45
Sự dịch chuyển vị trí của đỉnh, góc ( ) , cho phép xác định được biến dạng mạng trung bình dọc theo một phương xác định. Sự mở rộng của đỉnh cho phép xác định sự phân bố bất thường của trường ứng suất không đồng đều [77]. Biến dạng mạng trung bình dọc theo một phương xác định [hkl] được xác định bởi: o hkl o d d d (2.12)
Với d và dolần lượt là khoảng cách mạng của hạt tinh thể theo phương [hkl] của mẫu có ứng suất và khơng có ứng suất.
Ứng suất dư ( ) có quan hệ với biến dạng ( ) theo định luật Hooke như sau [32]: 1 2 E (2.13)
Với ( )E là mô đun đàn hồi, ( ) là hệ số Poisson của vật liệu,
( ) được tính theo cơng thức: 1
4 hkld (2.14) hkl
là biến dạng trong hạt mà phương [hkl] nằm trong hướng được xem xét.
2.3.3. Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến ứng suất dư
Ứng suất dư là một chủ đề nghiên cứu xuất hiện từ những năm 50 của thế kỷ XX. Các nghiên cứu ban đầu nhằm xác định ảnh hưởng của quá trình gia cơng đến ứng suất dư đều mang tính thử nghiệm, tìm hiểu cơ chế sinh ra ứng suất dư khi gia cơng, xây dựng mơ hình quan hệ giữa các điều kiện gia cơng, đặc tính vật liệu với ứng suất dư gây ra khi gia công.
Các tác giả [69] đã báo cáo một trường hợp biến dạng trên bề mặt gia công của thép cứng và nhận thấy rằng ứng suất dư trong thép có độ dẻo cao
46
chủ yếu là ứng suất kéo trong khi ứng suất còn lại trong thép cứng chủ yếu là ứng suất nén.
Tác giả E. Capello đã phân tích ảnh hưởng của lượng tiến dao, bán kính mũi dao, chiều sâu cắt và góc vào đối với sự tạo ứng suất dư dọc theo hướng dọc trục trên các loại thép khác nhau, kết luận rằng lượng tiến dao và bán kính mũi dao là các thơng số chính để kiểm sốt ứng suất dư khi tiện. Trong trường hợp này, vận tốc cắt khơng được tính đến trong các thí nghiệm [24].
Khi nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số gia công đến ứng suất dư của thép SUS316L, tác giả Outeiro và đồng nghiệp trong [76] cho kết quả giả thiết của họ về hướng của ứng suất theo phương vận tốc cắt và phương lượng tiến dao khi tiện như là hướng ứng suất chính khơng được chứng minh rõ ràng trong trường hợp ứng suất dư bề mặt,... Mặt khác, họ nhận thấy rằng ứng suất dư bề mặt theo hướng vận tốc cắt giảm khi vận tốc cắt tăng, cho thấy xu hướng ngược lại với xu hướng thu được của các tác giả khác như Navas và đồng nghiệp trong [73] bằng thép SUS4340, …
Các nghiên cứu trên đã chỉ ra rằng ảnh hưởng của các thông số gia công đến ứng suất dư chưa được nghiên cứu sâu rộng và kết quả của các nghiên cứu cũng cho các nhận định khác nhau. Có thể nói, ứng suất dư khi gia cơng thép khơng gỉ có thay đổi đáng kể ở các điều kiện gia công khác nhau.
2.3.4. Ảnh hưởng của ứng suất dư đến độ bền mỏi của chi tiết
Sự hình thành ứng suất dư trong q trình gia cơng đã nhận được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu. Đặc biệt quan trọng trong các nghiên cứu chỉ ra rằng khả năng chịu mỏi của chi tiết gia tăng bởi sự gây ra ứng suất dư nén trên vùng bề mặt chi tiết [53], [70], [83], [90], [108]. Thật vậy, có thể thấy rằng độ nhám bề mặt và ứng suất dư có ảnh hưởng đáng kể đến sự hỏng hóc của chi tiết khi chịu tải trọng mỏi ở chu kỳ cao. Nhìn chung, các vết nứt
47
do mỏi hình thành trong tinh thể bề mặt chi tiết sau đó lan rộng ra. Khi vết nứt lan rộng ra, khả năng chịu lực của chi tiết giảm và khi phần cịn lại khơng chịu được tác động của tải trọng dẫn đến sự cố hỏng hóc chi tiết. Đó là trạng thái ứng suất trên bề mặt có các vết nứt tế vi hình thành. Trạng thái này là tổng của ứng suất do tải trọng tác dụng và của ứng suất dư (hay ứng suất tự sinh ra) trong quá trình gia cơng. Nếu ứng suất dư bề mặt là ứng suất dư kéo sẽ giảm đáng kể khả năng chống mỏi của chi tiết. Nhìn chung, ứng suất dư kéo làm giảm giới hạn mỏi và ứng suất dư nén làm tăng giới hạn mỏi của chi tiết. Giới hạn mỏi khi có ứng suất dư có thể biểu thị bằng cơng thức:
W .
a K RS
(2.15)
Trong đóWlà giới hạn mỏi khi khơng có ứng suất dư.Klà hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào cơ tính của vật liệu. Hệ số này dao động từ 0.1 đến 0.3.
Hình 2.10 trình bày mối quan hệ tương tác lẫn nhau giữa giới hạn mỏi với ứng suất dư khi cán.
G iớ i h ạn m ỏi (% )
Ứng suất dư (Mpa) 20 40 60 -700 -1100 -1450 -300 0