Bài giảng Công nghệ gia công áp lực: Phần I - ĐHBK Hà Nội

Chia sẻ: Kaka_0004 Kaka_0004 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:39

Thêm vào BST

Báo xấu

308
lượt xem 84
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Công nghệ gia công áp lực - Phần I: Những kiến thức cơ sở về biến dạng dẻo, trình bày những nội dung chính: cơ sở vật lý của quá trình biến dạng, khái quát về quá trình biến dạng, biến dạng mẫu khi thử kéo, biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo trong tinh thể, khuyết tật trong mạng tinh thể, hóa bền biến dạng, các quá trình kích hoạt nhiệt, nhiệt độ biến dạng, ứng suất chảy và đường cong chảy, mô hình toán học của đường cong chảy.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Công nghệ gia công áp lực: Phần I - ĐHBK Hà Nội

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. 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. 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. Kh¶ n¨ng biÕn d¹ng dÎo ®−îc coi lμ mét ®Æc tÝnh quan träng cña kim lo¹i. Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 1
BiÕn d¹ng mÉu khi thö kÐo §Ó lμm s¸ng tá qu¸ tr×nh biÕn d¹ng 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 Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 2
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 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 Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 3
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 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. Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 4
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. 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. Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 5
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. Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 6
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. Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 7
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 Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 8
KhuyÕt tËt ®−êng (lÖch) LÖch xo¾n LÖch biªn Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 9
KhuyÕt tËt mÆt Biªn giíi h¹t KhuyÕt tËt xÕp Biªn giíi pha Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 10
1.1.2 Ho¸ bÒn biÕn d¹ng HiÖn t−îng øng suÊt ch¶y t¨ng lªn theo møc ®é biÕn d¹ng trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng. Mét hiÖn t−îng rÊt quan träng x¶y ra trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng. ¶nh h−ëng nh− ®Õn tÝnh chÊt cña s¶n phÈm. X¶y ra khi biÕn d¹ng ë nhiÖt ®é cßn t−¬ng ®èi thÊp. 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. §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: LÖch kh«ng ngõng ®−îc sinh ra, Khi chuyÓn ®éng, lÖch hoÆc gÆp ph¶i ch−íng ng¹i vËt hoÆc c¾t nhau --> dån ø l¹i --> rõng lÖch Muèn tiÕp tôc chuyÓn ®éng --> ph¶i t¨ng øng suÊt. 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. Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 11
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) håi phôc (1) (2) kÕt tinh l¹i (3) lín lªn cña h¹t (2) (3) Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 12
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¸ Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 13
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 (c) ñ ë 5500C (d) ñ ë 6500C Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 14
NhiÖt ®é biÕn d¹ng Biến dạng Biến dạng nửa Biến dạng nguội nóng nóng • Thường thực hiện ở • Nung nóng khi biến dạng • Nung nóng khi biến nhiệt độ phòng • Nhiệt độ biến dạng ở dạng • Nhiệt độ biến dạng nhỏ khoảng xung quanh nhiệt • Nhiệt độ biến dạng hơn nhiệt độ kết tinh lại độ kết tinh lại cao hơn nhiệt độ kết • Lực biến dạng lớn, vật • Giảm lực biến dạng, nâng tinh lại liệu bị hóa bền, khả cao khả năng biến dạng • Giảm đáng kể lực năng biến dạng dẻo dẻo, ứng suất chảy giảm biến dạng, tính dẻo thấp do có sự phục hồi, một của vật liệu cao, ứng • Ví dụ với Thép C: Biến phần kết tinh lại suất chảy giảm nhiều dạng ở Nhiệt độ phòng • Ví dụ với Thép C: Biến do kết tinh lại là biến dạng nguội dạng nửa nóng ở nhiệt độ • Ví dụ với Thép C: từ 650-800oC Biến dạng nóng ở nhiệt độ từ 1150- 1250oC Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 15
VÝ dô nhiÖt ®é kÕt tinh l¹i cña mét sè lo¹i vËt liÖu Nhiệt độ kết Nhiệt độ kết Vật liệu Vật liệu tinh lại 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 Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 16
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 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. Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 17
Đường cong chảy Biến dạng nguội Biến dạng nóng Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 18
Đường chảy nguội của Đường chảy nóng thép các vật liệu khác nhau C25 phụ thuộc vào tốc độ biến dạng Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 19
Sù phô thuéc cña øng suÊt chảy vμo nhiÖt ®é, tèc ®é biÕn d¹ng cña thÐp C15 Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 20