Biến dạng dẻo trong Vật liệu đa tinh thể

Biến dạng dẻo đa tinh thể

Đa tinh thể là tập hợp của nhiều đơn tinh thể kề sát nhau và có liên kết với nhau chặt chẽ. - Do phương mạng giữa các đơn tinh thể (còn gọi là hạt) lệch nhau, nên dù tải trọng đặt vào phân bố đều và có hướng xác định nhưng tình trạng chịu lực của các hạt rất khác. - Quá trình biến dạng ở giữa các hạt (tinh giới hạt) thực hiện rất khó khăn do mạng tinh thể bị xô lệch nhiều vì thế kim loại có độ hạt nhỏ, tinh giới nhiều sẽ có độ bền lớn hơn kim loại có hạt lớn.

- ở mức độ biến dạng rất lớn có thể xảy ra sự định hướng lại phương mạng của các hạt trùng nhau.

Hiện tượng biến cứng

- Các hạt kim loại và tạp chất bị phân chia thành nhiều phần nhỏ, hình dạng của các hạt bị thay đổi (kéo dài, vặn vẹo ..). Tổ chức kim loại gồm những hạt nhỏ có hình dạng như vậy sẽ có độ bền và cứng cao, độ dẻo thấp. - ở vùng mặt trượt sau biến dạng mạng tinh thể bị xô lệch nhiều và tích trữ thế năng lớn, gây khó khăn cho quá trình trượt` tiếp theo, và nếu sự xô.

- Hiện tượng biến cứng kim loại là có lợi khi cần tăng độ bền, độ cứng, tính chịu mài mòn của vật liệu. - Trong quá trình biến dạng độ dẻo của kim loại dần dần giảm đi, kim loại có thể bị biến cứng, không có khả năng tạo được các mặt trượt mới nữavà chúng trở nên dòn. Nếu cứ tiếp tục tác dụng lực để cưỡng bức biến dạng thì trong tổ chức kim loại sẽ xuất hiện các vết.

Quá trình biến mềm

Lúc này các nguyên tử trở về vị trí cân bằng bền, ứng suất và sự xô lệch đàn hồi của mạng tinh thể trong các hạt bị biến dạng đàn hồi mất đi, một phần mạng tinh thể bị xô lệch trong các bộ biến dạng. Giai đoạn này xảy ra khi nhiệt độ nung nóng của kim loại đạt tới một giá trị nhất định gọi là nhiệt độ kết tinh lại. Kết tinh lại khử được hầu hết ứng suất dư và thay đổi được hình dạng, kích thước hạt (các hạt bị kéo dài trở về gần tròn), tạo điều kiện cho quá trình khuếch tán làm đồng đều thành phần hoá học thực hiện dễ dàng làm mất khe hở giữa các hạt, nâng cao tính chặt chẽ của tổ chức kim loại.

Khi kết tinh lại cùng với sự xuất hiện những tâm mầm còn có quá trình phát triển của các tâm mầm làm cho các hạt lớn lên bằng cách. Nhiệt độ tại đó bắt đầu xuất hiện những tâm mầm kết tinh lại đầu tiên gọi là nhiệt độ kết tinh lại hay ngưỡng kết tinh lại. - Biến dạng nguội là ứng với quá trình gia công ở nhiệt độ và tốc độ biến dạng không xảy ra sự phục hồi và kết tinh lại - Biến dạng bán nguội ứng với quá trình gia công ở nhiệt độ và tốc độ biến dạng không xảy ra hiện tượng kết tinh lại, nhưng có sự phục hồi, nhờ đó giảm được biến cứng và ứng suất dư, tăng được độ dẻo kim loại.

- Biến dạng bán nóng ứng với qúa trình gia công ở điều kiện và tốc độ biến dạng xảy ra quá trình kết tinh lại không hoàn toàn. Qua một điểm bất kỳ thuộc vật biến dạng dưới tác dụng cả ngoại lực người ta đều có thể tìm được 3 mặt phẳng vuông góc với nhau đi qua điểm đó, sao cho trên 3 mặt ấy chỉ có ứng suất pháp tác. Các mặt phẳng ấy được gọi là các mặt phẳng chính, còn các ứng suất pháp tác dụng trên các mặt phẳng chính, được ký hiệu lần lượt là: σ1 , σ2 , σ3.

Trong số chín trạng thái ứng suất chính thì trạng thái ứng suất kéo khối có khả năng gây biến dạng dẻo kim loại kém nhất, kim loại rất khó biến dạng, có độ dòn cao và dễ bị phá. - ứng suất dư loại 1 xuất hiện do biến dạng không đồng đều giữa các phần khác nhau của vật thể, ứng suất dư này cân bằng với nhau xét trong phạm vi toàn vật thể. - Xử lý bằng nhiệt: với ứng suất dư loại 1 có thể thực hiện ủ non ở nhiệt độ thấp, đối với ứng suất dư loại 2 và 3 thì thực hiện kết tinh lại hoàn toàn rồi mới ủ non.

- Biện pháp cơ học: Dùng búa gõ nhẹ, phun bi thép, cát, cho vật vào thùng quay, làm biến dạng bề mặt chi tiết bằng cách cán, kéo, chạy rà. Ngoài ra để ngăn chặn hình thành ứng suất dư trong vật gia công nên chọn phương pháp biến dạng phôi hợp lý (kết cấu máy, khuôn ..), sử dụng kim loại đồng nhất, nung nóng và làm nguội thích hợp, thiết lập chế độ ma sát và chọn chế độ gia công (nhiệt độ, tốc độ và mức độ biến dạng) hợp lý. - Phốt pho (P) hoà tan vào trong Ferit làm giảm tính dẻo, tăng độ bền và cứng của thép. Khi lượng chứa P nhiều hơn 0,1% thì sẽ tạo nên các phần giàu P rất dòn. Ferit) sẽ tạo thành phốt phít sắt (Fe3P).

Mn có khả năng khử tác hại của tạp chất lưu huỳnh (S), có khả năng lấy S của FeS do tạo thành sunfuamangan (MnS) có nhiệt độ chảy cao hơn nhiệt độ chảy của FeS và nhiệt độ gia công nóng rất nhiều (≈ 16200C), do đó làm cho thép. - Mức độ liên kết của các hạt càng lớn, mật độ kim loại càng cao, thành phần hoá học đều đặn, kích thước hạt đều, tạp chất phân bố đều, mặt trư.

IV - Nhiệt độ

Khi tác dụng lực lên vật gia công tức là đã sử dụng năng lượng để biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo kim loại, làm tồn tại ứng suất dư trong nó. Năng lượng tiêu hao cho biến dạng dẻo phần lớn chuyển thành nhiệt năng toả ra xung quanh và được biểu. - Do tác dụng của hiệu ứng nhiệt làm cho tốc độ biến mềm lớn hơn tốc độ biến cứng.

Khi biến dạng kim loại của vật biến dạng co xu hướng di trượt trên bề mặt dụng cụ, do đó làm phát sinh lực ma sát trên bề mặt tiết xúc giữa vật biến dạng và dụng cụ gia công. - Ma sát dạng nửa ướt, bề mặt tiếp xúc thực tế rất lớn, biến dạng dư của lớp bề mặt phôi tương đối lớn. - Ma sát thực hiện trên bề mặt tiếp xúc giữa 2 vật thể có trạng thái khác nhau: dụng cụ gia công ở trạng thái rắn (có thể xem là vật rắn tuyệt đối), trong khi vật biến dạng lại.

3 - ảnh hưởng của biến dạng đến tổ chức tính chất của kim loại Quá trình biến dạng làm thay đổi tổ chức và tính chất của kim loại với những mức độ khác. Tổ chức kim loại đúc là tổ chức kết tinh dạng nhánh cây và do nhiều nguyên nhân thường khó. Với mức độ biến dạng rất lớn của biến dạng nóng, các hạt kim loại sẽ bị xoay về một hướng thống nhất và bị kéo dài cùng các tạp chất tạo nên tổ chức thớ.

Do tính dị hướng của kim loại có tổ chức thớ sau khi gia công áp lực nên khi thiết kế chi tiết và quá. - Chi tiết chịu ứng suất cắt thì bố trí mặt phẳng ứng suất cắt vuông góc với phương của thớ. - Chi tiết chịu ứng suất kéo thì bố trí phương của lực kéo trùng với phương của thớ.

Gia công kim loại bằng áp lực làm thay đổi tính chất của kim loại so với các tính chất ban đầu cuả nó. Khi biến dạng nguội thường xảy ra hiện tượng biến cứng làm cho độ bền, độ cứng của kim loại tăng lên, còn độ dẻo và độ dai va chạm giảm đi. Các định luật áp dụng trong gia công áp lực xác định mối quan hệ giữa biến dạng và ứng suất, những biến đổi xảy ra khi biến.

II - Định luật ứng suất dư (phụ)

Nội dung của định luật là: “Thể tích của vật biến dạng không thay đổi khi gia công áp lực”. Giả sử thể tích của vật thể trước khi biến dạng là H.B.L còn thể tích của vật thể sau khi biến dạng là h.b.l.

IV - Định luật trở lực biến dạng bé nhất

Nội dung của định luật như sau: “Công tiêu hao cho biến dạng của các vật thể đồng dạng hình học và làm.