SO4 Nứt lớp thụ động bề mặt mẫu cán 40% sau ngâm dd 30%H2SO Ảnh hưởng tới khả chống ăn mòn  Kim loại vật liệu X5CrNi18-8: a) b) Cấu trúc tế vi vật liệu X5CrNi18-10: a) Trạng thái ban đầu; b) Sau biến dạng 20% (Martensite-đen; austenite-trắng) Ảnh hưởng tới khả chống ăn mòn  Kim loại vật liệu X5CrNi18-8: c) d) Cấu trúc tế vi vật liệu X5CrNi18-10: c) Sau biến dạng 50%; Sau biến dạng 70% (Martensite-đen; austenite-trắng) Tài liệu tham khảo ASM Handbook Vol 13B: Corrosion Materials ASM Handbook Vol 14: Forming and Forging ASM Handbook Vol 14A: Metalworking Bulk Forming ASM Handbook Vol 14B: Sheet Forming W.Ozgowicz; A.Kurc; M.Kciuk- Effects of deformationinduced martensite on the microstructure, mechanical properties and corrosion resistance of X5CrNi18-8 stainless steel- Archives of Materials Science and Engineering Vol 43, 5.2010 A.Kurc, M.Kciuk, M.Basiaga- Influence of cold rolling on the corrosion resistance of austenitic steel – Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering Vol 38, 3.2010 ... trình biến dạng kim loại VII Đặc tính biến dạng kim loại VIII Ảnh hưởng biến dạng dẻo đến cơ-hóa tính kim loại V Phần I CẤU TẠO KIM LOẠI I Giới thiệu chung Kim loại ? - Vật thể sáng, dẻo - Có... tạo kim loại I II III IV Giới thiệu chung Cấu trúc tinh thể kim loại Đặc điểm cấu tạo kim loại Mạng tinh thể kim loại Phần II: Biến dạng kim loại đặc tính liên quan Vai trò gia cơng biến dạng. .. TRÌNH BIẾN DẠNG KIM LOẠI Biến dạng kim loại: Là trình tác dụng lực vượt giới hạn chảy vật liệu để tạo biến dạng dư hay lệch mạng (Tiếp) Sự thay đổi cấu trúc hạt đa tinh thể kim loại sau biến dạng