zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Cơ khí - Chế tạo máy

Bài giảng Công nghệ và khuôn dập tạo hình: Chương 2 - TS. Đinh Văn Duy

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:53

Báo xấu

12
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Công nghệ và khuôn dập tạo hình: Chương 2 - Những kiến thức cơ sở về biến dạng dẻo kim loại" trang bị cho người học các kiến thức cơ bản về: Cơ sở vật lý của quá trình biến dạng dẻo kim loại; Cơ sở cơ học của quá trình biến dạng. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Công nghệ và khuôn dập tạo hình: Chương 2 - TS. Đinh Văn Duy

NHỮNG KIẾN THỨC CƠ SỞ VỀ BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI TS. Đinh Văn Duy Email: Duy.dinhvan@hust.edu.vn BM Gia công áp lực – Viện Cơ khí P301-C10 ĐH Bách Khoa HN TS. Đinh Văn Duy - BM Gia công áp lực - ĐH Bách khoa HN 1 Page 69 of 581
Nội dung 1.1 CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI ✓ Khái niệm về biến dạng dẻo ✓ Những vấn đề chung cần xem xét khi nghiên cứu quá trình biến dạng ✓ Cấu trúc tinh thể và tổ chức của kim loại ✓ Lực liên kết giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể ✓ Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo trong tinh thể lý tưởng ✓ Khuyết tật trong mạng tinh thể ✓ Hoá bền biến dạng ✓ Các quá trình kích hoạt nhiệt TS. Đinh Văn Duy - BM Gia công áp lực - ĐH Bách khoa HN 2 Page 70 of 581
Nội dung (tiếp) ✓ Nhiệt độ biến dạng ✓ Ứng suất chảy và đường cong chảy ✓ Các phương pháp xác định đường chảy bằng thực nghiệm 1.2 CƠ SỞ CƠ HỌC CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG ✓ Ứng suất trên các mặt toạ độ ✓ Ten xơ ứng suất và các bất biến của nó ✓ Biến dạng ✓ Điều kiện dẻo ✓ Những nguyên tắc định luật trong biến dạng dẻo TS. Đinh Văn Duy - BM Gia công áp lực - ĐH Bách khoa HN 3 Page 71 of 581
1.1 CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI Khái niệm về biến dạng dẻo Sự dịch chuyển tương đối giữa các chất điểm, các phần tử của vật thể rắn dưới tác dụng của ngoại lực, nhiệt độ hoặc của một nguyên nhân nào đó dẫn đến sự thay đổi về hình dạng, kích thước vật thể, liên kết vật liệu được bảo toàn, được gọi là biến dạng dẻo. ➢ Các phương pháp dập tạo hình trong GCAL đều dựa trên một tiền đề chung là thực hiện một quá trình biến dạng dẻo. ➢ Vật liệu dưới tác dụng của ngoại lực sẽ thay đổi hình dạng và kích thước mà không mất đi sự liên kết bền chặt của nó. ➢ Khả năng biến dạng dẻo được coi là một đặc tính quan trọng của kim loại. TS. Đinh Văn Duy - BM Gia công áp lực - ĐH Bách khoa HN 4 Page 72 of 581
Khái quát về quá trình biến dạng Để làm sáng tỏ quá trình biến dạng → theo dõi thí nghiệm kéo giản đơn. Dưới tác dụng của lực kéo, mẫu kéo liên tục bị kéo dài cho đến khi bị kéo đứt. Với các thiết bị phù hợp ta có thể đo được lực kéo và độ dãn dài tương ứng, từ đó xác định ứng suất và biến dạng theo các mối quan hệ sau: Đường cong ứng suất biến dạng của một kim loại không có vùng chảy rõ rệt trong thí nghiệm kéo TS. Đinh Văn Duy - BM Gia công áp lực - ĐH Bách khoa HN 5 Page 73 of 581
Khái quát về quá trình biến dạng Xét ứng xử của kim loại khi biến dạng có thể chia đường cong ứng suất - biến dạng làm hai vùng: - Vùng biến dạng đàn hồi Khi lực kéo còn nhỏ => dỡ bỏ tải trọng mẫu lại phục hồi trở lại chiều dài ban đầu. Ứng suất  và biến dạng  tuân theo định luật Hooke (quan hệ tuyến tính):  = E. Mô đun đàn hồi E đặc trưng cho thuộc tính đàn hồi của vật liệu dưới tác dụng của ứng suất pháp. Vùng biến dạng đàn hồi được giới hạn bởi giới hạn đàn hồi Re. Xác định chính xác Re khó khăn nên lấy RP0,01 làm giới hạn đàn hồi, đó là ứng suất tương ứng với mức độ biến dạng dư  = 0,01%. TS. Đinh Văn Duy - BM Gia công áp lực - ĐH Bách khoa HN 6 Page 74 of 581
Khái quát về quá trình biến dạng - Vùng biến dạng đàn hồi - dẻo: Nếu F tăng lên khiến ứng suất trong mẫu vượt quá giới hạn đàn hồi thì vật liệu bắt đầu quá trình chảy dẻo (dỡ bỏ tải trọng thì mẫu không phục hồi l0) Ứng suất làm cho vật liệu bắt đầu chảy dẻo gọi là giới hạn chảy RP. Quy định giới hạn chảy là ứng suất gây nên một lượng biến dạng dư bằng 0,2% kí hiệu là RP0,2 (với vật liệu có đường cong ứng suất - biến dạng không có vùng chảy rõ rệt, nếu có xác định RP là dễ dàng). Ứng suất ứng với lực kéo lớn nhất trong thí nghiệm kéo là giới hạn bền kéo: Rm = Fmax/A0 TS. Đinh Văn Duy - BM Gia công áp lực - ĐH Bách khoa HN 7 Page 75 of 581
Khái quát về quá trình biến dạng Trong vùng dẻo do A < A0 nên đường ’ = f’() nằm trên  = f() (ưs thực tế > ưs danh nghĩa).Trong giai đoạn dãn đồng đều trong mẫu tồn tại trạng thái ưs đơn và ở giai đoạn này ứng suất thực ’=F/A chính là ứng suất chảy kf (phân biệt với giới hạn chảy Rp) => Đường cong ứng suất - biến dạng là đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của ứng suất chảy vào mức độ biến dạng. Mức độ biến dạng càng lớn thì ứng suất cần thiết để duy trì biến dạng càng tăng (ứng suất ’ tăng cho đến khi mẫu bị phá hủy). Ta nói vật liệu bị hoá bền (đặc điểm quan trọng của vật liệu kim loại mà bất cứ quá trình biến dạng nào cũng phải chú ý đến). TS. Đinh Văn Duy - BM Gia công áp lực - ĐH Bách khoa HN 8 Page 76 of 581
Những vấn đề chung cần xem xét khi nghiên cứu quá trình biến dạng Tuy có rất nhiều phương pháp biến dạng khác nhau nhưng bất cứ một quá trình biến dạng nào cũng hàm chứa 6 khu vực sau đây cần xem xét: ➢ Khu vực 1 là vùng (ổ) biến dạng. Ở đây cần nghiên cứu ứng xử của vật liệu trong trạng thái dẻo, xác định ứng suất, biến dạng, tốc độ biến dạng, dòng chảy kim loại, sự phân bố nhiệt độ, các quá trình tế vi xảy ra trong vật liệu biến dạng; ➢ Khu vực 2: Nghiên cứu các vấn đề vật liệu phôi trước khi biến dạng (thành phần hoá học, cấu trúc tinh thể, tổ chức, các tính chất cơ học, chất lượng bề mặt của phôi ...) => ảnh hưởng đến ứng xử của vật liệu trong vùng biến dạng và tính chất của sản phẩm. ➢ Khu vực 3: Vấn đề về tính chất của sản phẩm sau khi biến dạng (tổ chức và các tính chất cơ học, chất lượng bề mặt và độ chính xác của sản phẩm) => chất lượng sản phẩm. TS. Đinh Văn Duy - BM Gia công áp lực - ĐH Bách khoa HN 9 Page 77 of 581
Những vấn đề chung cần xem xét khi nghiên cứu quá trình biến dạng ➢ Khu vực 4: là vùng ranh giới giữa vật thể biến dạng và dụng cụ biến dạng bởi vậy những vấn đề cần giải quyết là ma sát bôi trơn, mài mòn của phôi và dụng cụ. ➢ Khu vực 5: Những vấn đề về kết cấu, vật liệu, chất lượng gia công và độ chính xác của dụng cụ => khả năng làm việc, tuổi thọ của dụng cụ, chất lượng bề mặt và độ chính xác của sản phẩm.. ➢ Khu vực 6: ở khu vực này có thể xảy ra những phản ứng bề mặt giữa vật thể biến dạng và môi trường xung quanh (oxy hoá trong biến dạng nóng, xâm nhập của chất khí khi biến dạng những kim loại đặc biệt v.v... ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt cũng như tính chất của khu vực 3. TS. Đinh Văn Duy - BM Gia công áp lực - ĐH Bách khoa HN 10 Page 78 of 581
Cơ sở kim loại học Cấu trúc tinh thể và tổ chức của kim loại Quan sát dưới kính hiển vi ta thấy kim loại do nhiều hạt tạo thành, chúng phân cách với nhau bởi các biên giới hạt. Những hạt này có cấu trúc tinh thể nên gọi là các hạt tinh thể. ➢ Nói đến tổ chức của kim loại ta hiểu đó là sự sắp xếp của các hạt bao gồm cả các biên giới hạt và các khuyết tật. ➢ Trong phạm vi một hạt tinh thể thì các nguyên tử sắp xếp có trật tự theo một quy luật nhất định tạo nên một mạng tinh thể. Do khoảng cách giữa các nguyên tử lặp lại theo chu kỳ trong không gian nên mỗi kiểu mạng tinh thể được dặc trưng bởi tế bào của nó gọi là ô cơ bản. Bởi vậy muốn nghiên cứu cấu trúc một mạng tinh thể nào đó ta chỉ cần nghiên cứu ô cơ bản của nó. TS. Đinh Văn Duy - BM Gia công áp lực - ĐH Bách khoa HN 11 Page 79 of 581 Ô cơ bản Mạng tinh thể
Cơ sở kim loại học Lực liên kết giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể Kim loại dưới tác dụng của tải trọng có một độ bền nhất định là do các nguyên tử gắn bó bởi những lực liên kết. Những lực này là kết quả của sự tương tác về điện giữa hạt nhân nguyên tử mang điện tích dương và các điện tử tự do mang điện tích âm. Xét tương tác giữa hai nguyên tử riêng biệt. Tại r = r0 lực hút và lực đẩy cân bằng lẫn nhau, lực tổng hợp bằng 0. Khi đó các nguyên tử nằm ở vị trí ổn định trong mạng tinh thể. Ở vị trí cân bằng, năng lượng tương tác của nguyên tử cũng đạt cực tiểu. => trong mạng tinh thể các nguyên tử luôn luôn có xu hướng nằm ở trạng thái ổn định cách nhau một khoảng cách xác định r0 và luôn luôn chống lại bất cứ sự xê dịch. Lực tương tác giữa hai nguyên tử gần nhau trong mạng tinh thể TS. Đinh Văn Duy - BM Gia công áp lực - ĐH Bách khoa HN 12 Page 80 of 581
Cơ sở kim loại học Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo trong tinh thể lý tưởng Sự biến dạng của vật thể chính là tổng hợp của các quá trình biến dạng trong từng hạt tinh thể và trên biên giới hạt. Vì vậy muốn tìm hiểu cơ chế của quá trình biến dạng trong đa tinh thể trước hết hãy nghiên cứu sự biến dạng trong đơn tinh thể lý tưởng (không có khuyết tật). Biến dạng đàn hồi: Tải trọng kéo làm tăng khoảng cách nguyên tử (r > r0) dẫn đến xuất hiện lực hút kéo nguyên tử trở về vị trí cân bằng.Tải trọng nén đưa hai nguyên tử gần nhau hơn (r < r0) nên xuất hiện lực đẩy cũng đưa nguyên tử trở về vị trí cân bằng. Do xê dịch của các nguyên tử trong phạm vi biến dạng đàn hồi còn rất nhỏ chưa vượt qua được ngưỡng năng lượng để có thể xê dịch tới một vị trí ổn định mới nên khi bỏ tải trọng các nguyên tử lại trở về vị trí cân bằng ban đầu. (a) - Trước biến dạng (b) - Trong TS. Đinh Văn Duy - biến dạng BM Gia công đàn áp lực hồi khoa HN(c) - Mô hình năng lượng - ĐH Bách 13 Page 81 of 581
Cơ sở kim loại học Biến dạng dẻo: Quan sát sự biến dạng trong đơn tinh thể ta thấy có hai cơ chế chủ yếu dẫn đến biến dạng dẻo, đó là trượt và đối tinh. - Trượt Khi mẫu đơn tinh thể bị kéo ta thấy xuất hiện các bậc trên bề mặt của mẫu. Điều đó chứng tỏ có sự trượt lên nhau giữa các phần của tinh thể. Sự trượt xảy ra chủ yếu trên những mặt nhất định và dọc theo những phương nhất định gọi là mặt trượt và phương trượt. Mức độ trượt thường là bằng một số nguyên lần khoảng cách giữa các nguyên tử trên phương trượt. Trượt ở đơn tinh thể dưới tải trọng kéo (a) - Trước biến dạng (b) - Sau khi trượt TS. Đinh Văn Duy - BM Gia công áp lực - ĐH Bách khoa HN 14 Page 82 of 581
Cơ sở kim loại học Một mặt trượt cùng với một phương trượt nằm trên nó tạo thành một hệ trượt. Các nghiên cứu cho thấy mặt trượt và phương trượt là những mặt và phương có mật độ nguyên tử lớn nhất (lực liên kết giữa các nguyên tử trên mặt và phương đó là lớn nhất so với những mặt và phương khác) Số lượng hệ trượt càng lớn thì khả năng xảy ra trượt càng nhiều có nghĩa là càng dễ biến dạng dẻo. Bởi vậy khả năng biến dạng dẻo của kim loại có thể được đánh giá thông qua số lượng hệ trượt. => Kim loại có mạng lục phương do số lượng hệ trượt hạn chế nên thường có tính dẻo kém hơn so với những kim loại có mạng tinh thể Lpdt hoặc Lptt (trang sau). Đặc điểm của trượt: ➢ Trượt chỉ xảy ra dưới tác dụng của ứng suất tiếp. ➢ Phương mạng không thay đổi trước và sau khi trượt. ➢ Mức độ trượt bằng một số nguyên lần khoảng cách giữa các nguyên tử trên phương trượt. ➢ Ứng suất tiếp cần thiết để gây ra trượt không lớn. TS. Đinh Văn Duy - BM Gia công áp lực - ĐH Bách khoa HN 15 Page 83 of 581
Cơ sở kim loại học Hệ trượt của ba mạng tinh thể thường gặp Lập phương diện tâm Lục phương xếp chặt Lập phương thể tâm TS. Đinh Văn Duy - BM Gia công áp lực - ĐH Bách khoa HN 16 Page 84 of 581
Cơ sở kim loại học Song tinh (đối tinh) Một cơ chế thứ hai dẫn đến biến dạng dẻo trong tinh thể đó là sự tạo thành song tinh cơ học. Khi ứng suất tiếp  đạt tới một giá trị tới hạn nào đó thì một phần của mạng tinh thể sẽ xê dịch đến một vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt song tinh. Song tinh cũng giống như trượt chỉ xảy ra trên các mặt và các phương xác định. Song tinh trong mạng tinh thể TS. Đinh Văn Duy - BM Gia công áp lực - ĐH Bách khoa HN 17 Page 85 of 581
Cơ sở kim loại học Song tinh có những đặc điểm sau: ➢ Giống như trượt sự tạo thành song tinh chỉ xảy ra dưới tác dụng của ứng suất tiếp ➢ Khác với trượt là việc tạo thành song tinh kèm theo sự thay đổi phương mạng của phần tinh thể bị xê dịch. ➢ Khoảng xê dịch của các nguyên tử tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa chúng tới mặt song tinh và có trị số nhỏ hơn so với khoảng cách nguyên tử. ➢ Ứng suất cần thiết để tạo thành đối tinh cơ học thường lớn hơn ứng suất cần thiết để gây ra trượt. Bởi vậy nói chung trượt sẽ xảy ra trước và chỉ khi các quá trình trượt gặp khó khăn thì song tinh mới tạo thành; ➢ Vì xê dịch của các nguyên tử khi tạo thành song tinh nhỏ nên song tinh không dẫn đến một mức độ biến dạng dẻo đáng kể trong tinh thể (chỉ mấy %). Nếu cùng với song tinh còn xảy ra trượt thì trượt sẽ đóng vai trò chính trong quá trình biến dạng dẻo. TS. Đinh Văn Duy - BM Gia công áp lực - ĐH Bách khoa HN 18 Page 86 of 581
Cơ sở kim loại học Độ bền cắt lý thuyết: Độ bền cắt lý thuyết là độ bền cắt được tính toán dựa trên giả thiết là khi biến dạng dẻo các lớp nguyên tử nằm ở phía trên và phía dưới mặt trượt đồng thời xê dịch tương đối với nhau một khoảng cách nguyên tử. Ta có hàm thế năng: trong đó: a - khoảng cách giữa các nguyên tử h - khoảng cách giữa các mặt nguyên tử G - mô đun cắt (mô đun đàn hồi trượt) Độ bền cắt lý thuyết lấy bằng giá trị cực đại của hàm  = (x) tại x = a/4 Nếu h=a thì TS. Đinh Văn Duy - BM Gia công áp lực - ĐH Bách khoa HN 19 Page 87 of 581
Cơ sở kim loại học Nếu tính toán dựa trên những giả thiết chính xác hơn về hàm thế năng U(x) thì: Ví dụ với Fe có G = 83000 N/mm2 => lt = 2766 N/mm2 Thực nghiệm đã xác định ứng suất tiếp tới hạn của đơn tinh thể sắt chỉ bằng 20N/mm2 Ứng suất tiếp tới hạn mà ta đo được ở những đơn tinh thể kim loại nguyên chất thì lại thấp hơn khoảng 1000 lần độ bền cắt lý thuyết. => ứng suất tiếp tới hạn của tinh thể thực không thể xác định dựa trên giả thiết về sự trượt đồng thời của tất cả các nguyên tử ở về hai phía của mặt trượt. Do đó ứng suất tiếp tới hạn có liên quan với các khuyết tật trong mạng tinh thể. Dạng khuyết tật quan trọng nhất đối với biến dạng dẻo là khuyết tật đường, cụ thể là các loại lệch trong mạng tinh thể. Dựa vào sự chuyển động của lệch ta có thể giải thích một loạt các quá trình có liên quan đến tính dẻo và độ bền của kim loại như biến dạng, hoá bền, mỏi, dão, phá hủy v.v... TS. Đinh Văn Duy - BM Gia công áp lực - ĐH Bách khoa HN 20 Page 88 of 581

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.