Đang tải... (xem toàn văn)
1. Sự biến dạng dẻo của kim loại Kim loại chịu tác dụng của ngoại lực đều xảy ra ba giai đoạn biến dạng. đó là biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, phá hủy Biến dạng dẻo của đơn tinh thể Biến dạng dẻo của đa tinh thể
Cơ sở lý thuyết Sự biến dạng dẻo kim loại 1.1 Sự biến dạng dẻo kim loại Kim loại chịu tác dụng ngoại lực xảy ba giai đoạn biến dạng đàn hồi,biến dạng dẻo, phá hủy Xét biến dạng dẻo biến dạng mà sau bỏ lực tác dụng phần biến dạng dư giữ lại phần tử vật thể không nhận thấy có phá huỷ Biến dạng dẻo kim loại bao gồm biến dạng dẻo đơn tinh đa tinh + Biến dạng dẻo đơn tinh thể: Là biến dạng dẻo theo chế trượt song tinh Kim loại khác có tính dẻo khác + Biến dạng dẻo đa tinh thể Đa tinh thể tập hợp đơn tinh Biến dạng đa tinh gồm dạng: + Biến dạng nội hạt: Gồm trượt song tinh Sự trượt xảy hạt có phương kết hợp với phương lực tác dụng 45o trượt trước đến mặt khác Sự song tinh sảy có lực tác dụng lớn đột ngột gây biến dạng dẻo kim loại +Biến dạng vùng tinh giới: Tại chứa nhiều tạp chất dễ chảy mạng tinh thể bị rối loạn trượt biến dạng thường nhiệt độ to > 950oC Giải thích trượt Theo tế có chỗ lệch, nguyên tử vị trí lệch có xu hướng trở vị trí cân Khi có lực thuyết lệch, kim loại kết tinh không xếp theo qui luật cách lý tưởng mà thực tác dụng di động xảy điểm lệch, vùng lân cận dịch chuyển theo Cuối lại tạo nên chỗ lệch Quá trình tiếp tục đến không lực tác dụng * Hiện tượng trượt giải thích tượng khác khuyếch tán nhiệt độ tăng cao, nguyên tử di động mạnh dần dịch chuyển sang vị trí cân khác, làm mạng tinh thể bị biến dạng hình thức trượt BDĐH biến dạng mà tác dụng lực, kim loại trở vị trí ban đầu Giải thích tượng song tinh Dưới tác dụng ứng suất tiếp , tinh thể có dịch chuyển tương đối hàng loạt mặt ngtử so với mặt khác Qua mặt phẳng cố định gọi mặt song tinh Hiện tượng song tinh xảy nhanh mạnh biến dạng đột ngột, tốc độ biến dạng lớn 1.1.2 Các tượng xảy biến dạng dẻo Sự thay đổi hình dạng hạt: Sự thay đổi hình dạng hạt chủ yếu nhờ trình trượt Hạt thay đổi kích thước mà vỡ thành nhiều khối nhỏ làm tăng tính Sự đổi hướng hạt: Trước biến dạng hạt sếp không theo hướng định nào.Sự hình thành tổ chức sợi dẫn đến sai khác cơ, lí tính kim loại theo hướng khác nhau, làm cho kim loại tính đẳng hướng Sự tạo thành ứng suất dư: Khi gia công áp lực biến dạng không không lực nên nội vật thể sau biến dạng để lại ứng suất gọi ứng suất dư Có loại ứng suất dư: ng suất dư loại (σ1): Là ứng suất dư sinh biến dạng không đồng phận vật thể Ứng suất dư loại (σ2): Là ứng suất dư sinh biến dạng không đồng hạt Ứng suất dư loại (σ3): Là ứng suất dư sinh biến dạng không đồng nội hạt 1.2 Sự thay đổi thể tích thể trọng: Khi biến dạng dẻo nội hạt xảy hai trình: Tạo vết nứt, khe xốp, lỗ rỗ tế vi vỡ nát mạng tinh thể trượt song tinh Quá trình hàn gắn lỗ rỗ,vết nứt kết tinh lại Do gia công áp lực, tỉ trọng thể tích kim loại bị thay đổi đáng kể 1.2.1 Trạng thái ứng suất Trạng thái ứng suất kéo ít, nén nhiều tính dẻo kim loại cao Trạng thái ứng suất nén khối làm kim loại có tính dẻo cao nén mặt phẳng đường thẳng trạng thái ứng suất kéo khối lại làm tính dẻo kim loại 1.2.2 Tốc độ biến dạng nhiệt độ Tốc độ biến dạng lượng biến dạng dài tương đối đơn vị thời gian: W= dV V dt Gia công nguội to = TKTL Nếu tăng tốc độ biến dạng làm giảm tính dẻo kim loại có biến cứng kim loại Gia công nóng to > TKTL nhiệt độ không cao: Đối với thép t o= 900o C Khi tăng tốc độ biến dạng (W) lực ma sát làm tăng nhiệt độ kim loại lên 1000oC ÷ 1100oC nên thép dẻo Gia công kim loại nhiệt độ cao: Nếu tăng W lực ma sát làm tăng nhiệt độ kim loại đến vùng nhiệt làm độ dẻo giảm , độ cứng tăng lên 1.2.3 Thành phần tổ chức kim loại Thành phần tổ chức kim loại liên quan với Kim loại trạng thái nguyên chất pha dung dịch rắn có tính dẻo cao dễ biến dạng so với kim loại có cấu tạo hỗn hợp học hợp chất hoá học Vd : Thép % C thấp dẻo thép %C cao 1.2 nh hưởng biến dạng dẻo đến tính chất tổ chức kim loại 1.2.1nh hưởng biến dạng dẻo đến tính chất tổ chức kim loại Tốc độ biến dạng tăng vỡ nát hạt lớn, độ hạt giảm tính cao Biến dạng dẻo giúp khử khuyết tật xốp co, rỗ khí, rỗ co, lõm co… làm tăng độ mịn chặt kim loại làm tính tăng lên Biến dạng dẻo tạo thớ uốn xoắn khác làm tăng tính sản phẩm Tốc độ biến dạng có ảnh hưởng lớn tới tính sản phẩm : Nếu tốc độ biến dạng lớn biến cứng nhiều , không đồng biến cứng nghiêm trọng phân bố thớ không tính 1.2.2 nh hưởng biến dạng dẻo tới lý tính kim loại Biến dạng dẻo làm tăng điện trở, giảm tính dẫn điện làm thay đổi từ trường kim loại Tính dẫn điện : Biến dạng dẻo tạo sai lệch mạng tinh thể làm tính liên tục điện trường tinh thể bị phá vỡ, tạo màng chắn cản trở chuyển động tự điện tử Đây nguyên nhân làm tăng điện trở kim loại Tính dẫn nhiệt : Biến dạng dẻo làm giảm tính dẫn nhiệt Do biến dạng dẻo làm xô lệch mạng, làm xô lệch vùng tinh giới, làm giảm biên độ dao động nhiệt điện tử Từ tính : Các sai lệch tạo biến dạng dẻo làm thay đổi cách bố trí từ trường kim loại làm thay đổi từ tính, độ thấm từ,… 1.2.3 nh hưởng biến dạng dẻo tới hoá tính Sau biến dạng dẻo lượng tự kim loại tăng hoạt tính hoá học kim loại tăng lên 1.3 Sự kết tinh lại Kim loại trạng thái đặc có tượng kết tinh (sinh tâm mầm, phát triển mầm ) gọi tượng kết tinh lại Khi gia công nguội bề mặt kim loại bị biến cứng ( độ cứng tăng, độ dẻo giảm ) Để khử biến cứng ta nung kim loại lên t o, giữ nhiệt, ủ kết tinh lại đem gia công tiếp Hiện tượng kết tinh lại gồm giai đoạn : - Giai đoạn hồi phục: t o = (0,2÷ 0,3)Tnc (oK ) - Giai đoạn kết tinh lại lần 1: to = 0.4 Tnc - Giai đoạn kết tinh lại lần 2: to > 0.4 Tnc Trong gia công áp lực cần tránh lượng biến dạng tới hạn độ hạt kim loại lớn làm tính Gia công nóng to> TKTL (oK ); TKTL=0.4 Tnc (oK ) Gia công nhiệt độ cao nên kim loại có độ dẻo cao, độ bền, độ cứng thấp nên lực biến dạng không lớn, công suất thiết bị không lớn, độ xác, độ nh¸m bề mặt kim loại không cao Thường gia công phôi dạng khối Gia công nguội to< TKTL (oK ) Lực biến dạng lớn, đòi hỏi công suất thiết bị lớn Độ xác độ nh¸m bề mặt cao Thường gia công phôi dạng 2.Các định luật áp dụng gia công áp lực 2.1 Định luật biến dạng đàn hồi tồn song song với biến dạng dẻo Khi gia công áp lực kim loại xảy biến dạng dẻo có lượng biến dạng đàn hồi kèm theo (được xác định góc đàn hồi , phụ thuộc vào moduyn đàn hồi E vật liệu chiều dày kim loại) Gia công nguội : Kim loại dạng chịu ảnh hưởng lớn Gia công nóng : Kim loại dạng khối , ảnh hưởng biến dạng đàn hồi bỏ qua Thường để áp dụng thiết kế khuôn dập, vật dập phải kể đến lượng biến dạng dư biến dạng đàn hồi gây 2.2 Định luật ứng suất dư Khi gia công áp lực nung nóng làm nguội không đều, lực biến dạng, lực ma sát… phân bố không làm phát sinh ứng suất dư tồn cân bên vật thể kim loại Nếu không cân có trình tích, thoát ứng suất làm cho vật thể biến dạng ý muốn để ứng suất dư tồn cân 2.3 Định luật thể tích không đổi Thể tích vật thể trước biến dạng thể tích vật thể sau biến dạng Gọi thể tích vật trước gia công V Gọi thể tích vật sau gia công V Vật thể có chiều cao, rộng, dài trước gia công là: h ; b0 ; l Vật thể có chiều cao, rộng, dài sau gia công là: h ; b ; l Theo điều kiện thể tích không đổi ta có : h.b l = h0.b0.l0 h b l • • =1 h0 b0 l0 ln h b l + ln + ln h0 b0 l0 δ1 + δ2 =0 + δ3 =0 (*) Phương trình (*) gọi phương trình điều kiện thể tích không đổi δ : ứng biến δ1 ; δ ; Nhận xét : Khi gia công biến dạng tồn ba ứng biến nghóa có thay đổi kích thước ba chiều đầu ứng biến phải trái dấu với hai ứng biến có giá trị tuyệt đối tổng hai ứng biến h h0 ⇒ δ2 , δ3 > 1% rÊt Ýt dïng gia c«ng áp lực Nếu sử dụng khoảng nhiệt độ gia công áp lực bị thu hẹp để tránh thoát C Vì ứng dụng phạm vi khoảng nhiệt độ gia công áp lực nh hình vẽ C 135 110 80 Vïng ch¶y Vïng gia Vùng nhiệt công áp lực 0, Vùng biến cứng 1, %C Phạm vi nhiệt độ gia công ¸p lùc Thêi gian nung kim lo¹i Thêi gian nung đợc biểu thị thông qua tốc độ nung Xảy theo hai giai đoạn: - Giai đoạn nhiệt độ thấp: chủ yếu trình đối lu truyền nhiệt, hoàn toàn phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt kim loại giới hạn bền Trong giai đoạn thờng nung chậm để tránh biến dạng nhiệt đặc biệt chi tiết có hình dáng phức tạp Tốc độ nung giai đoạn gọi tốc độ nung cho phép - Giai đoạn nhiệt độ cao (> 6000C): chế truyền nhiệt xạ dẫn nhiệt Chọn tốc độ nung nhanh để tránh ôxy hoá, thoát cacbon Gọi tốc độ nung giai đoạn tốc độ nung kỹ thuật Các để tính tốc độ nung: + Dựa vào vật liệu + Hình dáng chi tiết + Cách chất chi tiết lò, thông qua hệ sè chÊt chi tiÕt α VÝ dô: α=1 α= α=4 1,4 HƯ sè chÊt chi tiÕt Lµm ngi sau gia công áp lực 6.1 Mục đích làm nguội - Tạo tổ chức hợp lý cho vật liệu nhằm đảm bảo: + Về chất lợng pha vật liệu (mật độ khuyết tật ) + Cơ tính cho trình gia công - Tránh gây biến dạng cho sản phẩm : + Biến d¹ng chun biÕn pha + BiÕn d¹ng øng suất d - Tận dụng khả kết tinh lại cđa vËt liƯu vµ håi phơc cđa vËt liƯu 6.2 Các phơng pháp làm nguội - Làm nguội không khí tĩnh: chi tiết sau gia công áp lực đợc đặt nơi khô ráo, kín gió Đặc điểm: + Thực đơn giản, giảm chi phí trình sản xuất + Tốc độ nguội nhanh tơng ®¬ng víi thêng hãa ®ã ®é cøng cao (thÐp trớc tích), khó gia công cắt gọt, phù hợp với thép gia công áp lực có hàm lợng C < 0,2 Với thép sau tích: phá huỷ đợc lới XeII giảm tính giòn, nhng dễ thoát C bề mặt, dễ biến dạng sản phẩm lên dùng rèn phôi có hình dáng đơn giản - Làm nguội hòm: chi tiết sau gia công áp lực đợc đặt vào hòm chứa vôi bột, xỉ than, than, phoi sắt, phoi gang với mục đích làm giảm tốc độ nguội, tránh biến dạng, tăng cờng hiệu kết tinh lại Yêu cầu: chi tiết đem vào hòm phải có nhiệt độ lớn 700 0C áp dụng: cho chi tiết phức tạp thép cacbon - Làm nguội lò: sau rèn hết nhiệt độ gia công áp lực, chuyển vào lò nung có nhiệt độ xác định (theo nhiệt độ thép) đà ngừng cấp nhiên liệu để nguội lò để cải thiện tổ chức hạt sản phẩm sau gia công Yêu cầu: chi tiết đu vào lò phải có nhiệt độ lớn 7000C Đặc điểm: + Ưu điểm: khống chế tốt tốc độ làm nguội nên giảm tối đa biến dạng, tận dụng tối đa hiệu kết tinh lại + Nhợc điểm: tốn kém, thao tác vất vả áp dụng: gia công thép hợp kim có hình dáng phức tạp - Làm nguội môi trờng đặc biệt: ví dụ môi trờng muối nóng chảy, chì nóng chảy Thờng kết hợp làm nguội sau gia công áp lùc víi kÕt thóc nhiƯt lun ... O2, CO2 , H2, H2O hình thành lên phản ứng làm C Fe3C + O2 Fe + CO ↑ Fe3C + CO2 → Fe + CO ↑ Fe3C + H2O → Fe + CO ↑ + H2 ↑ Fe3C + H2 → Fe + CH4 Khí tác dụng mạnh H2O sau ®ã theo thø tù : CO2 ,... Giải thích tượng song tinh Dưới tác dụng ứng suất tiếp , tinh thể có dịch chuyển tương đối hàng loạt mặt ngtử so với mặt khác Qua mặt phẳng cố định gọi mặt song tinh Hiện tượng song tinh xảy nhanh... dạng tăng vỡ nát hạt lớn, độ hạt giảm tính cao Biến dạng dẻo giúp khử khuyết tật xốp co, rỗ khí, rỗ co, lõm co? ?? làm tăng độ mịn chặt kim loại làm tính tăng lên Biến dạng dẻo tạo thớ uốn xoắn khác