CẤU TẠO HỢP KIM VÀ GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁ
4.1.2.2. bền lý thuyết và thực tế của kim loạ
* Độ bền lý thuyết
Để xác định độ bền của kim loại cần nghiên cứu và tính toán thông qua cơ chế trượt. Để tạo ra sự xê dịch dư thì lớp nguyên tử trên phải trượt tương ứng với lớp nguyên tử dưới một đoạn ít nhất là bằng 1 thông số mạng.
Vì lúc đó các nguyên tử chiếm các vị trí cân bằng mới, trùng với các nút mạng của tinh thể.
Gọi x là độ xê dịch của mỗi nguyên tử và cũng là độ xê dịch chung của toàn lớp nguyên tử. Tại vị trí trung gian x=b/2, thì lực tác dụng lên nguyên tử A bằng 0 vì lực hút được cân bằng từ 2 phía. Khi độ xê dịch x > b/2 thì nó chịu tác dụng lực hút từ nguyên tử C nên lực tác
dụng lên nguyên tử khi trượt được tính là:
F: là lực trượt cần thiết mà mỗi nguyên tử phải thắng để dịch chuyển với độ xô dịch x. Mặt khác, theo định luật Hooke ta có:
k: gọi là biên độ của lực, nó là lực lớn nhất cần tác dụng lên mặt trượt để tạo ra sự trượt. Do đó, độ bền lý thuyết của tinh thể kim loại là
* Độ bền thực tế
Độ bền thực tế nhỏ hơn giá trị độ bền lý thuyết từ (103÷ 104) lần. Sự khác nhau này chỉ có thể giải thích được khi xuất hiện lý thuyết lệch theo đó, cấu trúc mạng tinh thể thực tế là không hoàn chỉnh và có chứa nhiều lệnh.
Tại trung tâm lệch độ ổn định kém do tăng năng lượng tự do chính vì vậy, chỉ
cần tác động nhỏ thì nó làm thay đổi trạng thái và vị trí. Khi đó, giá trị ứng suất gây ra
chuyển động của lệch gần bằng với ứng suất thực tế và được tính theo công thức
Peiers- Nabbaro
a: khoảng cách giữa các mặt nguyên tử song song với mặt trượt b: khoảng cách giữa các nguyên tử theo hướng trượt
Tóm lại, trong tinh thể có cấu tạo hoàn chỉnh lý tưởng, trượt xảy ra bằng cách các nguyên tử trên mặt trượt xê dịch cùng một lúc trên một khoảng cách nguyên tử do đó cần phải có lực tác dụng rất lớn. Trong tinh thể thực tế, trượt xảy ra bằng chuyển động của lệch, các nguyên tử trên mặt trượt xê dịch không cùng lúc nên chỉ cần lực tác dụng tương đối nhỏ.
* Nguồn tạo lệch Frank - Read
Theo mô hình, biến dạng một lệch tạo ra một bậc có trị số là một thông số mạng b . Trong tinh thể nếu có n lệch sẽ tạo ra một bậc có trị số là n. .
Thực tế, mức độ biến dạng tạo ra có trị số lớn hơn n. rất nhiều. Giả thuyết trong quá trình biến dạng dẻo các lệch mới sinh ra. Nguồn phát sinh lệch trong khi biến dạng được gọi là nguồn Frank - Read với nguyên lý hoạt động như sau:
Giả sử có một đoạn đường lệch AB bị kẹp chặt. Đó là những nút gặp nhau của các đường lệch trên những mặt trượt khác nhau, những nguyên tử tạp chất hay các nguyên nhân khác. Dưới tác dụng của ứng suất tiếp τ, đường lệch phải chuyển động trên mặt trượt nhưng do A, B bị kẹp chặt nên đường lệch AB bị cong dần. ứng suất cần thiết để đường lệch có bán kính cong cực tiểu gọi là ứng suất tới hạn.
b: độ lớn véctơ bragg
l: là khoảng cách giữa hai điểm AB