29/09/2021
1
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
Chương 2. Biến dạng dẻo và cơ tính
2.1. Biến dạng đàn hồi
2.2. Biến dạng dẻo
2.3. Phá hủy vật liệu
2.4. Kết tinh lại
2.5. Các chỉ tiêu cơ tính
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
Chương 2. Biến dạng dẻo và cơ tính
Biến cứng Co thắt
0
đh
ch
b
đh BD đàn hồi + BD dẻo
0
L
L
Độ dãn dài tỷ đối
(biến dạng quy ước)
Độ co thắt tỷ đối
%100.
0
0
A
AAf
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.1. Biến dạng đàn hồi
-Biến dạng: Sự thay đổi kích thước, hình dạng của vật liệ
u dưới tác dụng của tải trọng
-Biến dạng đàn hồi: Biến dạng mất đi khi bỏ tải
<
đh
E → Mô đun đàn hồi
G → Mô đun trượt
→ Hệ số Poisson
→ Góc xê dịch
.
E
.
xy xy
G
Định luật Hooke
Khi xê dịch thuần túy
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.1. Biến dạng đàn hồi
Cơ chế biến dạng đàn
hồi?
A,B,m,n → hằng, số m > n
d
F
qp
r
B
r
A
F''
Năng lượng
• Khi chịu tải nén: R<R
0
: xuất hiện lực đẩy
• Khi chịu tải kéo: R>R
0
: xuất hiện lực hút
11 mn
r
mB
r
nA
F
mn
r
B
r
A
Hút
Đẩy
Lực
Khoảng cách
Lực hút
Lực đẩy
r
0
F
0
du
dF
const
du
d
0
2
2
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.1. Biến dạng đàn hồi
Cơ chế biến dạng đàn hồi?
ku
du
d
u
dr
d
F
0
2
2
Chuỗi Taylor:
Khi chịu nén, kéo
● Khi năng lượng liên kết liên tục (u = r – r
0
)
● Đạo hàm: , khi u = 0
● Xê dịch với u << r
0
)(u
0
)(
du
ud
0
2
2
2
0
02
1
)(
du
d
u
du
d
uu
Khi u = 0:
0
2
2
2
02
1
)(
du
d
uu
Khi tác dụng ngoại lực bên ngoài:
const
du
d
0
2
2
0
)(
u
u
k
du
d
0
2
2
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.1. Biến dạng đàn hồi
Cơ chế biến dạng đàn
hồi?
a) Ban đầu: khi chưa chịu tải, các nguyên tử chỉ dao động xung
quanh vị trí cân bằng,
đh
=
d
= 0
b) Biến dạng dàn hồi: < giới hạn đàn hồi, các nguyên tử xê dịch
trong phạm vi hẹp nhỏ hơn hằng số mạng, có thể trở về vị trí ban
đầu khi bỏ tải
Trượt: là sự xê dịch hai phần tinh thể
với nhau mà cấu tạo tinh thể trong hai
phần đó không thay đổi
1 2
3 4
5 6
29/09/2021
2
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.2. Biến dạng dẻo
-Biến dạng dẻo: Biến dạng còn tồn tại khi bỏ tải
>
đh
a) Ban đầu: khi chưa chịu tải, các nguyên tử chỉ dao động xung quanh vị trí
cân bằng,
đh
=
d
= 0
b) Biến dạng dàn hồi: < giới hạn đàn hồi, các nguyên tử xê dịch trong phạm
vi hẹp nhỏ hơn hằng số mạng, có thể trở về vị trí ban đầu khi bỏ tải
c) Biến dạng dẻo: > giới hạn đàn hồi, có cả biến dạng đàn hồi và biến dạng
dẻo
d) Khi bỏ tải: = 0,
đh
= 0,
d
0
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.2. Biến dạng dẻo
Trượt khi có lệch biên
Trượt trong đơn tinh thể
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.2. Biến dạng dẻo
Trượt đa tinh thể
Hạt
Ma sát trượt
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.2. Biến dạng dẻo
● Biến dạng dẻo do trượt đòi hỏi ứng suất trượt
● Xác định mặt trượt, phương trượt dễ xảy ra trượt
Hệ trượt Mặt trượt Phương trượt
Phương trượt
Mặt trượt
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.2. Biến dạng dẻo
Biến dạng
Ứng suất
Giới hạn bền
0
Gia đoạn 2
(độ nghiêng 3.10-3 G)
Miền: Biến dạng đàn hồi (độ nghiêng G)
Giai đoạn 1
(độ nghiêng 10-4 G)
Gia đoạn 3
(độ nghiêng 10-3 G)
● Miền biến dạng đàn hồi
● Miền biến dạng dẻo được chia làm
ba giai đoạn:
- Giai đoạn 1, 2: để biến dạng tiếp
tục cần tăng ứng suất (hóa bền
biến dạng) (mức biến dạng 5-
20%)
- Giai đoạn 3: bắt đầu khi mức độ
biến dạng (30-50)%
Đường cong ứng suất – biến dạng
G
Trượt trong đơn tinh thể, hệ trượt
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.2. Biến dạng dẻo
Các mặt và phương trượt
Mặt trượt: Mặt (tưởng tượng) phân cách giữa hai mặt nguyên tử dày đặc nhất
tại đó xảy ra hiện tượng trượt
Mặt dày đặc nhất?
Điều kiện:
- Liên kết giữa các nguyên tử bề vững nhất
- Khoảng cách giữa hai mặt là lớn nhất
Phương trượt: Phương có mật độ nguyên tử lớn nhất
Hệ trượt: sự kết hợp giữa một phương trượt và một mặt trượt
7 8
9 10
11 12
29/09/2021
3
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.2. Biến dạng dẻo
Hệ trượt trong mạng A
1
Họ mặt trượt: {111}, số lượng: 4
Họ phương trượt <110>, số lượng: 3
Hệ trượt = số phương trượt x số mặt trượt = 12
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.2. Biến dạng dẻo
Hệ trượt trong mạng A
2
Họ mặt trượt: {110}: 6
Họ phương trượt <111>: 2
Hệ trượt = số phương trượt x số mặt trượt = 12
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.2. Biến dạng dẻo
Hệ trượt trong mạng A
3
Mặt xếp chặt nhất: {0001}: 1
Họ phương xếp chặt nhất : 3
Hệ trượt = số phương trượt x số mặt trượt = 3
0
2
11
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.2. Biến dạng dẻo
Ti
, Zn, Mg, BeFe
, Cr, W, VFe
, Al, Cu, AuKim loại
31212Hệ trượt
(3)<111> (2)<110> (3)
Họ phương
trượt
{0001} (1){110} (6){111} (4)Họ mặt trượt
Kiểu mạng
0211
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.2. Biến dạng dẻo
Định luật Schmid:
Diện tích mặt trượt: S = S
0
/cos
Lực tác dụng trên phương trượt: F
= Fcos
= F
/S = Fcos/(S
0
/cos)= (F/S
0
)coscos
=
0
cos
cos
F
S
N
S
0
Mặt trượt
Phương trượt
Ứng suất trượt tới hạn
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.2. Biến dạng dẻo
Định luật Schmid:
=
0
cos
cos

th
Không xảy
ra trượt
Không xảy
ra trượt
Dễ xảy ra
trượt
13 14
15 16
17 18
29/09/2021
4
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.2. Biến dạng dẻo
Displacement
Độ dịch chuyển, x
Ứng suất trượt,
● Khi = 0, x = 0 (x = b): trạng thái cân bằng
● Khi 0, x 0 (x b): = f(x)
● Biến dạng nhỏ: x<<b:
● Trong phép gần đúng:
x
a
x
GG
a
x
b
x
th
2
sin
a
bG
m
2
nếu a = b
2
G
m
Lý thuyết: 
th
= G/2. Thực tế:
th
= G/(8.10
2
 8.10
4
)
b
x
a
x
Gth
2
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.2. Biến dạng dẻo
Ứng suất trượt
Vật liệu Lý thuyết [MPa]
G/2Thực nghiệm [MPa]
Al 4200 0.7-0.8
Cu 7700 0.5-3
Fe 13000 25-30
Al
2
O
3
20000 19000
Diamond 46000 21000
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.2. Biến dạng dẻo
Đường cong ứng suất – biến dạng
Đa tinh thể
Ứng suất chảy dẻo
dưới
Đơn tinh thể
Ứng suất chảy
dẻo trên
Trượt đa tinh thể
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.2. Biến dạng dẻo
Lực đẩy
Lực hút
Lệch
triệt tiêu
Trường ứng suất của lệch
Nén
Kéo
Trượt đa tinh thể
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.2. Biến dạng dẻo
Theo định luật Schmid:
- (a) khi
th: các hạt biến dạng nhỏ.
- (b) khi
th: các hạt biến dạng lớn, xê dịch và trượt trong hạt
và giữa các hạt tạo nên sự chồng chéo và các khoảng trống.
- (c) lệch dịch chuyển và tương tác lẫn nhau dưới tác dụng của t
rường ứng suất.
- (d) Các hạt khớp lại với nhau với mật độ lệch cao ở biên hạt.
Trượt đa tinh thể
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.2. Biến dạng dẻo
Đặc điểm
- Các hạt bị biến dạng không đều
- Có tính đẳng hướng
- Có độ bền cao hơn
- Hạt càng nhỏ thì độ bền và độ dẻo
càng cao
Biểu thức Hall-Petch
ch = 0 + kd-1/2
ch
: ứng suất chảy
d: kích thước hạt
0
: ứng suất cho lệch chuyển động d  
k: hằng số
Trượt đa tinh thể
19 20
21 22
23 24
29/09/2021
5
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.2. Biến dạng dẻo
Các hạt có xu hướng dài ra theo phương biến dạng
ε = 40-50% các hạt sẽ bị phân
nhỏ và kéo dài tạo thớ
ε = 70-90% các hạt bị quay, các
phương mạng cùng chỉ số song song
tổ chức textua biến dạng
Tổ chức
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.2. Biến dạng dẻo
Ứng suất dư lớn do xô lệch mạng
tinh thể (tăng mật độ lệch)
Tính chất
Hạt tinh thể bị kéo dài theo
phương biến dạng : tính dị
hướng
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.2. Biến dạng dẻo
Tính chất:
- Cơ tính thay đổi: độ bền, độ cứng tăng; độ dẻo, độ dai
giảm. Điện trở tăng, khả năng chống ăn mòn giảm
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.3. Phá hủy
Là dạng hư hỏng trầm trọng nhất, không thể khắc phục được
thiệt hại về kinh tế, con người…..
cần phải có biện pháp khắc
phục
Đặc điểm chung: hình thành các vết nứt tế vi
phát triển vết
nứt
tách rời
phá huỷ
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.3. Phá hủy
a) Phá hủy trong điều kiện tải trọng tĩnh
- Phá hủy dẻo: kèm theo biến dạng dẻo đáng kể
+ phát triển với tốc độ chậm, cần nhiều năng lượng công phá hủy l
ớn
- Phá hủy giòn: kèm theo biến dạng không đáng kể
+ phát triển với tốc độ rất nhanh, cần năng lượng nhỏ công phá hủ
y nhỏ hơn
Phá hủy dẻo Phá hủy giòn
Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn
HUST – MSE
2.3. Phá hủy
a) Phá hủy trong điều kiện tải trọng tĩnh
Phá hủy giòn hay dẻo
- Bản chất của VL: Al, thép…phá hủy dẻo; gang, ceramic phá hủy gi
òn
- Nhiệt độ thấp, tốc độ đặt tải nhanh: vl dẻo bị phá hủy giòn
- Kết cấu gây tập trung ứng suất: vl dẻo bị phá hủy giòn
Chú ý: vết phá hủy có thể cắt ngang các hạt hay theo biên
giới hạt
25 26
27 28
29 30