V II-BI N D NG D O KIM LO I.
M t trong nh ng tính ch t làm cho kim lo i tr nên đ c ng d ng r ng rãi ượ
kh năng bi n d ng d o. Trong ch t o c khí tính ch t này c a kim lo i đ c ng ế ế ơ ượ
d ng trong các ph ng pháp gia công t o hình b ng áp l c. Đây m t trong nh ng ươ
ph ng pháp gia công kim lo i năng su t ch t l ng cao, đ c ng d ng r tươ ượ ượ
ph bi n. v y vi c nghiên c u các hi n t ng liên quan đ n bi n d ng d o c a ế ư ế ế
kim lo i c n thi t. cho ta hi u đ c b n ch t các hi n t ng (hi u ng) ế ượ ượ
luôn đi kèm v i bi n d ng d o, giúp ta d đoán tr c các bi n đ i v t ch c c ế ướ ế ơ
tính c a kim lo i khi gia công b ng các ph ng pháp có bi n d ng d o. ươ ế
1-Khái ni m: Bi n d ng d o là ph n bi n d ng c a kim lo i do ngo i l c tácế ế
đ ng gây ra v n còn gi l i trên v t th sau khi đã thôi tác d ng c a ngo i l c.
Xét thí nghi m kéo m u kim lo i (hnh 18):
Khi l c kéo P<Pđh : Tăng P bi n d ng ế l tăng lên, gi m P, bi n d ng ế l cũng
gi m theo. Khi P=0, bi n d ng ế l=0. Bi n d ng m t khi thôi tác d ng c a ngo i l c.ế
Ng i ta g i giai đo n này giai đo n bi n d ng đàn h i. Trong giai đo n này quanườ ế
h gi a bi n d ng và l c tác đ ng là m i quan h t l (đo n OA). ế
Khi P=Pch>Pđh : Ng i ta quan sát th y m c ngo i l c tăng r t ít ho c h uườ
nh không tăng, nh ng bi n d ng ư ư ế l tăng nhanh. Đây giai đo n ch y c a v t li u
(AB).
Hình 18: Thí nghi m kéo m u thép.
25
L=L
P
-L
0
L
0
L
p
P
E
P
âh
P
ch
P
o
F E'
L
AB
E
C
L
( )
λϕτ
CosSin
F
P
=
2
2
1
0
Khi P>Pch : Tăng ng ai l c P s làm tăng bi n d ng ế l, nh ng m i quan hư
gi a P l không còn m i quan h t l n a (đo n BC). Trong giai đo n này n u ế
gi m P bi n d ng ế l cũng s gi m, nh ng theo đ ng th ng đ t đo n EF. Khi P=0 ư ườ
ta nh n th y m u v n còn l i m t đo n bi n d ng ế lD=OF. Bi n d ng này đ c g iế ượ
bi n d ng d hay bi n d ng d o. Nh v y khi P=Pế ư ế ư E bi n d ngế
l=OE’=OF+FE’=lD+lđh .
Nh v y bi n d ng d o kim lo i ch x y ra khi ngo i l c tác đ ng v t quáư ế ượ
m t gi i h n nào đó (P TL). Khi bi n d ng d o m c đ bi n d ng ph thu c vàoế ế
m c đ tăng c a ngo i l c. Kh năng bi n d ng d o đ c đánh giá b ng ch tiêu đ ế ượ
giãn dài t ng đ i: ươ δ=lmax /L0 đ th t t đ i: ψ=F/F0 ; V i lmax giãn dài
t ng đ i l n nh t khi m u b kéo đ t, F và Fươ 0 -Ti t di n m u t i c th t khi đ t ế
ti t di n ban đ u c a m u. Các giá tr ngo i l c Pế đh , Pch g i các gi i h n đàn h i,
gi i h n ch y.
2-Hi u ng hoá b n-bi n c ng khi bi n d ng d o ế ế :
Khi m u thép đang tr ng thái bi n d ng d o ng v i ngo i l c tác đ ng ế
P=PE , n u ta gi m l c P=0, bi n d ng đàn h i m t m u còn l i bi n d ng d ế ế ế ư lD .
N u ti p t c tăng l c kéo tr l i m u l i ti p t c bi n d ng theo quy lu t ban đ uế ế ế ế
nh ng các gi i h n đàn h i gi i h n ch y đ u tăng h n so v i lúc ban đ u. Mi nư ơ
đàn h i c a m u ng v i đo n FE. Nh v y gi i h n đàn h i c a m u tăng t ư
PđhPE . Hi n t ng này g i là hi u ng hoá b n-bi n c ng c a v t li u khi bi n ượ ế ế
d ng d o.
3-Nguyên nhân c a bi n d ng d o và bi n c ng: ế ế
Nguyên nhân chính c a BD d o s tr t c a các m t tinh th . M t hình ượ
th c khác c a bi n d ng d o ít x y ra h n là song tinh. S tr t c a các m t tinh th ế ơ ượ
x y ra trên các h m t m t đ nguyên t dày đ c nh t cũng các h m t
kho ng cách xa nhau nh t, liên k t gi a các m t là y u nh t. Ph ng d tr t nh t ế ế ươ ượ
cũng ph ng m t đ nguyên t dày đ c nh t. Nguyên nhân gây nên tr t doươ ượ
ng su t ti p theo ph ng tr t do ngo i l c tác đ ng v t quá gi i h n tr t c a ế ươ ượ ư ượ
v t li u (hình 19).
hai c ch tr t: Tr t c ng tr t m m. Tr t m m c ch tr tơ ế ượ ư ượ ượ ơ ế ượ
ch y u, trong đó có vai trò quan tr ng c a l ch th ng (hình 20). ế
Trong quá trình tr t c a các m t tinh th s hình thành các l ch m i sượ
tích t l ch m ng.
S hình thành các l ch m i làm c n tr chuy n đ ng c a các l ch cũ là nguyên
nhân chính gây nên hi n t ng bi n c ng, hoá b n v t li u. ượ ế
ng su t gây tr t trên 01 đ n tinh th : ượ ơ
S tích t l ch là nguyên nhân chính t o ra v t n t và s phá hu d o. ế
Nh v y th hình dung quá trình bi n d ng d o bi n c ng c a v t li uư ế ế
kim lo i nh sau: Khi ng su t gây tr t do ngo i l c tác d ng trên m t h m t ư ượ
tr t thu n l i nào đó v t quá gi i h n b n tr t c a v t li u, s tr t s x y raượ ượ ượ ượ
trên h m t đó. S tr t s các chuy n đ ng liên t c c a vô s l ch th ng t n t i ượ
26
trong m ng tinh th theo ph ng tr t (theo c ch tr t m m). Trong quá trình d ch ươ ượ ơ ế ượ
chuy n đó có s c n tr c a các l ch có tr c không song song v i m t tr t và có s ượ
hình thành các l ch khác ti p t c gây c n tr chuy n đ ng c a l ch làm tăng gi i ế
h n b n tr t. Mu n ti p t c x y ra bi n d ng d o đòi h i ph i tăng ngo i l c tác ượ ế ế
d ng. Quá trình c ti p di n cho đ n khi trên các h m t tr t khác ng xu t gây ế ế ượ
tr t cũng l n h n gi i h n b n tr t, s tr t ti p t c x y ra theo các h m t này.ượ ơ ượ ượ ế
Cùng v i s tr t s xoay c a các m t tinh th sao cho h các m t tr t ượ ượ
đ nh h ng có l i nh t cho s tr t. ướ ượ
T các phân tích trên có th rút ra m t s k t lu n: ế
-Các kim lo i
ki u m ng LPDT
nhi u m t
ph ng tr t đ nhươ ượ
h ng đ u trongướ
không gian nên d
tr t nh t (d cácượ
m t tr t vào v trí ượ
thu n l i cho s
tr t). Các kim lo iượ
này tính d o cao
nh t sau đó m i t i
các KL ki u m ng
LPTT, các KL ki u
m ng LGXC kém d o
nh t.
-Các biên gi i h t cũng là các nguyên nhân c n tr s tr t c a tinh th , vì v y ượ
các v t th kim lo i có h t nh , biên gi i h t nhi u s b n h n các KL h t l n đ ng ơ
th i cũng có kh năng bi n d ng d o cao h n. ế ơ
-Kim lo i nguyên ch t d o h n h p kim vì có c u trúc 1 pha có ít l ch. ơ
-Các c u trúc h n h p c h c trong đó các pha c ng giòn c n tr s tr t ơ ượ
c a các tinh th kh năng bi n d ng nên đ b n cao h n, kh năng bi n d ng ế ơ ế
d o kém h n. ơ
-Khi đ bi n d ng l n >70% do hi n t ng xoay c a các tinh th nên v t đa ế ượ
tinh th có th tính d h ng. ướ
4-Anh h ng c a bi n d ng d o đ n t ch c t vi và tính ch t kim lo i:ưở ế ế ế
-Trong sau khi tr t, m ng tinh th xung quanh m t tr t b l ch. Cácượ ượ
h t tinh th b bi n d ng không đ u, xu th chung dài b t ra theo ph ng ế ế ươ
bi n d ng. Khi đ bi n d ng đ t 40-50%, h t b phân nh ra, t p ch t và pha th haiế ế
cũng b nh v n kéo dài ra theo ph ng bi n d ng t o thành t ch c th . Khi đ ươ ế
bi n d ng >70% các h t b quay đ n m c ph ng m ng c a chúng g n nh songế ế ươ ư
song v i nhau t o nên hi n t ng đ nh h ng ho c textua. ượ ướ
27
τ
Hình 19: Söï tröôït ñôn tinh theå.
Hình 20: Cô cheá tröôït meàm.
P
Phöông
tröôït
λ
ϕ
-Sau khi bi n d ng d o trong kim lo i t n t i ng su t d dol ch m ng ế ư
s bi n d ng không đ u gi a các h t. Nói chung ng su t này h i cho c tính, ế ơ
nh ng trong m t s tr ng h p ng i ta l i c ý t o ra nó đ làm tăng gi i h n m i.ư ư ườ
-Sau bi n d ng d o c tính kim lo i thay đ i theo chi u h ng tăng đ b n,ế ơ ướ
đ c ng, gi m đ d o đ dai, gi m kh năng bi n d ng d o. Nh bi n d ng d o ế ế
ng ì ta th làm tăng đ b n, đ c ng kim lo i lên 1.5-3 l n, tăng gi i h n ch y,ươ
gi i h n đàn h i lên 3-7 l n. v y đây là ph ng pháp hoá b n r t hi u qu ươ
trong kĩ thu t, nh ng ph i chú ý là nó làm gi m m nh đ d o, đ dai. ư
5-Nung kim lo i đã qua bi n d ng d o: ế
Khi nung kim lo i đã qua bi n d ng d o lên đ n trên m t nhi t đ nh t đ nh ế ế
nào đó c g i nhi t đ k t tinh l i) thì bên trong t ch c c a kim lo i s ượ ế
nh ng chuy n bi n x y ra, chuy n bi n này g i s k t tinh l i. Nói chung sau khi ế ế ế
k t tinh l i, kim lo i xu h ng chuy n bi n v tr ng thái ban đ u, t c th iế ướ ế
b n, tăng đ d o đ dai. Các giai đo i c a chuy n bi n x y ra theo trình t nhi t đ ế
nung nh sau:ư
a)Giai đo n h i ph c: Khi nhi t đ nung còn th p h n nhi t đ k t tinh l i, ơ ế
trong m ng tinh th kim lo i ch các chuy n bi n nh nh gi m sai l ch, gi m ế ư
m t đ l ch… Các chuy n bi n này tác d ng làm gi m ng su t bên trong c a ế
kim lo i, nh h ng r t ít đ n c tính. ưở ế ơ
b)Giai đo n k t tinh l i: Khi nhi t đ nung l n h n nhi t đ k t tinh l i, trong ế ơ ế
t ch c t vi c a kim lo i b t đ u chuy n bi n. Đó là s hình thành các h t tinh ế ế
th m i hoàn toàn theo đúng c ch t o m m phát tri n m m khi k t tinh. Hi n ơ ế ế
t ng này đ c g i là hi n t ng k t tinh l i. Sau khi quá trình k t tinh l i x y ra,ườ ượ ượ ế ế
các tinh th kim lo i m i đ c hình thành hoàn toàn không còn ch a nh ng sai l ch ượ
do quá trình bi n d ng d o tr c đó t o ra.ế ướ
Nhi t đ k t tinh l i nhi t đ th p nh t x y ra s k t tinh l i v i t c đ ế ế
đáng k . Nhi t đ này ph thu c vào nhi t đ nóng ch y c a kim lo i: T KTL=K*Ts
H s t l K ph thu c các y u t nh : Đ s ch c a kim lo i, m c đ bi n ế ư ế
d ng và th i gian gi nhi t.
Trong đi u ki n bi n d ng l n ế ε>40-50%, th i gian 1-2 h , đ i v i các kim
lo i nguyên ch t thu t K=0.4, kim lo i tinh khi t K=0.2-0.3, dung d ch r n K=0.5- ế
0.8.
Nhi t đ k t tinh l i c a m t s kim lo i nguyên ch t kĩ thu t nh sau: ế ư
Fe(1539oC)=4500C; Cu(10830C)=2700C;
Al(6580C)=1000C;
Pb, Zn, Sn, nhi t đ ch y trên d i 300 ướ 0C, nhi t đ k t tinh l i th p h n ế ơ
nhi t đ th ng. ườ
c c)T ch c t vi và tính ch t kim lo i sau khi k t tinh l i: ế ế
-Sau khi quá trình k t tinh l i x y ra, các tinh th kim lo i m i đ c hình thànhế ượ
hoàn toàn không còn ch a nh ng sai l ch do quá trình bi n d ng d o tr c đó t o ra. ế ướ
Nh ng v n đ c b n có tính ch t quy t đ nh đ n c tính sau khi k t tinh l i là kíchư ơ ế ế ơ ế
th c c a h t. Kích th c h t sau khi k t tinh l i có th l n h n ho c nh h n kíchướ ư ế ơ ơ
th c h t ban đ u, đi u đó ph thu c các y u t sau:ướ ế
28
+M c đ bi n d ng: m c đ bi n d ng nh (trong kho ng 2-8% -Đ bi n ế ế ế
d ng t i h n) m c đ xô l ch m ng ít, khi k t tinh l i s l ng m m sinh ra ít, h t ế ượ
t o thành r t l n. Trong kĩ thu t nên tránh đ bi n d ng này. ế
+Nhi t đ : Nhi t đ cao h n nhi u so v i nhi t đ k t tinh l i s làm h t ơ ế
l n.
+Th i gian kéo dài cũng làm h t l n.
-V c tính: Nói chung sau khi k t tinh l i kim lo i tr nên m m d o h n, đ ơ ế ơ
b n đ c ng gi m. N u h t t o thành sau khi k t tinh l i nh h n h t ban đ u ế ế ơ
(tr c khi bi n d ng d o), thì c tính c a kim lo i s t t h n (b n h n, d o daiướ ế ơ ơ ơ
h n). Ng c l i n u h t t o thành l n h n kích th c h t ban đ u thì c tính s x uơ ượ ế ơ ướ ơ
h n.ơ
6-Bi n d ng nóng kim lo i:ế
-Bi n d ng d o kim lo i nhi t đ cao h n nhi t đ k t tinh l i g i bi nế ơ ế ế
d ng nóng.
-Khi bi n d ng nóng kim lo i hai quá trình trái ng c nhau đ ng th i x yế ượ
ra:
+Bi n d ng d o đi kèm v i hi u ng hoá b n, bi n c ng kim lo i, gi m đế ế
d o đ dai.
+K t tinh l i v i xu h ng tr v c tính ban đ u: Th i b n, gi m đ c ng,ế ướ ơ
tăng d o dai.
-K t qu cu i cùng ph thu c vào s t ng tác c a hai quá trình trên cácế ươ
đi u ki n ti n hành bi n d ng. Khi bi n d ng ti n hành nhi t đ cao, m c đ ế ế ế ế
t c đ bi n d ng l n, k t thúc bi n d ng nhi t đ cao h n nhi t đ k t tinh l i thì ế ế ế ơ ế
hai quá trình bi n c ng và k t tinh l i có th hoàn toàn tr kh l n nhau, kim lo i sauế ế
bi n d ng v n gi đ c các tính ch t ban đ u. Khi ti n hành bi n d ng nhi t đế ượ ế ế
không đ cao, k t thúc nhi t đ g n ho c nh h n nhi t đ k t tinh l i, quá trình ế ơ ế
k t tinh l i không k p x y ra hoàn toàn, k t qu là kim lo i b bi n c ng.ế ế ế
-Bi n d ng kim lo i tr ng thái nóng nhi u u đi m: Kim lo i m m d oế ư
h n d bi n d ng ti t ki m đ c l c và công, có th ti n hành bi n d ng v i t c đơ ế ế ượ ế ế
cao đ bi n d ng l n, nh t các phôi kích th c l n, quá trình bi n d ng ế ướ ế
kh năng hàn kín đ c các v t n t, r , các khuy t t t trong kim lo i nh hi n t ng ượ ế ế ượ
khu ch tán. Nh c đi m c a bi n d ng nóng làm t p ch t các pha th haiế ượ ế
không tham gia vào quá trình bi n d ng b nát v n kéo dài ra t o nên t ch c th ,ế
lúc này kim lo i tính d h ng m nh. N u th t o đúng s l i khi ch u l c, th ướ ế
t o sai s làm gi m c tính c a v t li u. ơ
VIII PHÁ HU KIM LO I:
1-Phá hu trong đi u ki n t i tr ng tĩnh:
-Phân bi t hai d ng phá hu : Giòn d o. Phá hu d o s phá hu kèm
theo hi n t ng bi n d ng d o m c đ r t ngay t i vùng lân c n c a phá hu . ượ ế
Nh v y n u quan sát th ng xuyên ta th d đoán đ c kh năng gây phá hu ư ế ườ ượ
nh ng v trí các d u hi u xu t hi n bi n d ng d o. Ng c l i, phá hu giòn ế ượ
29