chương 2 biến dạng dẻo và cơ tính

2.3 Nung kim loại đã qua biến dạng dẻo Trạng thái kim loại sau biến dạng dẻo: Mức độ xô lệch trong mạng tinh thể lớn, mật độ lệch cao  kim loại bị hoá bền, biến cứng.. Tại sao cần phải [r]

Chương 2: Biến dạng dẻo và tính Tải trọng F 2.1 Biến dạng dẻo và phá huỷ Fb b Fa Fđh a 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 các giai đoạn khác quá trình biến dạng Giai đoạn ban đầu: Giai đoạn biến dạng đàn hồi: Giai đoạn biến dạng dẻo Giai đoạn phá huỷ: 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 giòn (không có biến dạng dẻo) Hiện tượng trượt đơn tinh thể Mặt trượt Phương trượt Trượt đơn tinh thể Trượt đơn tinh thể Zn Trượt là tượng chuyển dời tương đối các phần tinh thể theo các phương và mặt định gọi là phương trượt và mặt trượt Mặt trượt: Là mặt phân cách hai mặt nguyên tử dày đặc mà đó xảy tượng trượt điều kiện mặt trượt: Phương trượt: Là phương có mật độ nguyên tử lớn Hệ trượt: Là kết hợp phương trượt và mặt trượt Hệ trượt mạng A2 Họ mặt trượt: Số lượng: Họ phương trượt <111>:  số hệ trượt = số mặt x số phương = Hệ trượt mạng A1 Họ mặt trượt: Số lượng: Họ phương trượt <110>:  số hệ trượt = số mặt x số phương = Hệ trượt mạng A3 Họ mặt xếp chặt nhất: Số lượng: Họ phương xếp chặt <1120>:  số hệ trượt = số mặt x số phương = Nhận xét Kim loại có số hệ trượt càng cao thì càng dễ biến dạng Trong cùng hệ tinh thể (lập phương): kim loại nào có số phương trượt nhiều thì dễ biến dạng dẻo Phân tích các tính toàn cho ứng suất tiếp trên mặt trượt từ mô hình trượt đơn tinh thể = F/So ’ F So Phương trượt Ss Fs Ss So Ứng suất tiếp gây trượt ứng suất tác dụng ’ Phương trượt Mặt trượt Diện tích mặt trượt: S=S0/cos Ứng suất tiếp trên phương trượt: S0  = (F/S)cos=(F/S0)coscos   = 0 coscos Các giá trị tới hạn  = 0 coscos 0: ứng suất quy ước ngoại lực F tác dụng lên tiết ngang tinh thể có tiết diện không đổi a)  b) R = =90° Không xảy trượt  c) R = /2 =45° =45° Dễ xảy trượt  R = =90° Không xảy trượt Cơ chế trượt Lý thuyết: th~ Thực tế: th~ Trượt đa tinh thể Đặc điểm:  Các hạt bị biến dạng không  Có tính đẳng hướng  Có độ bền cao  Hạt càng nhỏ thì độ bền và độ dẻo càng cao c=0+kd-1/2 Tổ chức và tính chất sau biến dạng dẻo  Các hạt có xu hướng dài theo phương kéo  Sau biến dạng dẻo thì kim loại tồn ứng suất dư lớn xô lệch mạng tinh thể  Sau biến dạng dẻo thì tính thay đổi: độ cứng, độ bền tăng Độ dẻo và độ dai giảm Làm tăng điện trở và giảm mạnh khả chống ăn mòn kim loại Phá huỷ là gì? Phá huỷ  Là dạng hư hỏng trầm trọng nhất, không thể khắc phục  thiệt hại kinh tế, người…  cần phải có biện pháp khắc phục Đặc điểm chung: a) phá huỷ điều kiện tải trọng tĩnh: Phá huỷ dẻo: Phá huỷ giòn:  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 không đổi) a) phá huỷ điều kiện tải trọng tĩnh (tiếp theo): Phá huỷ dẻo Phá huỷ giòn Chú ý: vết phá hủy có thể cắt ngang các hạt hay theo biên giới hạt a) phá huỷ điều kiện tải trọng tĩnh (tiếp theo): Sự phụ thuộc hình thức phá huỷ vào số yếu tố: Bề mặt mẫu phá huỷ giòn Cơ chế phá huỷ Vết cắt Sợi Xuất các vết nứt tế vi Các vết nứt tế vi phát triển đến kích thước tới hạn Các vết nứt tế vi phát triển đến kích thước lớn giá trị tới hạn Các vết nứt tế vi phát triển nhanh Phá huỷ vật liệu Sự xuất các vết nứt tế vi - Theo đường tự nhiện (nguội nhanh  nứt chi tiết) - Từ các rỗ khí, bọt khí - Từ các pha mềm vật liệu - Sinh quá trình biến dạng có tập hợp nhiều lệch cùng dấu chuyển động trên cùng mặt trượt và gặp vật cản (pha thứ hai) b) phá huỷ điều kiện tải trọng thay đổi theo chu kỳ Đặc điểm: Bề mặt phá hủy mỏi chia làm vùng: Vùng 1: mỏng (vùng các vết nứt tế vi) Vùng 2: các vết nứt phát triển chậm Bề mằt phẳng có các lớp và dải phân cách Vùng 3: phẳng, phá huỷ tức thời b) phá huỷ điều kiện tải trọng thay đổi theo chu kỳ Cơ chế phá huỷ mỏi: Nửa chu kỳ đầu Nửa chu kỳ sau Chuyển động lặp lại nhiều lần  lệch không trở đúng vị trí cân ban đầu  sinh vết lõm  vết nứt tế vi 2.2 Các đặc trưng tính Cơ tính là gì? Cách xác đinh tính? a) Độ bền tĩnh () Giới hạn đàn hồi (đh):  là ứng suất lớn tác dụng lên mẫu và làm cho mẫu không bị biến dạng tải trọng Giới hạn chảy vật lý (ch):  là ứng suất bé tác dụng lên mẫu và làm cho mẫu bắt đầu bị biến dạng dẻo Giới hạn chảy quy ước (0,2): Giới hạn bền (b):  là ứng suất lớn tác dụng lên mẫu gây biến dạng cục dẫn đến phá hủy Yếu tố ảnh hưởng đến độ bền: mật độ lệch độ bền 1 Độ bền theo lý thuyết 2 Độ bền đơn tinh thể 1010-1012/cm2 108/cm2 mật độ lệch Các kim loại nguyên chất sau ủ Kim loại sau biến dạng, hoá bền…… Các biện pháp hoá bền vật liệu Biến dạng dẻo: Hợp kim hoá: Tạo các pha cứng phân tán hay hoá bền tiết pha: Nhiệt luyện tôi+ram: Làm nhỏ hạt: b) Độ dẻo (%, %) Độ dẻo là gì? Hiện tượng mẫu thử kéo: l1 l0 Mẫu trước thử kéo Các tiêu: Mẫu sau thử kéo l1  l0 %  x100% l0 Mẫu trước thử kéo Mẫu sau thử kéo S  S1 % x100 % S0 Trạng thái mẫu sau thử kéo (mẫu thép) Tính siêu dẻo Nếu  đạt từ 100-1000%  Vật liệu gọi là siêu dẻo Ưu điểm: Một số biện pháp để VL đạt hiệu ứng siêu dẻo: c) Độ dai va đập (ak) Độ dai va đập là gì? Ak ak  Nm/cm2, kJ/m2 và kGm/cm2 S Ý nghĩa độ dai va đập:  Các biện pháp nâng cao ak d) Độ cứng Độ cứng là gì? Đặc điểm: 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 trên bề mặt  vết lõm càng rộng (sâu)  độ cứng càng thấp Có loại độ cứng: - Độ cứng tế vi - Độ cứng thô đại Độ cứng brinell HB Điều kiện chuẩn để xác định HB cho thép và gang: Ưu điểm: Nhược điểm loại độ cứng HB - Không thể đo vật liệu có độ cứng cao 450 HB - - Mẫu phải phẳng, dày vết đâm lớn - Thời gian chậm các phương pháp khác, phải có trợ giúp các thiết bị quang học để xác định đướng kính vết lõm Khắc phục  Độ cứng Rockwell f f F f: tải trọng sơ 10kg f h F: tải trọng chính (90kg cho thang B, 140kg cho thang đo C và 50kg cho thang đo A) Cách xác định độ cứng rockwell: k = 100 với thang đo A, C với mũi đâm kim cương góc đỉnh 120 k = 130 với thang đo B dùng cho mũi bi thép Chú ý: là loại độ cứng quy ước, không có thứ nguyên Ưu điểm loại độ cứng rockwell Thang đo HR có thể đo các vật liệu cứng cao:  sử dụng phổ biến Kết có thể trên máy đo Thời gian để xác định giá trị độ cứng nhanh Mẫu không cần phẳng 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: Nhược điểm: Bảng chuyển đổi các thang đo độ cứng HV 240 513 697 Thấp TB Cao HB 240 475 - HRC 20 60 HRA 60,5 75,9 81,2 HRB 100 - Trạng thái vật liệu dựa trên giá trị độ cứng - Mềm: - Thấp: - Trung bình: - Tương đối cao: - Cao - Rất cao 2.3 Nung kim loại đã 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 hoá bền, biến cứng Tại cần phải nung kim loại đã qua biến dạng dẻo? - Để có thể tiếp tục biến dạng dẻo nhiều - Để có thể 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: - Xuất các mầm không chứa sai lệch biến dạng và thường xuất các vùng bị xô lệch mạnh (mặt trượt, biên hạt) - Sự phát triển hạt hoàn toàn giống với quá trình kết tinh KL lỏng - Sau kết tinh: Yếu tố ảnh hưởng đến quá 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 và thời gian giữ nhiệt Thông thường: mức độ biến dạng > 40-50%, thời gian giữ nhiệt nung là 1h thì a có thể xác định sau a = 0,4 với a = 0,2-0,3 với a = 0,5-0,8 với Tổ chức hạt nhận sau kết tinh lại Hạt sau KTL thì có dạng đa cạnh, đẳng trục Kích thước hạt phụ thuộc: - - -  Tính chất vật liệu sau kết tinh lại: - - Kết tinh lại lần 2:  không mong muốn Biến dạng nóng Thế nào là biến dạng nóng?  Là biến dạng dẻo trên nhiệt độ kết tinh lại T ~ (0,7-0,75)Ts Các quá trình xảy ra: - -  Tính chất sau biến dạng nóng phụ thuộc vào quá trình nào mạnh Biến dạng nóng (tiếp theo) Ưu điểm: - - - Nhược điểm: - - -