Bài giảng Vật liệu học: Chương 2 – Cơ tính vật liệu kim loại

Chia sẻ: Trinh _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:58

Thêm vào BST

Báo xấu

60
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật liệu học: Chương 2 – Cơ tính vật liệu kim loại giới thiệu nội dung về biến dạng dẻo, phá hủy, các chỉ tiêu cơ tính gồm độ bền tĩnh, độ dẽo, đọ dai va đạp, độ cứng. Mời các bạn tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật liệu học: Chương 2 – Cơ tính vật liệu kim loại

om .c Chương 2 ng co Cơ tính vật liệu kim loại an th o ng du u cu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
om .c Chương 2 ng co Cơ tính vật liệu kim loại an th o ng du u cu 1 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nội dung 2.1 Biến dạng dẻo om 2.2 Phá hủy .c 2.3 Các chỉ tiêu cơ tính ng co 2.3.1 Độ bền tĩnh an 2.3.2 Độ dẻo th ng 2.3.3 Độ dai va đập o 2.3.4 Độ cứng du 2.4 Kết tinh lại u cu 2 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
2.3 Các chỉ tiêu cơ tính om Cơ tính: các đặc trưng cơ học cho biết khả năng chịu tải .c của vật liệu trong các điều kiện tương ứng. ng + Cơ sở của các tính toán sức bền co + Cơ sở để đánh giá khả năng sử dụng vật liệu vào một an th mục đích nhất định ng + Được xác định trên các mẫu chuẩn nhỏ. o du Chú ý: u cu - Mẫu thử lớn thường có cơ tính thấp hơn. - Hệ số an toàn: sự khác nhau giữa điều kiện thử và làm việc 3 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
2.3.1 Độ bền tĩnh Độ bền tĩnh: tập hợp các đặc trưng cơ học phản ánh khả năng chịu tải trọng cơ học tĩnh của vật liệu om Xác định các chỉ tiêu này: thử kéo, nén, uốn, xoắn trên các mẫu thử tiêu chuẩn của các mác vật liệu .c ng Đơn vị của ứng suất: co SI : kG/mm2, MPa (N/mm2), Pa (N/m2) Ứng suất, σ an σb c USA, British: psi, ksi th d TCVN: kG/mm2 ng σch 1 kG/mm2 ≈ 10 MPa σđh ab o 1MPa ≈ 0,1 kG/mm2 du 1ksi ≈ 103psi ≈ 0,703 kG/mm2 ≈ 6,9 MPa u cu Biến dạng, ε Có 3 chỉ tiêu: σđh, σch , σb O CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4
Các chỉ tiêu Giới hạn đàn hồi (đh): là ứng suất lớn nhất, sau khi bỏ tải, không làm mẫu bị thay đổi hình dạng, kích thước. om Fđh: lực kéo lớn nhất không gây biến dạng mẫu sau khi bỏ tải (N) .c So: tiết diện mẫu thử (mm2) ng Giới hạn đàn hồi quy ước (0,01, 0,05) co Giới hạn chảy vật lý (ch): là ứng suất bé nhất gây biến dạng dẻo. an th ng Fch: lực kéo bé nhất gây biến dạng gây biến dạng dẻo (N) o Giới hạn chảy quy ước (0,2) du u Giới hạn bền (b): là ứng suất lớn nhất tác dụng lên mẫu gây ra cu biến dạng cục bộ (hình thành cổ thắt) dẫn đến phá hủy Fb: lực kéo lớn nhất trên biểu đồ kéo (N) 5 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Các yếu tố ảnh hưởng tới độ bền - Hóa bền vật liệu Sợi Fe đơn tinh thể: 13000 MPa ζb max 1 om 2 Fe sạch kt: 250 Mpa Độ bền 1. Độ bền theo lý thuyết .c 2. Độ bền của đơn tinh thể ng 4 3. Các kim loại nguyên chất sau ủ co 3 1010-1012 cm-2 4. Kim loại sau biến dạng, hoá bền an ζb min th 108cm-2 mật độ lệch, cm/cm3 ng Giản đồ sự phụ thuộc của giới hạn bền vào mật độ lệch o du Nguyên lý tăng bền: Hạn chế hoặc cản trở sự chuyển động của lệch u cu Giảm mật độ lệch: khó Tăng độ bền: Tăng mật độ lệch: dễ 6 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Có 5 biện pháp: tăng độ bền của vật liệu 1. Biến dạng dẻo: tăng xô lệch mạng, tăng mật độ lệch 2. Hợp kim hoá: tăng xô lệch mạng, tăng mật độ lệch om .c ng co an th ng 3. Hóa bền tiết pha: tạo ra các pha thứ 2 nhỏ mịn phân tán đều trên vật o du liệu nền ↔ các chướng ngại cản trở chuyển động của lệch u 4. Nhiệt luyện: tôi → tạo độ quá bão hoà → tăng xô lệch mạng cu 5. Làm nhỏ hạt: tăng diện tích biên hạt → tăng cản trở lệch 7 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
2.3.2 Độ dẻo (%, %) Khái niệm: Là tập hợp các chỉ tiêu cơ tính phản ánh độ biến dạng dư của vật liệu khi bị phá huỷ dưới tải trọng tĩnh om .c ng l0 l1 co an Mẫu trước thử kéo Mẫu sau thử kéo Mẫu trước thử kéo Mẫu sau thử kéo th Các chỉ tiêu: Độ giãn dài tương đối & độ co thắt tương đối ng l1  l0 S0  S1 o %  .100% % Vật liệu giòn: δ < ~5% du .100% l0 S0 u Ý nghĩa thực tế: Các yếu tố ảnh hưởng cu • Mức độ biến dạng dẻo trước khi bị phá Nhiệt độ hủy → thiết kế và lựa chọn vật liệu Tốc độ biến dạng • Mức độ biến dạng dẻo cho phép trong Kích thước hạt quá trình gia công CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 8
2.3.3 Độ dai va đập (ak, Ak) Khái niệm: Khả năng chịu tải của vật liệu dưới tác dụng của tải trọng tăng lên đột ngột om Thí nghiệm thử độ dai va đập với mẫu charpy .c ng sample co an th o ng du u cu final height initial height Ak = Công phá hủy = hiệu thế năng của con lắc trước và sau một hành trình rơi 9 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
TCVN, ak = Công phá hủy tính cho một đơn vị diện tích cắt ngang mẫu Ak Nm/cm2, •Là chỉ tiêu cơ tính mang tính chất định tính, không ak  om được đưa vào các công thức tính toán sức bền. kJ/m2, S •Sử dụng độc lập để so sánh khả năng chịu tải va .c kGm/cm2 đập giữa các vật liệu với nhau ng Chi tiết chịu va đập cần ak>200 kJ/m2 co Chi tiết chịu va đập cao cần ak>1000 kJ/m2 an σ Ceramic th Ak   F  l o ng F Kim loại Bản chất của độ dai va đập: du ak = f(ζ0,2,δ) ≈ độ bền x độ dẻo u cu Polyme Trong vật liệu kim loại, tăng ak như thế nào? ε O Δl 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Các biện pháp nâng cao ak Trong vật liệu kim loại: 0,8-1% C • Các phương pháp ↑ζb thì ak ↓ om • Các phương pháp ↑δ thì ak ↑ .c ng co 0,2% C an th o ng du - Tạo cấu trúc hạt nhỏ mịn: tăng bền, dẻo → ak ↑ u - Hóa bền bề mặt tăng bền, cứng lớp b/m, không làm giảm độ dẻo lõi cu - Hình dạng hạt tròn, đa cạnh có độ dai cao hơn hạt có dạng tấm, kim. - Số lượng, hình dạng, kích thước và sự phân bố của các pha giòn: số lượng nhiều, kích thước lớn, …. ak ↓ 11 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
2.3.4 Độ cứng F Nguyên lý xác định độ cứng: Ép tải trọng xác h định lên mẫu thông qua mũi đâm bằng vật liệu Vật liệu om cứng tạo vết lõm trên bề mặt, căn cứ vào chiều sâu và kích thước vết lõm → độ cứng .c d1 Khái niệm: khả năng vật liệu chống lại biến ng d2 dạng dẻo cục bộ dưới tác dụng của tải trọng co thông qua mũi đâm. an th Đặc điểm: ng - Chỉ biểu thị cho tính chất bề mặt (vật liệu không đồng nhất) o du - Khả năng chống mài mòn của vật liệu; u - Biểu thị độ bền và khả năng gia công cắt của vật liệu; cu - Sử dụng mẫu nhỏ, đơn giản, nhanh chóng, không phá hủy, có thể đo trực tiếp trên chi tiết → phù hợp với điều kiện sản sản xuất. 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Phân loại Độ cứng tế vi Tải trọng nhỏ, 1-1000g, mũi đâm om bé: xác định độ cứng của các .c hạt, pha trong tổ chức của vật liệu (kết hợp cùng hệ thống kính ng hiển vi quang học). co an Độ cứng thô đại th Tải trọng và mũi đâm lớn: phản ánh khả ng năng chống lại biến dạng dẻo của nhiều hạt, o du pha  xác định độ cứng chung cho vật liệu • Độ cứng Brinell : HB u cu • Độ cứng Vickers: HV • Độ cứng Rockwell: HR - HRA, HRB, HRC Kí hiệu: H- (H = hardness) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 13
Độ cứng Brinell (HB) Mũi đâm: hình cầu (thép đã nhiệt luyện / WC) D=10; 5; 2,5 mm om Tải trọng: F = 500 – 3000 kG; t = 10 - 30s .c Vật liệu: độ cứng ≤ 450 HB: HK màu, thép đã ủ, … ng co an th Ưu điểm: b = a.HB (a = 0,3 ÷ 0,5) ng Nhược điểm: o du - Chỉ đo được cho các vật liệu có độ cứng ≤ 450 HB u - Mẫu phải phẳng, to, dày; vết lõm to → thường cu không đo trên sản phẩm - Không cho phép đo trên các mặt cong: trục, …. - Thời gian đo lâu 14 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Độ cứng Rockwell HR (HRA, HRB, HRC) Thang đo Mũi đâm Tải trọng Vật liệu HRA Hình nón α=120o 10 +50 Mọi vật liệu, HRC: thép đã NL; kim cương HRA: chi tiết mỏng, lớp thấm om HRC 10 + 140 Hình cầu; D=1/16-1/2 in Vật liệu mềm và có độ cứng vừa phải: .c HRB 10 + 90 Thép đã NL HK màu, thép ủ, thường hóa, gang đúc ng f co Ưu điểm: f F h (mm)f an - Đo được các vật liệu từ tương đối mềm đến cứng; th ng HR = k - (h/0,002) o - Vết lõm khá nhỏ, có thể đo các du h ↓ 0,002 mm (2μm) → HR ↓ 1 đơn vị vật mỏng, lớp hóa bền và ngay u k (mức khởi tính) = 100 (HRC, HRA); trên thành phẩm và trên mặt trục; cu k = 130 (HRB) Chú ý: - Đo nhanh, tiện lợi phù hợp với HR là loại độ cứng quy ước, không có điều kiện sản xuất. thứ nguyên Thang super: mẫu mỏng ≤ 0,3 mm 15 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Độ cứng Vickers HV Mũi đâm: hình tháp 4 mặt đều (kim cương); góc ở đỉnh giữa 2 mặt đối diện α = 136o om Tải trọng: F = 1 – 100 kG; t = 10 – 30 s .c Vật liệu: Mọi loại vật liệu, đặc biệt cho mẫu mỏng ng  co 2 F sin F 2  1,854 F , kG / mm2 HV   an S d2 d2 th Ưu điểm: ng - Kết quả đo không phụ thuộc tải trọng (HV~F/d2) o du - Xác định được độ cứng cho mọi loại vật liệu, mẫu mỏng; u cu - Độ cứng chuẩn trong NCKH. Nhược điểm: không tiện lợi bằng phương pháp đo Rockwell. 16 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nội dung 2.1 Biến dạng dẻo om 2.2 Phá hủy .c 2.3 Các chỉ tiêu cơ tính ng co 2.4 Kết tinh lại an th 2.4.1. Sự thay đổi tổ chức, cơ tính của vật liệu kim loại ng sau biến dạng dẻo o 2.4.2. Sự thay đổi tổ chức, cơ tính khi ủ vật liệu kim loại du đã qua biến dạng dẻo u cu 2.4.3. Biến dạng nóng, biến dạng nguội 17 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
2.4.1. Sự thay đổi tổ chức, cơ tính của vật liệu kim loại sau BDD om Cán .c ng co Hạt đa cạnh Hạt dẹt và kéo dài theo an Độ dẻo cao phương BD th Độ bền thấp ng o du u cu ε = 40-50%  các hạt , tạp, pha 2 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 18 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Sau biến dạng dẻo: Mạng bị xô lệch  Gây ra ứng suất dư lớn Cơ tính thay đổi theo chiều hướng hóa bền: Độ bền, độ cứng tăng Có xu hướng biến giòn Độ dẻo giảm om Hóa bền biến dạng .c ng co an th o ng du u cu Tại sao phải ủ kim loại đã qua biến dạng dẻo? Để khôi phục lại tính dẻo cho biến dạng dẻo tiếp theo Để khử bỏ ứng suất bên trong Để gia công cắt gọt tiếp theo 19 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt