Bài giảng Vật liệu học chương 2: Trần Thị Xuân (tóm tắt, chi tiết)

Chương 2. Cơ tính của vật liệu

4/24/2022

1. Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy

2. Nung kim loại đã qua biến dạng dẻo

3. Biến dạng nóng

4. Các đặc trưng cơ tính và các yếu tố ảnh hưởng

❖ Khái niệm: là sự thay đổi hình dạng, kích thước của một vật thể rắn do tác dụng của lực, do thay đổi nhiệt độ, độ ẩm... hoặc do thay đổi cấu trúc nội tại. Do tác dụng của ngoại lực gọi là biến dạng cơ.

❖ Kiểu biến dạng: nén, kéo, uốn, xoắn, và cắt (tùy thuộc

điểm đặt và phương, chiều của lực tác dụng)

Ứng suất

Biến dạng

MSE2228 Vật liệu học

Chương 2. Cơ tính của vật liệu

4/24/2022

❖ Thông số mạng và vị trí các

❖ Biến dạng đàn hồi là biến dạng bị mất ngay sau khi bỏ tải trọng

nguyên tử thay đổi không nhiều

❖ F < Fđh: biến dạng đàn hồi (là biến dạng bị mất ngay sau khi bỏ tải trọng) ❖ Tải trọng ứng với điểm e là tải trọng ứng với giới hạn đàn hồi ❖ Độ biến dạng l và tải trọng F tuân theo đl Hooke: F = k L hay  = E ❖ Fđh < F < Fb: biến dạng dẻo (biến dạng dư) + đàn hồi (là biến ❖ Mođun đàn hồi (môđun Young): dạng vẫn còn sau khi bỏ tải trọng). Mẫu bị dài ra đoạn l = Oa1 E = /= /

❖ F = Fb: xẩy ra biến dạng cục bộ (hình thành cổ thắt). F giảm nhưng mẫu vẫn tiếp tục biến dạng, mẫu phá hủy ở điểm c

Mẫu dạng thanh

Mẫu dạng trụ

Biến dạng dẻo: là biến dạng dư không bị

mất đi sau khi bỏ tải trọng tác dụng

 = d Lo

L o

d /2 Hệ số Poisson ν.

ν = -εx/εz = -εy/εz

w o

L = L w o

𝑮 =

𝑬 𝟐(𝟏 + ν)

d L /2

Quan hệ giữa modun đàn hồi E và modun trượt G

Xét 2 trường hợp: ▪ Biến dạng dẻo đơn tinh thể ▪ Biến dạng dẻo đa tinh thể

MSE2228 Vật liệu học

Chương 2. Cơ tính của vật liệu

4/24/2022

A. Biến dạng dẻo của đơn tinh thể: Các hệ trượt chính A. Biến dạng dẻo của đơn tinh thể: 2 hình thức

Kiểu mạng

A1

A2

A3

Trượt (chủ yếu) + Song tinh ❖ Trượt: là chuyển dời tương đối giữa các phần của tinh thể theo những mặt và phương nhất định (mặt trượt và phương trượt)

Số mặt trượt

4 mặt {111}

6 mặt {110}

1 mặt {0001}

Số phương trượt

3 phương <110>

2 phương <111>

3 phương <1120>

Số hệ trượt chính

12

3

▪ Mặt truợt: mặt (tuởng tuợng) phân cách giữa hai mặt nguyên tử dày đặc nhất (mặt xếp chặt) mà tại đó xảy ra hiện tuợng truợt

Kim loại

Fe, Al, Cu, Au

Fe, Cr, W, V

Ti, Zn, Mg, Be

nhất (phương xếp chặt) trong một mặt trượt

▪ Phương trượt: phương có mật độ nguyên tử lớn

❖ Kim loại có số hệ trượt càng cao → càng dễ biến dạng (càng dẻo) ❖ Cùng hệ tinh thể lập phương, kim loại có số phương trượt trên một ❖ Khả năng biến dạng dẻo được đánh giá bằng: mặt nhiều hơn → dễ biến dạng dẻo hơn số hệ trượt = (số mặt trượt) x (số phương trượt) ❖ Kim loại còn có thể trượt theo các hệ có mật độ xếp chặt thấp hơn (hệ

trong một mặt trượt

trượt phụ)

A. Biến dạng dẻo của đơn tinh thể: Điều kiện trượt  = 0 cos cos > th A. Biến dạng dẻo của đơn tinh thể: Mối quan hệ giữa  và F ❖ Chỉ thành phần ứng suất tiếp () của ngoại lực trên mặt và phương trượt mới gây trượt. Thành phần ứng suất pháp () không gây trượt →  phụ thuộc mạnh vào sự định hướng của mặt trượt và phương trượt

= Fs/Ss

với lực tác dụng (phụ thuộc vào thừa số Schmid: cos cos): ▪  = 90o → không xẩy ra trượt (có thể bị phá hủy mà không BDD) ▪  =  = 45o →  = max = 0 /2 → xẩy ra trượt khi max > th ▪  = 90o → không xẩy ra trượt (có thể bị phá hủy mà không BDD) • Fs = F.cos • Ss = So/cos →  = (F/So).cos. cos

→  = o.cos. Cos ▪ 0 = F/S0: ứng suất qui ước ▪ cos cos: thừa số Schmid  

MSE2228 Vật liệu học

 phải lớn hơn một giá trị tới hạn (th) mới xẩy ra trượt. th xác định bằng thực nghiệm: th(Cu) = 0,1 kG/mm2, th(Ni) = 0,5 kG/mm2

Chương 2. Cơ tính của vật liệu

4/24/2022

B. Biến dạng dẻo của đa tinh thể: ❖ Đặc điểm: ▪ Hạt định hướng khác nhau → các hạt biến A. Biến dạng dẻo của đơn tinh thể: Cơ chế trượt ❖ Cơ chế trượt cứng: khi trượt tất cả các nguyên tử ở mặt trượt hai bên trượt đồng thời (độ bền lý thuyết cao): dạng không đều (G là mođun trượt) th  G/2

❖ Cơ chế trượt nối tiếp: trong thực tế có lệch (độ bền thực tế thấp): th  3G/(8.103  8.104) ▪ Hạt định hướng ngẫu nhiên → đẳng hướng ▪ Biên hạt có xô lệch mạng → thêm yếu tố hãm lệch mới (so với trong đơn tinh thể)

❖ Ảnh hưởng của kích thước hạt: ▪ Hạt nhỏ → biên giới hạt nhiều → cản trở chuyển động của lệch → ứng suất tới hạn tăng → tăng bền, độ cứng. Biểu thức Hall-Petch:

▪ Hạt nhỏ → số hạt tăng → số phương mạng thích ứng với sự trượt ❖ Các yếu tố hãm lệch (cản trở chuyển động của lệch → tăng độ bền): Giao điểm của các lệch + Các nguyên tử tạp chất + Các phần tử phân tán của pha thứ hai tăng → tăng độ dẻo, dai

C. Tác dụng của biến dạng dẻo đến tổ chức tế vi:

D. Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tính chất: ❖ Sau biến dạng, KL có tồn tại ứng suất dư: ❖ Biến dạng dẻo làm biến đổi cơ tính của kim loại: - Tăng giới hạn bền (hóa bền) và độ cứng (biến cứng), giới hạn chảy, giới hạn đàn hồi - Giảm độ dẻo, độ dai → muốn cắt gọt và biến dạng tiếp thì phải ủ ❖ Tạo xô lệch mạng → tăng mật độ lệch ❖ Hình dạng hạt bị thay đổi: ▪ biến dạng lớn ( = 4050%) → hạt bị chia cắt, tạo nên tổ chức thớ ▪ biến dạng rất lớn ( = 7090%) → các mặt và phương trượt bị quay (các mặt và phương có chỉ số giống nhau) → Textua

MSE2228 Vật liệu học

❖ Biến dạng dẻo làm biến đổi lý tính, hóa tính của kim loại: - Dẫn điện, dẫn nhiệt giảm. Tăng hoạt tính hóa học → dễ bị ăn mòn

Chương 2. Cơ tính của vật liệu

4/24/2022

❖ Phá hủy: là dạng hư hỏng trầm trọng nhất, không thể khắc phục → thiệt hại về kinh tế, con người

Hạt nhỏ (A ~ v/n)

❖  > b → phá hủy

→ phải nghiên cứu để phòng tránh

❖ Cơ chế chung của phá hủy:

Hình thành các vết nứt tế vi → phát triển vết nứt → tách rời → phá huỷ

▪ Độ bền: b ▪ Độ cứng: H ▪ Độ dẻo: d (%) và  (%) ▪ Độ dai: ak

Phá hủy

❖ Phân loại: ▪ Phá hủy dẻo: là phá hủy kèm theo biến dạng dẻo đáng kể → tiết

Phá hủy ở nhiệt độ cao (phá hủy dão)

Phá hủy trong đk tải trọng tĩnh

diện mặt gãy thay đổi (phát triển với tốc độ chậm → cần công phá hủy lớn). Hay gặp ở kim loại, polyme nhiệt dẻo…

Phá hủy trong đk tải trọng thay đổi theo chu kỳ (mỏi)

▪ Phá hủy giòn: là phá hủy kèm theo biến dạng dẻo không đáng kể →

Phá hủy dẻo

Phá hủy giòn

• vật liệu • nhiệt độ • tốc độ biên dạng • sự tập trung ứng suất

MSE2228 Vật liệu học

tiết diện mặt gãy gần như không thay đổi (phát triển với tốc độ nhanh → cần công phá hủy nhỏ hơn). Hay gặp ở gang, polyme nhiệt rắn, hầu hết các ceramic… ❖ Cách nhận biết qua vết phá hủy:

Chương 2. Cơ tính của vật liệu

4/24/2022

Sợi

Vết cắt

❖ Cơ chế phá hủy với tải trọng tĩnh: ❖ Loại phá hủy phụ thuộc các yếu tố: ▪ Vật liệu: Thép → phá hủy dẻo, Gang → phá hủy giòn ▪ Nhiệt độ: Nhiệt độ cao → phá hủy dẻo, nhiệt độ thấp → phá hủy giòn ▪ Tốc độ biến dạng: tốc độ biến dạng lớn →

3

4

5

1

2

phá hủy giòn

▪ Sự tập trung ứng suất: Nơi tập trung ứng suất lớn, tiết diện biến đổi đột ngột → xu hướng phá hủy giòn. Ứng suất tập trung ở đầu nhọn m: 1. Hình thành cổ thắt (biến dạng dẻo cục bộ) 2. Xuất hiện vết nứt tế vi 3. Các vết nứt tế vi tích tụ, phát triển đến kích thước tới hạn 4. Vết nứt trên tới hạn phát triển nhanh 5. Phá huỷ vật liệu

liệu)

❖ Tính c theo từng cách lan truyền: ❖ Hình thành vết nứt tế vi: (vết nứt đầu tiên - mầm phá hủy vật

▪ Vết nứt khi kết tinh, nguội nhanh ▪ Các rỗ khí, bọt khí trong vật đúc ▪ Từ các pha độ kém bền trong vật liệu (graphit trong gang) ▪ Ở biên giới pha ▪ Ở nơi có tích tụ của lệch ❖ Phát triển vết nứt:

Sau khi hình thành vết nứt, thì sự phá hủy hoàn toàn phụ thuộc vào việc phát triển của nó. Theo A.A. Griffith thì vết nứt phát triển khi ứng suất lớn hơn ư/s tới hạn G:

Độ dai phá hủy: KC Độ dai phá hủy biến dạng phẳng: KIC (khi độ dày mẫu B lớn) Tấm vô hạn có vết nứt bên trong 2a: Y = 1 Tấm nửa vô hạn vết nứt hình nêm a: Y =1,1

MSE2228 Vật liệu học

Chương 2. Cơ tính của vật liệu

4/24/2022

❖ Biện pháp nâng cao giới hạn mỏi: ▪ Tạo lớp ứng suất nén dư trên bề mặt chi tiết: phun bi, lăn ép, tôi bề ❖ Phá hủy mỏi: Vật liệu chịu tải trọng không lớn (<< 0,2) nhưng thay đổi theo chu kỳ → có thể bị phá hủy sau thời gian dài làm việc (107 – 108 chu kỳ) → phá hủy mỏi Tải trọng theo chu kỳ mặt, hóa nhiệt luyện bề mặt (THẤM C,N)…

▪ Nâng cao độ bền tĩnh ▪ Tạo cho bề mặt có độ bóng cao, không có rãnh, lỗ, tránh những tiết diện thay đổi đột ngột

Nguyên lý của máy kiểm tra phá hủy mỏi

MSE2228 Vật liệu học

❖ Cơ chế phá hủy: cũng theo cơ chế hình thành và phát triển vết nứt. ❖ Vết nứt tế vi: ▪ Trượt biên hạt: Ở nhiệt độ cao, biên giới hạt dễ biến dạng hơn bản thân hạt→ các hạt có thể trượt lên nhau theo biên giới → vết nứt và phá hủy cũng xẩy ra theo biên giới → xuất hiên vết nứt tế vi ▪ Khả năng xuất hiện và phát triển vết nứt dão càng lớn khi tăng nhiệt độ và ứng suất

Chương 2. Cơ tính của vật liệu

4/24/2022

❖ 2 quá trình (khi nung KL qua biến dạng dẻo): ▪ Sau khi biến dạng dẻo: kim loại bị biến cứng – hóa bền biến dạng (có nhiều lệch, tồn tại ứng suất bên trong…) →không ổn định → xu hướng về trạng thái ổn định (xẩy ra ở mọi To nhưng chậm)

▪ Nung nóng để đẩy nhanh quá trình này: ngược lại quá trình biến cứng – thải bền: tăng độ dẻo, độ dai và giảm độ cứng, độ bền → để cải thiện tính cắt gọt, tính gia công áp lực

❖ Các giai đoạn chuyển biến khi nung nóng: ▪ Giai đoạn hồi phục (nung ở To  0,1  0,2

❖ Các giai đoạn chuyển biến khi nung nóng:

Tnc):

- Giảm sai lệch mạng, Giảm ứng suất, Thay đổi tính chất không nhiều, Tổ chức ít biến đổi ▪ Giai đoạn hồi phục (nung ở To  0,1  0,2 Tnc < Tktl): - Giảm sai lệch mạng: nút trống và sai lệch điểm giảm đi - Giảm ứng suất: giảm ứng suất trong phạm vi từng hạt

- Sự tạo mầm: mầm sinh ra ở biên giới hạt - Phát triển mầm: mầm phát triển, kết hợp lại

▪ Giai đoạn kết tinh lại (nung ở To > Tktl): - Thay đổi tính chất không nhiều: giảm điện trở, độ bền, độ cứng - Tổ chức tế vi chưa biến đổi nhiều Tktl = a. Tnc (a = 0,20,8) (a  độ sạch, , tgiữ nhiệt)

ủ kết tinh lại và tgiữ nhiệt

A ~ 1/, To

MSE2228 Vật liệu học

▪ Khi tiếp tục tăng To (nung ở To >> Tktl): - Hạt lớn thôn tính hạt bé → hạt lớn →làm xấu cơ tính →cần tránh

Chương 2. Cơ tính của vật liệu

4/24/2022

❖ Các giai đoạn chuyển biến khi nung nóng: ❖ Các giai đoạn chuyển biến khi nung nóng:

8s, 580 0C 15min, 580 0C 10min, 700 0C

▪ Giai đoạn kết tinh lại (nung ở To > Tktl): ▪ Khi tiếp tục tăng To (nung ở To >> Tktl): - Sự lớn lên bằng cách: hạt lớn thôn tính hạt bé - Tktl: nhiệt độ kết tinh lại là nhiệt độ bé nhất tại đó xẩy ra quá trình tạo mầm trong kim loại bị biến dạng dẻo (4050%) với tốc độ đáng kể: → làm xấu cơ tính →cần tránh

Tktl = a. Tnc

Tktl (W) =1200 oC Tktl (Sn, Pb) < 0 oC Tktl (Fe) =450 oC

- a = 0,20,8 phụ thuộc vào: (độ sạch kim loại) + (mức độ biến dạng ) + (thời gian, To giữ nhiệt)

KL sạch kt: a = 0.4

- Sự tạo mầm: mầm sinh ra ở biên giới hạt - Phát triển mầm: mầm phát triển và kết hợp với nhau → các hạt mới

thay thế các hạt cũ → tổ chức tế vi biến đổi hoàn toàn. Gọi là giai đoạn kết tinh lại lần thứ nhất (kết tinh lại gia công)

❖ Tổ chức sau khi kết tinh lại : Có khuynh hướng biến đổi về trạng thái trước biến dạng nhưng không nhất thiết trở lại đúng hoàn toàn ❖ Tính chất sau khi kết tinh lại: ▪ Xu hướng trở lại trước biến dạng dẻo: khử bỏ hoàn toàn ứng suất dư, giảm độ cứng, độ bền, tăng độ dẻo, độ dai

MSE2228 Vật liệu học

▪ Tổ chức tế vi: - Hạt mới có ít sai lệch hơn - Kích thước hạt phụ thuộc: mức độ biến dạng dẻo (tỉ lệ nghịch, mức độ biến dạng tới hạn = 2 8% → số lượng mầm kết tinh nhỏ → hạt rất lớn), nhiệt độ ủ kết tinh lại (tỉ lệ thuận) và thời gian giữ nhiệt (tỉ lệ thuận)

Chương 2. Cơ tính của vật liệu

4/24/2022

Kết tinh lại → A (~ 1/, tgn, To ) 

http://www.dierk-raabe.com/movies-and- animations/recrystallization-grain-growth/

▪ Độ bền: b ▪ Độ cứng: H ▪ Độ dẻo: d (%) và  (%) ▪ Độ dai: ak

❖ Khái niệm: Biến dạng nóng là biến dạng dẻo của kim loại ở nhiệt

độ cao hơn nhiệt độ kết tinh lại: T~ (0,7-0,75)Tnc >Tktl ❖ Đặc điểm: luôn có 2 quá trình đối lập xảy ra. Tính chất sau biến dạng nóng phụ thuộc vào quá trình nào mạnh hơn:

→ cơ tính hầu như không đổi

▪ Biến dạng dẻo: → tăng xô lệch → biến cứng (tăng độ bền) ▪ Kết tinh lại:→ giảm xô lệch → thải bền (giảm độ cứng, độ bền) - Nếu biến dạng ở nhiệt độ đủ cao → thải bền do kết tinh lại đủ lớn

kết thúc BD < Tktl, thời gian không đủ dài, có tạp chất) → không kịp loại bỏ hiệu ứng biến cứng → cơ tính thay đổi → Lý tuởng: To

ktl (hiệu ứng thải bền đủ lớn) và tgiữ nhiệt đủ

kết thúc BD > To

- Nếu biến dạng ở nhiệt độ thấp (To

MSE2228 Vật liệu học

dài (để hoàn thành KTL)

Chương 2. Cơ tính của vật liệu

4/24/2022

❖ Ưu điểm: ▪ Do được nung nóng → KL có tính dẻo cao → năng suất cao, các rỗ khí và vết nứt tự hàn kín

▪ Ít nứt, ít biến cứng, ít dẫn đến phá hủy ▪ Không cần nung (ủ) trung gian giữa các lần biến dạng như biến

Hóa bền & Thải bền: cạnh tranh nhau

dạng nguội

▪ Có khả năng điều chỉnh độ hạt nhỏ → cơ tính cao ❖ Nhược điểm: ▪ Khó khống chế đồng đều nhiệt độ trên phôi → khó đồng nhất về tổ chức và cơ tính

▪ Khó khống chế hình dạng kích thước do giãn nở nhiệt ▪ Chất lượng bề mặt không cao do bị oxi hóa, thoát cacbon

▪ Độ bền: b ??? ▪ Độ cứng: H ??? ▪ Độ dẻo: d (%) và  (%) ??? ▪ Độ dai: ak ???

4 chỉ tiêu cơ tính chính

❖ Cơ tính là tập hợp các đặc trưng cơ học biểu thị cho khả năng chịu tải trong các điều kiện khác nhau → là cơ sở để so sánh các vật liệu ▪ Độ bền: đo bằng giới hạn đàn hồi (đh), giới hạn chảy (c), giới hạn bền kéo (b), nén (bn), uốn (bu), mỏi (_l) ▪ Độ cứng: Brinen (HB), Rốcven (HRC, HRB, HRA), Vicke (HV), So (HSh) ▪ Độ dẻo: xác định bằng độ giãn dài tương đối d (%) và độ thắt tỉ đối  (%)

▪ Độ dai: xác định bằng độ dai va đập ak

▪ Độ bền: b ▪ Độ cứng: H ▪ Độ dẻo: d (%) và  (%) ▪ Độ dai: ak

tính thấp hơn mẫu thật → cần có các hệ số an toàn)

Phần lớn các đặc trưng này được xác định trên các mẫu nhỏ đã được quy chuẩn hóa

MSE2228 Vật liệu học

❖ Cách xác định cơ tính: kiểm tra các mẫu thử (mẫu thử thường có cơ

Chương 2. Cơ tính của vật liệu

4/24/2022

Ý nghĩa: Nếu các chi tiết máy có cùng hình dáng, kích thước nhưng

Độ bền: là khả năng vật liệu chịu đựng tải trọng cơ học tĩnh mà không bị phá hủy (bền kéo b, nén bn, uốn bu…)

Giới hạn đàn hồi (đh): là ứng suất lớn nhất, sau khi bỏ tải, mẫu ko thay đổi

Giới hạn đàn hồi quy ước (0,01) or (0,05 → Mỹ) :

Fđh: lực kéo lớn nhất không gây biến dạng mẫu sau khi bỏ tải (N).Tiết diện So (mm2) F0,01: lực kéo lớn nhất gây biến dạng dư 0,01% chiều dài mẫu sau khi bỏ tải (N)

Giới hạn chảy vật lý (ch): là ứng suất bé nhất gây biến dạng dẻo.

Fch: lực kéo bé nhất gây biến dạng gây biến dạng dẻo (N)

chế tạo từ các vật liệu khác nhau: ▪ Vật liệu có đh cao → nên khả năng chịu tải trọng lớn hơn mà vẫn đảm bảo tính đàn hồi (Lò xo…) ▪ Vật liệu có c cao → nên khả năng chịu tải trọng lớn hơn mà vẫn không bị biến dạng (cong, vênh) ▪ Vật liệu có b cao → nên khả năng chịu tải trọng lớn hơn mà vẫn không bị phá hủy (rất quan trọng cho các chi tiết như: bánh răng, trục, then…)

F0,2: lực kéo tạo ra biến dạng dư 0,2% (N)

Giới hạn chảy quy ước (0,2) or (0,5 → Mỹ):

Fb: lực kéo lớn nhất trên biểu đồ kéo (N)

Giới hạn bền (b): là ứng suất lớn nhất gâybiến dạng cục bộ dẫn đến phá hủy

❖ Đơn vị: kG/mm2, Pa, Mpa psi, ksi (ở Mỹ) N/mm2 (hệ SI) ❖ Các biện pháp hóa bền vật liệu: 1 kG/mm2  10 Mpa  1,45 ksi 1. Biến dạng dẻo: tăng mật độ lệch → biến cứng, tăng bền. Biến dạng dẻo hoặc nhiệt luyện (tôi)

Sợi Fe: 13000 Mpa

2. Hợp kim hoá: tăng xô lệch mạng, mật độ lệch → tăng bền; ❖ Nguyên lý cơ bản nâng cao độ bền: cản trở chuyển động của lệch ▪ Giảm mật độ lệch: KL không chứa lệch → độ bền lý thuyết rất cao ▪ Tăng mật độ lệch: khoảng cách giữa các lệch nhỏ → tương tác giữa 3. Tạo ra các pha cứng phân tán nhỏ mịn: tạo các chướng ngại cản các lệch → hãm lệch trở chuyển động của lệch → tăng độ bền, độ cứng;

1

Fe sạch kt: 250 Mpa

❖ Mật độ lệch tới hạn:

2

Mth = 108cm-2 → b min

1. Độ bền theo lý thuyết

4. Nhiệt luyện tôi+ram: tạo độ quá bão hoà → tăng độ bền, độ cứng; Hóa nhiệt luyện (thấm N, C): tăng độ bền, độ cứng bề mặt, chịu mài mòn, chịu mỏi;

n ề b ộ đ n ạ h

2. Độ bền của đơn tinh thể

4 i ớ i G

3. Các kim loại nguyên chất sau ủ

3

1010-1012 cm-2

4. Kim loại sau biến dạng, hoá bền……

108cm-2

5. Làm nhỏ hạt: biên giới đóng vai trò cản trở lệch chuyển động → tăng tất cả các chỉ tiêu bền, dẻo, dai. Bằng pp biến tính khi đúc, nhiệt luyện hoặc biến dạng dẻo

mật độ lệch

MSE2228 Vật liệu học

Chương 2. Cơ tính của vật liệu

4/24/2022

❖ Độ dẻo: là khả năng vật liệu thay đổi hình dạng kích thước mà ❖ Nâng cao độ dẻo → tính siêu dẻo: Nếu d% đạt từ 100-1000% → Vật liệu được gọi là siêu dẻo không bị phá hủy khi chịu tác dụng bên ngoài. ▪ Độ giãn dài tương đối d (%):

▪ Độ thắt tiết diện tương đối (%):

❖ Biện pháp đạt hiệu ứng siêu dẻo: ▪ Làm cho hạt nhỏ mịn, đẳng trục, đồng đều và ổn định ▪ Biến dạng ở nhiệt độ cao (0,6÷0,8)Ts ▪ Tốc độ biến dạng rất nhỏ cỡ (10-3 ÷ 10-4) s-1 ❖ Đơn vị: % ❖ Ý nghĩa: Độ dẻo cao thì gia công áp lực (cán, kéo, ép, rèn, dập…) càng tốt

❖ Độ dai va đập ak: Khả năng chống phá hủy của vật liệu dưới tác

dụng của tải trọng động. Công phá hủy một đơn vị diện tích mặt cắt ngang mẫu – 108 mm2 (ak):

❖ Đơn vị:

kGm/cm2, kJ/m2, Nm/cm2 1 kGm/cm2  10 kJ/m2

độ dai cao hơn hạt có dạng tấm, kim.

MSE2228 Vật liệu học

❖ Các biện pháp nâng cao ak: - Tổ chức tế vi: Tạo cấu trúc hạt nhỏ mịn: tăng bền, dẻo - Hóa bền bề mặt: tăng bền, cứng, không làm giảm độ dẻo - Hình dạng, kích thước, trạng thái bề mặt: Hình dạng hạt tròn, đa cạnh có

Chương 2. Cơ tính của vật liệu

4/24/2022

❖ Độ cứng: Là khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ của vật liệu khi có một vật khác cứng hơn tác dụng lên bề mặt của nó (dưới tác dụng của tải trọng thông qua mũi đâm) ❖ Có 2 loại độ cứng:

Mối tương quan giữa ak và d, 0,2:

▪ Ðộ cứng tế vi (dùng tải trọng nhỏ, mũi đâm bé): xác định độ cứng

các hạt, pha trong tổ chức vật liệu → dùng cho nghiên cứu

ak ≈ (0,2 x d)

▪ Ðộ cứng thô đại (tải trọng và mũi đâm lớn): phản ánh khả năng

chống biến dạng dẻo của nhiều hạt, pha → xác định độ cứng chung

❖ Các phương pháp đo độ cứng thông dụng:

cho VL

▪ Brinell (HB); Rockwell (HR: HRA, HRB, HRC); Vickers (HV)…

❖ Ý nghĩa của độ cứng: thông qua độ cứng có thể biết được ▪ Khả năng chống mài mòn của bề mặt: Để có tính chống mài mòn cao → Độ cứng > 60HRC ❖ Nguyên lý đo độ cứng HB: Ấn một tải trọng (F) lên vật cần đo, qua viên bi bằng thép cứng có đường kính (D), rồi đo đường kính vết lõm (d): ▪ Khả năng cắt gọt của dao hoặc khuôn dập nguội: Khuôn hoặc dao có độ cứng càng lớn → năng suất làm việc càng cao ▪ Khả năng gia công cắt của phôi: Vật liệu có độ cứng quá cao hoặc

▪ Vết đâm lớn → mẫu đo phải phẳng → khó đo trục

▪ Thời gian đo chậm

▪ Cần dùng kính hỗ trợ để đo d và mất công tra bảng

MSE2228 Vật liệu học

❖ Đặc điểm: 200HB → HB = 200 ▪ Độ cứng bi (thép tôi) > 1,7 x (độ cứng mẫu) ▪ Lựa chọn D phụ thuộc chiều dày mẫu: (D = 10, 5, 2.5 mm) ▪ Lựa chọn F phụ thuộc vật liệu và D2: F = 30 D2 quá thấp đều khó cắt (Thép dễ cắt khi có HB = 150 ÷ 200) ▪ Khả năng mài bóng: độ cứng càng cao → khả năng mài bóng càng tốt ❖ Ưu nhược điểm: quan hệ bậc nhất với b ▪ Không thể đo mẫu cứng hơn 450HB → đo vật mềm, lớn

Chương 2. Cơ tính của vật liệu

4/24/2022

❖ Nguyên lý đo độ cứng HR: Ấn một tải trong lên vật cần đo

qua viên bi thép (HRB) hoặc mũi kim cương hình nón (HRA, HRC), rồi đo chiều sâu vết lõm:

Mối quan hệ giữa HB và giới hạn bền b:

f F f f

h

b  0,34. HB b  (0,30,4). HB b  (HB – 60)/6

▪ Thép cán ( trừ không gỉ, thép bền nóng) ▪ Thép đúc ▪ Gang xám ▪ Đồng, latông, brông ở trạng thái biến cứng b  0,40. HB ▪ Đồng, latông, brông ở trạng thái sau ủ b  0,55. HB ▪ Dura b  0,35. HB

❖ Đặc điểm: ▪ f: tải trọng sơ bộ 10 kG ▪ F: tải trọng chính (50 kG cho HRA, 90 kG cho HRB và 140 kG cho HRC) ▪ k = 130 (dùng bi, HRB), k = 100 (dùng mũi kim cương, HRA, HRC) ▪ Là loại độ cứng quy ước (không thứ nguyên) ❖ Ưu nhược điểm: ▪ Đo được vật liệu từ tương đối mềm đến cứng ▪ Bề mặt không cân bằng ▪ Vết lõm khá nhỏ, có thể đo các vật mỏng ▪ Đo nhanh, tiện lợi, phù hợp với điều kiện sản xuất

❖ Bảng chuyển đổi giữa các thang đo độ cứng: không có công thức chuyển ❖ Nguyên lý đo độ cứng HV: Mũi đâm kim cương, hình tháp bốn mặt đều với góc ở đỉnh 136o, rồi đo kích thước vết lõm:

▪ Tải trọng: 200G  120 kG

❖ Đặc điểm:

❖ Trạng thái của vật liệu dựa trên giá trị độ cứng:

▪ Đo được độ cứng của nhiều loại vật liệu

Độ cứng Thấp T/đối cao Cao HB 240 475 - HRA 60,5 75,9 81,2 HRB 100 - - HRC 20 50 60 HV 240 513 697 ❖ Ưu nhược điểm:

▪ Được dùng rộng rãi trong nghiên cứu khoa học

▪ Tải trọng nhỏ → cần trợ giúp của thiết bị quang học để xác định

- Mềm: HB< 150 - Tương đối cao: HRC ~ 50-58

kích thước vết đâm (d)

- Thấp: HB ~ 200 - Cao: HRC ~ 60-65

MSE2228 Vật liệu học

- Trung bình: HB ~ 300-400 - Rất cao: HRC > 65