Bài giảng Gia công áp lực: Chương 1 chuẩn nhất từ ĐHBK Hà Nội

Ch−¬ng 1 Nh÷ng kiÕn thøc c¬ së vÒ biÕn d¹ng dÎo

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i

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.

Ê ¶

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

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – 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

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – 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

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – 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.

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – 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. 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

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

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. 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

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

KhuyÕt tËt ®−êng (lÖch)

LÖch xo¾n

LÖch biªn

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i

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

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.

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – 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)

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – 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¸

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – 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 (a) ch−a ñ

(b) ñ ë 5250C (b) ñ ë 5250C

(d) ñ ë 6500C

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i

NhiÖt ®é biÕn d¹ng

Biến dạng nguội

Biến dạng nửa nóng

Biến dạng nóng

• Thường thực hiện ở

• Nung nóng khi biến

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

dạng

nhiệt độ phòng • Nhiệt độ biến dạng

khoảng xung quanh nhiệt độ kết tinh lại

• Giảm lực biến dạng,

• Nhiệt độ biến dạng cao hơn nhiệt độ kết tinh lại

•

biế d

lớ

biế

ể

• Giảm đáng kể lực

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

• Ví dụ với Thép C:

biến dạng, tính dẻo của vật liệu cao, ứng suất chảy giảm nhiều do kết tinh lại

nâng cao khả năng biến khả ă dạng dẻo, ứng suất chảy giảm do có sự phục hồi, một phần kết tinh lại • Ví dụ với Thép C: Biến dạng nửa nóng ở nhiệt độ từ 650-800oC

Biến dạng ở Nhiệt độ phòng là biến dạng nguội

• Ví dụ với Thép C: Biến dạng nóng ở nhiệt độ từ 1150- 1250oC

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i

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

Vật liệu

Nhiệt độ kết tinh lại

C-Thép

550-730oC

Sn

0-40oC

Zn

50-100oC

Al (99,9%)

290-300oC

Al hợp kim 360-400oC

Mo

870oC

W

900-1000oC

Cu

200oC

Ni

400-600oC

Pb

-50-50oC

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i

1.1.4 Ứng suất chảy và đường 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 lµ ®−êng cong ch¶y d¹ng) gäi hoÆc ®−êng cong ho¸ bÒn.

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i

Đường cong chảy

Biến dạng nóng

Biến dạng nguội

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – 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

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i

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

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

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – 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 )

Cσ f Cσ = =

( ( + ε ε ε ε + 0

i

n a r t s

A B

= +

n ε

σ f

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

Uniform Straining

Necking

σ f

A 0

A ε 1

2 A ε 2

+ K

True Strain

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – 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)

0.100 42CrMo4 420 730 1100 0.149 St38*

St42* 850 0.230 16MnCr5* 810 0.090

St60* 890 0.150 20MnCr5* 950 0.150

C10* 800 0.240 100Cr6* 1160 0.180

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

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

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

960 0.150 AlMgSi1** 260 0.197 130 Ck35*

Ck35** 340 950 0.178 AlMg3* 390 0.190

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

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

850 0.090 CuZn37** 880 0.433 280 15Cr3*

34Cr4** 410 970 0.118 CuZn40* 800 0.330

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – 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 n: sè mò hóa bÒn m: sè mò tèc ®é hãa bÒn

§−êng ch¶y nãng:

m ε= &

f Kσ

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i

B¶ng th«ng sè §¦êNG CH¶Y Nãng

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

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

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

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

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

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

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

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

X5CrNiTi189* *

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

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

CuZn37** 0.201 44 750 0.134 81 450

AlZnMgCu1,5 **

CuZn40Pb2** 0.218 35 650

CuZn20Al** 0.180 70 800

CuZn28Sn** 0.162 68 800

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – 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

§Þnh nghÜa øng suÊt t¹i mét ®iÓm

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.

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i

1.2.1 øng suÊt

øng suÊt kü thuËt vµ øng suÊt thùc

F

(cid:1)0

d(cid:1)

øng suÊt thùc ø Êt thù

øng suÊt kü thuËt

σ =

σ = 0

F A

F A 0

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

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i

1.2.1 øng suÊt

τ xy σ

τ τ

σ x •

yz σ

•

y •

⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

HÖ to¹ ®é §Ò c¸c

HÖ to¹ ®é chÝnh

0 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 = ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – 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:

const

- BÊt biÕn I1 lµ bÊt biÕn bËc nhÊt σ

1 =

- BÊt biÕn I2 lµ bÊt biÕn bËc hai

const

= −

σ σ x

σ σ y

σ σ z

2 xy

2 yz

2 zx

) )

( (

- BÊt biÕn I3 la bÊt biÕn bËc ba

const

σ σ σ

τ τ τ

−

σ τ x

2 yz

σ τ y

2 zx

σ τ z

2 xy

σ1 ; σ2 ; σ3 – lµ nghiÖm cña ph−¬ng tr×nh: 3 − σ

−

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – 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, y, z:

x’ - x = ux y’ - y = uy ’ z’ - z = uz

BiÕn d¹ng dµi vµ biÕn d¹ng gãc trªn mÆt ph¼ng z

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i

1.2.2 biÕn d¹ng

BiÕn d¹ng dµi vµ biÕn d¹ng gãc :

u ∂

=γ xy

y x ∂

u ∂ x x ∂ u ∂

u ∂ x y ∂ u ∂

=γ yz

+ +

ε ε

γ =γ zx

y z ∂ u ∂ z x ∂

y y ∂ u ∂ z z ∂

⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎪ u ∂ z ⎬ y ∂ ⎪ ⎪ u ∂ x ⎪ ⎪ z ⎭∂ ⎪

Ten x¬ biÕn d¹ng:

ε &

Ten x¬ tèc ®é biÕn d¹ng: ⎞ ⎛ ε & ⎟ ⎜ ε & ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ε ⎠ ⎝ &

ε & ε & ε &

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – 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

¹ g

F

l

Tr¹ng th¸i ®ang biÕn d¹ng

d l

l

Tr¹ng th¸i sau biÕn d¹ng

1

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i

1.2.2 biÕn d¹ng

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

=ε

l − 1 l

BiÕn d¹ng thùc (biÕn d¹ng logarit):

d d

ln l

=ϕ⇒=ϕ

dl dl l

l 1l 1 l

Ta cã:

=ϕ

( 1ln

)ε+

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

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i

1.2.3 Quan hÖ gi÷a øng suÊt vµ biÕn d¹ng

E ε

−

E ε

−

E ε

−

y y

( ν σ ( ν σ ( ( ν σ

) ) ) )

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

G γ

2 G=

G γ

( 1 ν +

)

G γ

⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎬ ⎬ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎭

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – 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:

(

− σσσε 1 1 3

1 D

1 2

−

ε 2

1 D D

−

ε 3

1 D

⎫ ⎡ ⎤ ) ⎪ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ ⎪ ⎪ 1 ⎡ ⎤ ) ( σσσ ⎬ ⎢ ⎥ 1 2 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.

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – 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.

(cid:131)§iÒu kiÖn dÎo Tresca-Saint Venant:

Ten x¬ øng suÊt trong vËt thÓ:

σ−

max

min

k f

σ ij

σ 2 0

σ 3

σ ⎛ 1 ⎜ 0 = ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

(cid:131)§iÒu kiÖn dÎo Huber-Mises:

−

(

)

(

)

(

)

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×:

0 575, k

≈

1 3

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i