Bài giảng Công nghệ gia công áp lực - Chương 1: Những kiến thức cơ sở về biến dạng dẻo

Ch−¬ng 1. Nh÷ng kiÕn thøc c¬ së vÒ biÕn d¹ng dÎo 1.1 c¬ së vËt lý cña qu¸ tr×nh biÕn d¹ng (C¬ së kim lo¹i häc)

1.1.1 Kh¸i qu¸t vÒ qu¸ tr×nh biÕn d¹ng

Sù dÞch chuyÓn t−¬ng ®èi gi÷a c¸c chÊt ®iÓm, c¸c phÇn tö cña vËt thÓ r¾n d−íi t¸c dông cña ngo¹i lùc, nhiÖt ®é hoÆc cña mét nguyªn nh©n nμo ®ã dÉn ®Õn sù thay ®æi vÒ h×nh d¹ng, kÝch th−íc vËt thÓ, liªn kÕt vËt liÖu ®−îc b¶o toμn, ®−îc gäi lμ biÕn d¹ng dÎo.

(cid:57) TÊt c¶ mäi ph−¬ng ph¸p GCAL ®Òu dùa trªn mét tiÒn ®Ò chung lμ thùc

hiÖn mét qu¸ tr×nh biÕn d¹ng dÎo.

(cid:57) VËt liÖu d−íi t¸c dông cña ngo¹i lùc sÏ thay ®æi h×nh d¹ng vμ kÝch th−íc

mμ kh«ng mÊt ®i sù liªn kÕt bÒn chÆt cña nã.

(cid:57) Kh¶ n¨ng biÕn d¹ng dÎo ®−îc coi lμ mét ®Æc tÝnh quan träng cña kim lo¹i.

1

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

BiÕn d¹ng mÉu khi thö kÐo

§Ó lμm s¸ng tá qu¸ tr×nh biÕn d¹ng (cid:198) theo dâi thÝ nghiÖm kÐo gi¶n ®¬n. D−íi t¸c dông cña lùc kÐo, mÉu kÐo liªn tôc bÞ kÐo dμi cho ®Õn khi bÞ kÐo ®øt. Trong thÝ nghiÖm kÐo víi c¸c thiÕt bÞ phï hîp ta cã thÓ ®o ®−îc lùc kÐo vμ ®é d·n dμi t−¬ng øng, tõ ®ã x¸c ®Þnh øng suÊt vμ biÕn d¹ng theo c¸c mèi quan hÖ sau:

- Vïng biÕn d¹ng ®μn håi

- Vïng biÕn d¹ng ®μn håi – dÎo (trong ®ã biÕn d¹ng ®μn håi rÊt nhá so víi biÕn d¹ng dÎo

- Vïng ph¸ huû

Cho SV xem Video thö kÐo mÉu.

Đ−êng cong øng suÊt - biÕn d¹ng

2

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

BiÕn d¹ng ®μn håi vμ biÕn d¹ng dÎo trong tinh thÓ

BiÕn d¹ng cña vËt thÓ lμ tæng hîp cña c¸c qu¸ tr×nh biÕn d¹ng trong tõng h¹t tinh thÓ vμ trªn biªn giíi h¹t (cid:198) muèn t×m hiÓu c¬ chÕ cña qu¸ tr×nh biÕn d¹ng trong ®a tinh thÓ tr−íc hÕt h·y nghiªn cøu sù biÕn d¹ng trong ®¬n tinh thÓ lý t−ëng (kh«ng cã khuyÕt tËt).

BiÕn d¹ng ®μn håi

3

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

BiÕn d¹ng dÎo trong tinh thể

BiÕn d¹ng trong ®¬n tinh thÓ cã hai c¬ chÕ chñ yÕu: tr−ît vμ ®èi tinh.

Tr−ît Khi mÉu ®¬n tinh thÓ bÞ kÐo (cid:198) xuÊt hiÖn c¸c bËc trªn bÒ mÆt cña mÉu. §iÒu ®ã chøng tá cã sù tr−ît lªn nhau gi÷a c¸c phÇn cña tinh thÓ. Sù tr−ît x¶y ra chñ yÕu trªn nh÷ng mÆt nhÊt ®Þnh vμ däc theo nh÷ng ph−¬ng nhÊt ®Þnh gäi lμ mÆt tr−ît vμ ph−¬ng tr−ît. Møc ®é tr−ît th−êng lμ b»ng mét sè nguyªn lÇn kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c nguyªn tö trªn ph−¬ng tr−ît.

4

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

MÆt tr−ît vμ ph−¬ng tr−ît lμ nh÷ng mÆt vμ ph−¬ng cã mËt ®é nguyªn tö lín nhÊt. §iÒu nμy còng dÔ hiÓu bëi lÏ lùc liªn kÕt gi÷a c¸c nguyªn tö trªn mÆt vμ ph−¬ng ®ã lμ lín nhÊt so víi nh÷ng mÆt vμ ph−¬ng kh¸c.

Sè l−îng hÖ tr−ît cμng lín th× kh¶ n¨ng x¶y ra tr−ît cμng nhiÒu cã nghÜa lμ cμng dÔ biÕn d¹ng dÎo. (cid:198) Bëi vËy kh¶ n¨ng biÕn d¹ng dÎo cña kim lo¹i cã thÓ ®−îc ®¸nh gi¸ th«ng qua sè l−îng hÖ tr−ît.

§Æc ®iÓm cña tr−ît: -Tr−ît chØ x¶y ra d−íi t¸c dông cña øng suÊt tiÕp. - Ph−¬ng m¹ng kh«ng thay ®æi tr−íc vμ sau khi tr−ît. - Møc ®é tr−ît b»ng mét sè nguyªn lÇn kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c nguyªn tö - øng suÊt tiÕp cÇn thiÕt ®Ó g©y ra tr−ît kh«ng lín.

5

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

Song tinh (®èi tinh)

Khi øng suÊt tiÕp τ ®¹t tíi mét gi¸ trÞ tíi h¹n nμo ®ã th× mét phÇn cña m¹ng tinh thÓ sÏ xª dÞch ®Õn mét vÞ trÝ míi ®èi xøng víi phÇn cßn l¹i qua mét mÆt ph¼ng gäi lμ mÆt song tinh. Song tinh còng chØ x¶y ra trªn c¸c mÆt vμ c¸c ph−¬ng x¸c ®Þnh.

MÆt song tinh

Song tinh cã nh÷ng ®Æc ®iÓm sau: - Gièng nh− tr−ît sù t¹o thμnh song tinh chØ x¶y ra d−íi t¸c dông cña øng suÊt tiÕp - Kh¸c víi tr−ît lμ song tinh kÌm theo sù thay ®æi ph−¬ng m¹ng cña phÇn tinh thÓ bÞ xª dÞch. - Kho¶ng xª dÞch cña c¸c nguyªn tö tû lÖ thuËn víi kho¶ng c¸ch gi÷a chóng tíi mÆt song tinh vμ cã trÞ sè nhá h¬n so víi kho¶ng c¸ch nguyªn tö. - øng suÊt cÇn thiÕt ®Ó t¹o thμnh ®èi tinh c¬ häc th−êng lín h¬n øng suÊt cÇn thiÕt ®Ó g©y ra tr−ît. Bëi vËy nãi chung tr−ît sÏ x¶y ra tr−íc vμ chØ khi c¸c qu¸ tr×nh tr−ît gÆp khã kh¨n th× song tinh míi t¹o thμnh.

6

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

Song tinh (®èi tinh)

V× xª dÞch cña c¸c nguyªn tö khi t¹o thμnh song tinh nhá nªn song tinh kh«ng dÉn ®Õn mét møc ®é biÕn d¹ng dÎo ®¸ng kÓ trong tinh thÓ (chØ vμi %).

NÕu cïng víi song tinh cßn x¶y ra tr−ît th× tr−ît sÏ ®ãng vai trß chÝnh trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng dÎo.

Trong c¸c tinh thÓ liªn kÕt ®ång ho¸ trÞ nh− Bi , Sb ... toμn bé biÕn d¹ng dÎo cho ®Õn lóc ph¸ hñy chñ yÕu do song tinh t¹o nªn, v× thÕ møc ®é biÕn d¹ng dÎo trong c¸c tinh thÓ ®ã rÊt nhá, chóng ®−îc coi lμ nh÷ng vËt liÖu rßn.

§èi víi nh÷ng kim lo¹i m¹ng lôc ph−¬ng xÕp chÆt nh− Zn , Mg , Cd do sè l−îng hÖ tr−ît Ýt nªn th−êng t¹o thμnh song tinh, song ý nghÜa cña song tinh ®èi víi biÕn d¹ng dÎo kh«ng lín mμ quan träng h¬n lμ do song tinh lμm thay ®æi ph−¬ng m¹ng nªn cã thÓ lμm xuÊt hiÖn mét vμi ®Þnh h−íng míi cã lîi cho tr−ît. Trong tr−êng hîp nμy biÕn d¹ng dÎo x¶y ra th−êng t¨ng lªn so víi tr−êng hîp chØ cã tr−ît ®¬n thuÇn. Tuy nhiªn sù thay ®æi nμy kh«ng lín nªn c¸c kim lo¹i m¹ng lôc ph−¬ng xÕp chÆt vÉn lμ nh÷ng vËt liÖu cã tÝnh dÎo kÐm.

7

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

KhuyÕt tËt trong m¹ng tinh thÓ

C¸c d¹ng khuyÕt tËt m¹ng

CÊu tróc tinh thÓ cña vËt liÖu kim lo¹i bÞ rèi lo¹n do sù xuÊt hiÖn cña c¸c khuyÕt tËt m¹ng. C¨n cø vμo kÝch th−íc cña c¸c khuyÕt tËt cã thÓ chia chóng thμnh ba d¹ng:

- KhuyÕt tËt ®iÓm: c¸c nót trèng, c¸c nguyªn tö xen kÏ - KhuyÕt tËt ®−êng: vÝ dô c¸c lo¹i lÖch - KhuyÕt tËt mÆt: biªn giíi h¹t, biªn giíi pha, khuyÕt tËt xÕp

C¸c khuyÕt tËt ®iÓm

1- Nót trèng 2- Nguyªn tö xen kÏ 3- Nguyªn tö thay thÕ 4- Nguyªn tö ngo¹i lai xen kÏ

8

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

KhuyÕt tËt ®−êng (lÖch)

LÖch xo¾n

LÖch biªn

9

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

KhuyÕt tËt mÆt

Biªn giíi h¹t KhuyÕt tËt xÕp

Biªn giíi pha

10

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

1.1.2 Ho¸ bÒn biÕn d¹ng

(cid:153)HiÖn t−îng øng suÊt ch¶y t¨ng lªn theo møc ®é biÕn d¹ng trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng. (cid:153)Mét hiÖn t−îng rÊt quan träng x¶y ra trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng. (cid:153)¶nh h−ëng nh− ®Õn tÝnh chÊt cña s¶n phÈm. (cid:153)X¶y ra khi biÕn d¹ng ë nhiÖt ®é cßn t−¬ng ®èi thÊp. (cid:153)Ho¸ bÒn biÕn d¹ng lμm t¨ng t¶i träng ®èi víi dông cô biÕn d¹ng, ®ßi hái tiªu hao vÒ lùc vμ c«ng biÕn d¹ng ngμy cμng t¨ng. V× vËy, ®Ó cã thÓ ®¹t ®−îc mét møc ®é biÕn d¹ng mong muèn nμo ®ã trong nhiÒu tr−êng hîp ph¶i tiÕn hμnh c¸c b−íc nhiÖt luyÖn trung gian nh»m gi¶m bít øng suÊt ch¶y vμ kh«i phôc tÝnh dÎo. (cid:153)§Ó tr¸nh hiÖn t−îng ho¸ bÒn biÕn d¹ng --> thùc hiÖn biÕn d¹ng ë nhiÖt ®é cao, song ®é chÝnh x¸c vμ chÊt l−îng bÒ mÆt cña s¶n phÈm l¹i kÐm h¬n nhiÒu so víi biÕn d¹ng nguéi.

Nguyªn nh©n cña hiÖn t−îng hãa bÒn: (cid:190)LÖch kh«ng ngõng ®−îc sinh ra, (cid:190)Khi chuyÓn ®éng, lÖch hoÆc gÆp ph¶i ch−íng ng¹i vËt hoÆc c¾t nhau --> dån ø l¹i --> rõng lÖch (cid:190)Muèn tiÕp tôc chuyÓn ®éng --> ph¶i t¨ng øng suÊt. (cid:190)tÊt c¶ nh÷ng nh©n tè nμo g©y c¶n trë cho sù s¶n sinh vμ chuyÓn ®éng cña lÖch ®Òu lμ nguyªn nh©n dÉn ®Õn ho¸ bÒn biÕn d¹ng.

11

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

1.1.3 C¸c qu¸ tr×nh kÝch ho¹t nhiÖt

Khi t¨ng nhiÖt ®é: --> Tinh chÊt kim lo¹i thay ®æi, trë nªn mÒm vμ dÎo h¬n. --> Lùc vμ c«ng biÕn d¹ng nhá, møc ®é biÕn d¹ng lín. Tuy nhiªn: --> DÔ bÞ «xy ho¸ bÒ mÆt dÉn ®Õn chÊt l−îng bÒ mÆt kÐm --> §é chÝnh x¸c cña s¶n phÈm kh«ng cao

(1)

(1) håi phôc (2) kÕt tinh l¹i (3) lín lªn cña h¹t

(2)

(3)

12

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

Håi phôc

§a diÖn ho¸ trong tinh thÓ bÞ uèn (a) s¾p xÕp cña lÖch trong tinh thÓ bÞ uèn (b) s¾p xÕp cña lªch sau khi ®a diÖn ho¸

13

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

KÕt tinh l¹i

Tæ chøc cña thÐp C¸c bon thÊp sau khi biÕn d¹ng nguéi vμ sau khi ñ mét giê ë nh÷ng nhiÖt ®é kh¸c nhau

(a) ch−a ñ

(b) ñ ë 5250C

(d) ñ ë 6500C

(c) ñ ë 5500C

14

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

NhiÖt ®é biÕn d¹ng

Biến dạng nguội

Biến dạng nửa nóng

Biến dạng nóng

• Nung nóng khi biến

• Nung nóng khi biến dạng • Nhiệt độ biến dạng ở

• Thường thực hiện ở nhiệt độ phòng

dạng

• Nhiệt độ biến dạng

khoảng xung quanh nhiệt độ kết tinh lại

•

cao hơn nhiệt độ kết tinh lại

• Giảm đáng kể lực

• Nhiệt độ biến dạng nhỏ hơn nhiệt độ kết tinh lại Lực biến dạng lớn, vật liệu bị hóa bền, khả năng biến dạng dẻo thấp

• Giảm lực biến dạng, nâng cao khả năng biến dạng dẻo, ứng suất chảy giảm do có sự phục hồi, một phần kết tinh lại

• Ví dụ với Thép C: Biến

• Ví dụ với Thép C: Biến dạng ở Nhiệt độ phòng là biến dạng nguội

dạng nửa nóng ở nhiệt độ từ 650-800oC

biến dạng, tính dẻo của vật liệu cao, ứng suất chảy giảm nhiều do kết tinh lại • Ví dụ với Thép C: Biến dạng nóng ở nhiệt độ từ 1150- 1250oC

15

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

VÝ dô nhiÖt ®é kÕt tinh l¹i cña mét sè lo¹i vËt liÖu

Vật liệu

Vật liệu

Nhiệt độ kết tinh lại

Nhiệt độ kết tinh lại

C-Thép

550-730oC

Sn

0-40oC

Al (99,9%)

290-300oC

Zn

50-100oC

Al hợp kim

360-400oC

Mo

870oC

Cu

200oC

W

900-1000oC

Pb

-50-50oC

Ni

400-600oC

16

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

1.1.4 Ứng suất chảy vμ ®−ờng cong chảy

Ứng suất chảy

øng suÊt cÇn thiÕt (x¸c ®Þnh trong tr¹ng th¸i øng suÊt ®¬n) lμm cho vËt liÖu ®¹t ®−îc tr¹ng th¸i dÎo hoÆc duy tr× ë tr¹ng th¸i dÎo gäi lμ øng suÊt ch¶y (cßn gäi lμ ®é bÒn biÕn d¹ng- ký hÖu lμ kf hoÆc σf). øng suÊt ch¶y lμ mét th«ng sè c¬ b¶n cña vËt liÖu, nã phô thuéc tr−íc hÕt vμo b¶n th©n vËt liÖu (thμnh phÇn, tæ chøc, cÊu tróc, ... ) vμ c¸c ®iÒu kiÖn biÕn d¹ng (nhiÖt ®é, møc ®é biÕn d¹ng, tèc ®é biÕn d¹ng, tr¹ng th¸i øng suÊt).

kf = f(vËt liÖu, nhiÖt ®é, møc ®é biÕn d¹ng, tèc ®é biÕn d¹ng, tr¹ng th¸i øng suÊt)

Thép C15 Thép C15

Đường cong suất chảy

§−êng cong biÓu diÔn sù phô thuéc cña øng suÊt ch¶y vμo møc ®é biÕn d¹ng (hoÆc tèc ®é biÕn d¹ng) gäi lμ ®−êng cong ch¶y hoÆc ®−êng cong ho¸ bÒn.

17

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

Đường cong chảy

Biến dạng nóng

Biến dạng nguội

18

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

Đường chảy nguội của các vật liệu khác nhau

Đường chảy nóng thép C25 phụ thuộc vào tốc độ biến dạng

19

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

Sù phô thuéc cña øng suÊt chảy vμo nhiÖt ®é, tèc ®é biÕn d¹ng cña thÐp C15

20

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

C¸c ph−¬ng ph¸p x¸c định ®−êng ch¶y b»ng thùc nghiÖm

ThÝ nghiÖm kÐo

ThÝ nghiÖm nÐn

ThÝ nghiÖm xo¾n

21

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

M« h×nh to¸n häc cña ®−êng cong ch¶y

§¦êNG CH¶Y NGUéI

n ε=

f Cσ

Extrapolated

C: hÖ sè phô thuéc vμo tõng vËt liÖu n: sè mò hãa bÒn phô thuéc vμo vËt liÖu

Rupture

s s e r t S e r u T

)n

( + ε ε 0

f Cσ =

n i a r t s

A B

= +

n ε

σ f

m u m i x a m m r o f i n U

Uniform Straining

Necking

=

+

+

+K

σ f

A 0

A ε 1

2 A ε 2

True Strain

22

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

B¶ng th«ng sè §¦êNG CH¶Y NGUéI

C(MPa) n C (MPa) n VËt liÖu VËt liÖu σf0 (MPa) σf0 (MPa)

420 St38* 730 0.100 42CrMo4 1100 0.149

St42* 850 0.230 16MnCr5* 810 0.090

St60* 890 0.150 20MnCr5* 950 0.150

C10* 800 0.240 100Cr6* 1160 0.180

260 Ck10*,** 730 0.216 Al99.5* 110 0.240

280 Ck15** 760 0.165 Al99.5** 150 0.222 60

Ck22** 760 0.157 Al99.8** 150 0.222 320 60

Ck35* 960 0.150 AlMgSi1** 130 260 0.197

340 390 0.190 Ck35** 950 0.178 AlMg3*

Ck45** 390 1000 0.167 CuZn10** 250 600 0.331

Cf53** 430 1140 0.170 CuZn30** 250 880 0.433

15Cr3* 850 0.090 CuZn37** 280 880 0.433

34Cr4** 410 970 0.118 CuZn40* 800 0.330

23

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

M« h×nh to¸n häc cña ®−êng cong ch¶y

§¦êNG CH¶Y nãng

§−êng ch¶y nöa nãng:

& n m ε ε

f Kσ =

n: sè mò hóa bÒn m: sè mò tèc ®é hãa bÒn

m

§−êng ch¶y nãng:

ε= &

f Kσ

24

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

B¶ng th«ng sè §¦êNG CH¶Y Nãng

m m K (MPa) K (MPa) T(oC) T(oC) VËt liÖu VËt liÖu

0.154 0.163 102 800 C15** 99/84 1100/1200 CuAl5**

0.144 0.159 24 450 C35** 89/72 1100/1200 Al99.5**

0.163 0.135 36 480 C45** 90/70 1100/1200 AlMn**

0.167 72 450 0.122 C60** 85/68 1100/1200 AlCuMg1**

0.091 77 450 X10Cr13** 105/88 1100/1250 AlCuMg2** 0.131

0.094 48 450 X5CrNi189** 137/116 1100/1250 AlMgSi1** 0.108

0.176 X5CrNiTi189** 100/74 1100/1250 AlMgMn** 0.194 70 480

0.127 80 450 0.091 E-Cu** AlMg3** 56 800

102 450 0.212 CuZn28** AlMg5** 51 800 0.110

CuZn37** 44 750 0.201 0.134 81 450

AlZnMgCu1,5* *

CuZn40Pb2** 35 650 0.218

CuZn20Al** 70 800 0.180

CuZn28Sn** 68 800 0.162

25

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

Ch−¬ng 1. Nh÷ng kiÕn thøc c¬ së vÒ biÕn d¹ng dÎo 1.2 C¬ häc qu¸ tr×nh biÕn d¹ng

1.2.1 øng suÊt

P1

Pn

P2

§Þnh nghÜa øng suÊt t¹i mét ®iÓm

P5

P4

P3

øng suÊt t¹i ph¸p vμ tiÕp

Néi lùc vμ øng suÊt trong vËt thÓ

øng suÊt theo c¸c ph−¬ng

Trªn mét mÆt ph¼ng cã 3 thμnh phÇn: mét øng suÊt ph¸p vμ hai øng suÊt tiÕp.

26

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

1.2.1 øng suÊt

øng suÊt kü thuËt vμ øng suÊt thùc

A0

A

F

F

(cid:2)0

d(cid:2)

øng suÊt thùc

øng suÊt kü thuËt

σ =

σ = 0

F A

F A 0

Chó ý: trong biÕn d¹ng dÎo ta sö dông øng suÊt thùc!

27

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

1.2.1 øng suÊt

σ

τ

τ

xy

xz

x • •

σ y •

τ yz σ

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝

z

HÖ to¹ ®é §Ò c¸c

0

0

HÖ to¹ ®é chÝnh

0

σ ij

σ 2 0

σ 3

Khi kh¶o s¸t bμi to¸n biÕn d¹ng dÎo ta th−êng sö dông hÖ täa ®é chÝnh.

σ ⎛ 1 ⎜ 0 = ⎜ ⎜ 0 ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

28

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

1.2.1 øng suÊt

ChuyÓn tõ hÖ täa ®é §Ò c¸c sang hÖ täa ®é chÝnh dùa v¸o c¸c bÊt biÕn cña ten x¬ øng suÊt

Ten x¬ øng suÊt cã 3 bÊt biÕn:

I

const

- BÊt biÕn I1 lμ bÊt biÕn bËc nhÊt σ

σ

σ

+

+

=

1 =

y

x

z

- BÊt biÕn I2 lμ bÊt biÕn bËc hai

I

const

= −

+

+

+

τ

+

τ

+

τ

=

2

σ σ x

y

σ σ y

z

σ σ z

x

2 xy

2 yz

2 zx

)

(

- BÊt biÕn I3 la bÊt biÕn bËc ba

I

2

const

=

σ σ σ

+

τ

−

−

−

=

3

x

y

z

τ τ yz

zx

xy

σ τ x

2 yz

σ τ y

2 zx

σ τ z

2 xy

2

I

I

0

σ1 ; σ2 ; σ3 (cid:31) lμ nghiÖm cña ph−¬ng tr×nh: 3 I σ

σ

−

−

σ

−

=

1

2

3

29

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

1.2.2 biÕn d¹ng

Mét ®iÓm cã to¹ ®é ban ®Çu lμ x, y, z, sau khi biÕn d¹ng nhá cã to¹ ®é lμ x’, y’, z’. ChuyÓn vÞ cña ®iÓm ®ã t−¬ng øng theo ph−¬ng x’ - x x, y, z: = ux

y’ - y = uy z’ - z = uz

BiÕn d¹ng dμi vμ biÕn d¹ng gãc trªn mÆt ph¼ng z

30

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

1.2.2 biÕn d¹ng

BiÕn d¹ng dμi vμ biÕn d¹ng gãc :

u ∂

=

ε

+

x

=γ xy

y x ∂

u ∂ x x ∂ u ∂

u ∂ x y ∂ u ∂

ε

=

+

y

=γ yz

+

ε

=

=γ zx

z

y z ∂ u ∂ z x ∂

u ∂ z y ∂ u ∂ x z ∂

y y ∂ u ∂ z z ∂

⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎬ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎭

Ten x¬ biÕn d¹ng:

xx

xy

xz

=

ε

=

& ε ij

ij

yx

yy

yz

ε ε ε

ε ε ε

ε ε ε

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

Ten x¬ tèc ®é biÕn d¹ng: & & & ⎛ ε ε ε xz xy xx ⎜ & & & ε ε ε ⎜ yz yy yx ⎜ & & & ε ε ε ⎝ zz zy zx

zx

zy

zz

⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

31

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

1.2.2 biÕn d¹ng

BiÕn d¹ng kü thuËt vμ biÕn d¹ng thùc

Tr¹ng th¸i

Ban ®Çu

l 0

F

F

Tr¹ng th¸i ®ang biÕn d¹ng

l

d l

l

Tr¹ng th¸i sau biÕn d¹ng

1

32

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

1.2.2 biÕn d¹ng

BiÕn d¹ng kü thuËt (biÕn d¹ng d·n dμi):

l

0

=ε

l − 1 l

0

BiÕn d¹ng thùc (biÕn d¹ng logarit):

d

ln

=ϕ⇒=ϕ

dl l

l 1 l

0

Ta cã:

=ϕ

( 1ln

)ε+

Chó ý: BiÕn d¹ng dÎo trong CN GCAL lμ biÕn d¹ng lín nªn ta sö dông biÕn d¹ng thùc

33

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

1.2.3 Quan hÖ gi÷a øng suÊt vμ biÕn d¹ng

Trong biÕn d¹ng ®μn håi, quan hÖ gi÷a øng suÊt vμ biÕn d¹ng tu©n theo ®inh luËt Hooke :

E

ε

=

σ

−

+

σ

x

x

y

z

E

=

−

+

ε

σ

σ

y

y

z

x

E

=

−

+

ε

σ

σ

z

z

x

y

( ν σ ( ν σ ( ν σ

) ) )

E - m« ®un ®μn håi däc ν - hÖ sè Poisson G - m« ®un ®μn håi tr−ît

2

G

γ

=

τ

xy

xy

E

2 G=

2

G

γ

=

τ

( 1 ν +

)

yz

yz

2

G

γ

=

τ

zx

zx

⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎬ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎭

34

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

1.2.3 Quan hÖ gi÷a øng suÊt vμ biÕn d¹ng

Trong biÕn d¹ng dÎo, ta cã quan hÖ gi÷a øng suÊt vμ biÕn d¹ng nh− sau:

=

+

−

ε 1

2

1

1 D

1 2

⎡ ( σσσ ⎢ 3 ⎣

⎤ ) ⎥ ⎦

=

+

−

ε 2

2

3

1 D

=

+

−

ε 3

1

3

1 D

1 ⎡ ( σσσ ⎢ 1 2 ⎣ 1 ⎡ ( σσσ ⎢ 2 2 ⎣

⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎤ ) ⎬ ⎥ ⎦ ⎪ ⎪ ⎤ ) ⎪ ⎥ ⎦ ⎭

Sù kh¸c nhau c¬ b¶n gi÷a c¸c m« ®un E vμ G trong biÕn d¹ng ®μn håi víi m« ®un D trong biÕn d¹ng dÎo lμ ë chç E vμ G lμ h»ng sè ®èi víi mét vËt liÖu nhÊt ®Þnh cßn D th× thay ®æi trong suèt qu¸ tr×nh biÕn d¹ng.

Trong biÕn d¹ng ®μn håi E = tgα = const, cßn trong biÕn d¹ng dÎo D = tgα’ mμ α’ th× lu«n lu«n thay ®æi trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng.

35

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

1.2.4 §iÒu kiÖn dÎo

Lμ ®iÒu kiÖn ®Ó kim lo¹i qu¸ ®é tõ tr¹ng th¸i ®μn håi sang tr¹ng th¸i dÎo. Lμ ®iÒu kiÖn ®Ó kim lo¹i qu¸ ®é tõ tr¹ng th¸i ®μn håi sang tr¹ng th¸i dÎo.

XÐt tr−êng hîp kÐo mét thanh trßn theo h−íng trôc. Thanh sÏ bÞ biÕn d¹ng dÎo nÕu nμo øng suÊt kÐo trªn tiÕt diÖn cña nã ®¹t tíi giíi h¹n ch¶y. Tr−êng hîp tæng qu¸t: khi vËt thÓ chôi t¸c dông cña t¶I träng bªn ngoμi, bªn trong vËt thÓ xuÊt hiÖn øng suÊt t−¬ng ®−¬ng ®¹t tíi øng suÊt ch¶y cña vËt liÖu th× vËt thÓ nμy bÞ biÕn d¹ng dÎo.

§iÒu kiÖn dÎo Tresca-Saint Venant:

Ten x¬ øng suÊt trong vËt thÓ:

k2

σ

σ−

=

=

max

min

k f

0

0

σ ij

σ 2 0

0 σ 3

σ ⎛ 1 ⎜ 0 = ⎜ ⎜ 0 ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

§iÒu kiÖn dÎo Huber-Mises:

2

2

2

2

2

6

k

σ

−

σ

+

σ

−

σ

+

σ

−

σ

=

(

)

(

)

(

)

1

2

2

3

3

1

2 =k f

Trong c¸c biÓu thøc trªn k gäi lμ øng suÊt tiÕp ch¶y, ®−îc x¸c ®Þnh trong tr−êng hîp c¾t thuÇn tuý. Theo ®iÒu kiÖn dÎo cña Tresca th× τmax = k = kf/2, theo ®iÒu kiÖn dÎo cña Mises th×:

k

k

k 0 575,

=

≈

f

f

1 3

36

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

1.2.4 §iÒu kiÖn dÎo

Nh÷ng biÓu thøc riªng cña ®iÒu kiÖn dÎo

- Tr¹ng th¸i øng suÊt ph¼ng:

3

k

=τ+σσ−σ+σ x

z

2 xz

2 x

2 f

2 z

σ

=

τ

=

τ

= 0

y

xy

yz

σ

σ

+

−

2 1

σ σ 1

3

2 = k f

2 3

- Tr¹ng th¸i biÕn d¹ng ph¼ng:

2

2

4

k

σ

−

σ

+

=

=

(

)

x

z

2 xz

*2 fk

z

x

=σ y

k

k

k2

±=

±=

±=σ−σ 3

1

f

* f

τ

=

σ+σ 2 = 0

τ

4 τ 2 3

xy

yz

k

k

k

= ±

= ±

= ±

τ13

f

* f

1 2

1 3

- Tr¹ng th¸i øng suÊt ®èi xøng trôc:

0

τ

ρθ

θ= τ

2

2

2

6

2

σ

−

σ

+

σ

−

σ

+

σ

−

σ

+

τ

=

z

z

2 z

2 fk

θ

ρ

θ

ρ

ρ

(

)

=z (

)

(

)

37

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

1.2.5 Nh÷ng nguyªn t¾c, ®Þnh luËt trong biÕn d¹ng dÎo

Quan hÖ gi÷a øng suÊt ch¶y vμ biÕn d¹ng thùc x¸c ®Þnh theo ®−êng cong ch¶y cña vËt liÖu

VËt thÓ biÕn d¹ng tu©n theo ®Þnh luËt dÎo, ®Þnh luËt thÓ tÝch kh«ng ®æi, nguyªn t¾c trë lùc biÕn d¹ng nhá nhÊt.

§Þnh luËt thÓ tÝch kh«ng ®æi

ThÓ tÝch vËt thÓ kh«ng thay ®æi tr−íc vμ sau khi biÕn d¹ng. Tæng c¸c thμnh phÇn biÕn d¹ng trªn ®−êng chÐo chÝnh b»ng kh«ng

V = X0.Y0.Z0 = Xn.Yn.Zn

38

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i

Nguyªn t¾c trë lùc biÕn d¹ng nhá nhÊt

NÕu c¸c chÊt ®iÓm trong vËt thÓ biÕn d¹ng sÏ dÞch chuyÓn trªn ph−¬ng nμo cã trë lùc nhá nhÊt.

S¬ ®å ch¶y h−íng kÝnh cña

kim lo¹i khi chån

LÊy vÝ dô chån cã s¸t vμ kh«ng ma s¸t; dËp khèi trªn khu«n hë cã vμnh biªn.

39

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc (cid:31) VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i