Chương 2: Biến dạng và cơ tính vật liệu<br />
• 2.1. Biến dang đàn hồi:<br />
Khi chịu tải, vật liệu sinh ra một phản lực cân bằng<br />
với ngoại lực.<br />
Ứng suất = phản lực /một đơn vị diện tích<br />
Ứng suất pháp (): vuông góc với mặt chịu lực<br />
Ứng suất tiếp () sinh ra xê dịch trong mặt chịu lực<br />
Ứng suất pháp 3 chiều: gây biến đổi thể tích V/V<br />
<br />
Các loại ứng suất có thể<br />
gây biến dạng đàn hồi<br />
<br />
Biến dạng đàn hồi là biến dạng bị mất đi sau khi<br />
bỏ lực tác dụng – có thể gây ra do các ứng suất<br />
trên<br />
1<br />
<br />
Định luật HOOKE :<br />
<br />
.E<br />
<br />
2<br />
<br />
(cho kéo nén)<br />
<br />
= G.<br />
(cho xê dịch)<br />
P= -K.V/V (cho ép 3 chiều)<br />
Mô tả quan hệ giữa ứng suất () và độ biến dạng () thông qua<br />
môđun đàn hồi (E)<br />
<br />
Trong đó: E: mô đun đàn hồi<br />
G: mô đun xê dịch<br />
K: Mô đun ép<br />
<br />
E = 2G(1+)<br />
E = 3K(1-2)<br />
- hằng số Poisson (=0,3 với đa số VL)<br />
<br />
Quan hệ:<br />
<br />
Đàn hồi tuyến tính<br />
<br />
Đàn hồi phi tuyến<br />
<br />
Mô đun đàn hồi của một vật thể được xác định bằng độ dốc<br />
của đường cong ứng suất - biến dạng trong vùng biến dạng đàn<br />
hồi<br />
<br />
4<br />
<br />
1<br />
<br />
Có ba loại mô đun đàn hồi cơ bản:<br />
Mô đun Young (E): mô tả đàn hồi dạng kéo (hoặc xu<br />
hướng của một vật thể bị biến dạng bởi lực kéo dọc<br />
theo một trục, nó được định nghĩa bằng tỷ số giữa ứng<br />
suất kéo và biến dạng kéo (gọi đơn là mô đun đàn hồi).<br />
Mô đun cắt (G) miêu tả xu hướng của một vật thể bị<br />
cắt (hình dạng của biến dạng với thể tích không đổi) khi<br />
bị tác động bởi các lực ngược hướng; nó được định<br />
nghĩa bằng ứng suất cắt chia cho biến dạng kéo.<br />
Mô đun cắt là một phần nguồn gốc của tính dẻo (the<br />
derivation of viscosity).<br />
Mô đun khối (K) mô tả biến dạng thể tích, hoặc xu<br />
hướng thể tích của một vật thể bị biến dạng dưới một<br />
áp lực; nó được định nghĩa bằng tỷ số ứng suất thể tích<br />
chia cho biến dạng<br />
<br />
• Ảnh hưởng của nhiệt độ đến E<br />
<br />
5<br />
<br />
2.2. Biến dạng dẻo – cơ chế hoá bền trong vật liệu<br />
<br />
Tải trọng F<br />
<br />
2.2.1. Cơ chế biến dạng dẻo trong kim loại<br />
Fb<br />
<br />
b<br />
<br />
Fa<br />
a<br />
<br />
Fđh<br />
<br />
c<br />
<br />
e<br />
<br />
0<br />
<br />
a1<br />
<br />
a2<br />
<br />
Khi đặt tải F< Fđh →Biến dạng theo đường Oe<br />
(tuyến tính) →Bỏ lực tác dụng, mẫu trở về<br />
trạng thái ban đầu (theo đường oe) →BD đàn<br />
hồi<br />
- Khi tải đặt vào lớn F> Fđh→Biến dạng tăng<br />
nhanh theo tải trọng. Bỏ tải, BD không mất đi<br />
hoàn toàn→BD dẻo (trở về theo đường aa1 //<br />
oe, oa1 là BD dư, a1a2 là BD đàn hồi.<br />
- Nếu tiếp tục tăng tải trọng đến Fb→xảy ra BD<br />
cục bộ, hình thành cổ thắt, F giảm, BD vẫn<br />
tăng→đứt<br />
<br />
-<br />
<br />
Độ dãn dài l<br />
<br />
Biểu đồ tải trọng-biến dạng điển hình của KL<br />
<br />
2<br />
<br />
1. Biến dạng dẻo là gì?<br />
Biến dạng dẻo là biến dạng dư không bị<br />
mất đi sau khi bỏ tải trọng tác dụng<br />
Sự biến đổi mạng tinh thể trong quá trình biến dạng<br />
<br />
Khi không chịu lực tác dụng : các nguyên tử chỉ dao động<br />
xung quanh vị trí cân bằng<br />
<br />
•Ứng suất tiếp gây ra biến dạng dẻo (trượt),<br />
ứng suất pháp không gây ra biến dạng dẻo.<br />
<br />
Giai đoạn biến dạng đàn hồi: các nguyên tử xê dịch nhỏ hơn<br />
một thông số mạng → trở về vị trí ban đầu khi bỏ tải trọng<br />
Giai đoạn biến dạng dẻo: các nguyên tử xê dịch lớn hơn một<br />
thông số mạng → trở về vị trí cân bằng mới khi bỏ tải trọng<br />
Giai đoạn phá huỷ: liên kết giữa các nguyên tử bị cắt rời<br />
10<br />
<br />
a) Các mặt và phương trượt<br />
<br />
2. Trượt đơn tinh thể<br />
<br />
Mặt trượt: mặt (tưởng tượng) phân cách giữa hai mặt nguyên<br />
tử dày đặc nhất mà tại đó xảy ra hiện tượng trượt<br />
<br />
Hiện tượng trượt trong đơn<br />
tinh thể<br />
<br />
Mặt trượt<br />
<br />
Phương trượt<br />
<br />
Mặt dày đặc nhất?<br />
<br />
• 2 điều kiện của mặt trượt:<br />
- Mặt xếp chặt nhất liên kết giữa các nguyên tử lớn nhất<br />
Trượt trong đơn tinh<br />
thể Zn<br />
<br />
Đ/n: Trượt là hiện tượng chuyển dời tương đối giữa các phần<br />
tinh thể theo các phương và mặt nhất định gọi là phương trượt<br />
và mặt trượt<br />
<br />
- Do Mv không đổi khoảng cách giữa 2 mặt xít chặt là lớn<br />
nhất liên kết giữa chúng yếu nhất<br />
Phương trượt: phương có mật độ nguyên tử lớn nhất<br />
Hệ trượt: Là sự kết hợp giữa một phương trượt và một mặt<br />
trượt<br />
12<br />
<br />
3<br />
<br />
Hệ trượt trong mạng A2<br />
<br />
Hệ trượt trong mạng A1<br />
<br />
Họ mặt trượt {110} : 6 mặt trượt<br />
<br />
Họ mặt trượt:{111} Số lượng: 4 mặt trượt<br />
<br />
Họ phương trượt : 2 phương trượt<br />
<br />
Họ phương trượt : 3 phương trượt<br />
<br />
Số hệ trượt = số mặt x số phương = 12 hệ trượt<br />
<br />
Số hệ trượt = số mặt x số phương = 12 hệ trượt<br />
13<br />
<br />
14<br />
<br />
Hệ trượt trong mạng A3<br />
Kiểu mạng<br />
<br />
Số mặt trượt<br />
<br />
6<br />
<br />
4<br />
<br />
1<br />
<br />
Số phương<br />
trượt<br />
<br />
2<br />
<br />
3<br />
<br />
3<br />
<br />
Mặt xếp chặt nhất: (0001) Số lượng: 1 mặt trượt<br />
<br />
Số hệ trượt<br />
<br />
12<br />
<br />
12<br />
<br />
3<br />
<br />
Họ phương xếp chặt nhất : 3 phương<br />
trượt<br />
Số hệ trượt = số mặt x số phương = 3 hệ trượt<br />
<br />
Kim loại<br />
<br />
Feα, Cr, W, V<br />
<br />
Feγ, Al, Cu, Au<br />
<br />
Tiα, Zn, Mg,<br />
Be<br />
<br />
15<br />
<br />
16<br />
<br />
4<br />
<br />
Phân tích các tính toán cho ứng suất tiếp trên mặt<br />
trượt từ mô hình trượt của đơn tinh thể<br />
<br />
Nhận xét<br />
- Kim loại có số hệ trượt càng cao thì càng dễ biến dạng<br />
Nhôm (Al), đồng (Cu)…. dễ biến dạng hơn Magiê (Mg),<br />
Kẽm (Zn)<br />
<br />
σo = F/So<br />
<br />
(F là lực kéo đơn tinh thể theo chiều trục)<br />
<br />
σ<br />
<br />
- Trong cùng một hệ tinh thể (lập phương): kim loại nào có số<br />
phương trượt nhiều hơn thì dễ biến dạng dẻo hơn<br />
Text<br />
<br />
F<br />
<br />
So<br />
<br />
<br />
<br />
Nikel (Ni), Nhôm (Al), đồng (Cu) (A2)…. dễ biến dạng<br />
hơn Crôm (Cr), Vonfram (V) (A1)<br />
<br />
Phương trượt<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Ss<br />
<br />
Fs<br />
<br />
Ss<br />
<br />
<br />
<br />
- Ngoài các hệ trượt chính, KL còn có thể trượt theo các hệ<br />
khác có mật độ xếp chăth thấp hơn<br />
<br />
<br />
So<br />
<br />
Ứng suất tiếp gây ra trượt<br />
Lực tác dụng<br />
<br />
F<br />
σ<br />
<br />
Các giá trị tới hạn<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
max khi<br />
<br />
==450 =σ/2<br />
<br />
σ0: ứng suất quy ước do ngoại lực F tác dụng lên tiết ngang<br />
của tinh thể có tiết diện không đổi (F/S0= σ0)<br />
<br />
Phương trượt<br />
<br />
a)<br />
<br />
Mặt trượt<br />
S<br />
<br />
<br />
<br />
Diện tích mặt trượt: S=<br />
<br />
S0<br />
<br />
= F<br />
S<br />
<br />
.cos =<br />
<br />
b)<br />
<br />
c)<br />
<br />
So<br />
cos<br />
<br />
Ứng suất tiếp trên phương trượt:<br />
F<br />
S<br />
<br />
= σ0 coscos ≥ th<br />
<br />
F<br />
coscos<br />
So<br />
<br />
t=0<br />
=90<br />
<br />
t=σ/2<br />
==450<br />
<br />
t=0<br />
=90<br />
<br />
= σ0 coscos<br />
<br />
F σ0 ứng suất qui ước)<br />
=<br />
So<br />
<br />
Không xảy ra<br />
trượt<br />
<br />
Dễ xảy ra<br />
trượt<br />
<br />
Không xảy ra<br />
trượt<br />
<br />
5<br />
<br />