GiáoTrình Công Nghệ GCAL_Chương 1: Kiến thức cơ sở về biến dạng dẻo

Chia sẻ: Tống Tú | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

293
lượt xem 130
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'giáotrình công nghệ gcal_chương 1: kiến thức cơ sở về biến dạng dẻo', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: GiáoTrình Công Nghệ GCAL_Chương 1: Kiến thức cơ sở về biến dạng dẻo

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 1
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. 9 TÊt Ê c¶ ¶ mäi ph−¬ng ph¸p GCAL ®Òu Ò dùa trªn mét tiÒn Ò ®Ò Ò chung lµ thùc hiÖn mét qu¸ tr×nh biÕn d¹ng dÎo. 9 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. 9 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 2
BiÕn d¹ng mÉu khi thö kÐo §Ó lµm s¸ng tá qu¸ tr×nh biÕn d¹ng Æ 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 3
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 Æ 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 4
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 Æ 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 5
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. Æ 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 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 6
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 7
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. 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 8
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 9
KhuyÕt tËt ®−êng (lÖch) LÖch xo¾n LÖch biªn Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i 10
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 11
1.1.2 Ho¸ bÒn biÕn d¹ng HiÖn t−îng øng suÊt ch¶y t¨ng lªn theo møc ®é biÕn d¹ng trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng. Mét hiÖn t−îng rÊt quan träng x¶y ra trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng. ¶nh h−ëng nh− ®Õn tÝnh chÊt cña s¶n phÈm. X¶y ra khi biÕn d¹ng ë nhiÖt ®é cßn t−¬ng ®èi thÊp. 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. §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: ¾LÖch kh«ng ngõng ®−îc sinh ra, ¾Khi chuyÓn ®éng, lÖch hoÆc gÆp ph¶i ch−íng ng¹i vËt hoÆc c¾t nhau --> dån ø l¹i --> rõng lÖch ¾Muèn tiÕp tôc chuyÓn ®éng --> ph¶i t¨ng øng suÊt. ¾tÊt 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 12
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) håi phôc (1) (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 13
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 14
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 (b) ñ ë 5250C (c) ñ ë 5500C (d) ñ ë 6500C Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i 15
NhiÖt ®é biÕn d¹ng Biến dạng Biến dạng nửa Biến dạng nguội nóng nóng • Thường thực hiện ở • Nung nóng khi biến dạng • Nung nóng khi biến nhiệt độ phòng • Nhiệt độ biến dạng ở dạng • Nhiệt độ biến dạng khoảng xung quanh nhiệt • Nhiệt độ biến dạng nhỏ hơn nhiệt độ kết độ kết tinh lại cao hơn nhiệt độ tinh lại • Giảm lực biến dạng, kết tinh lại • L biế Lực biến d dạng lớ lớn, nâng â cao khả năng ă biến biế • Giảm đáng kể ể lực vật liệu bị hóa bền, dạng dẻo, ứng suất chảy biến dạng, tính dẻo khả năng biến dạng giảm do có sự phục hồi, của vật liệu cao, dẻo thấp một phần kết tinh lại ứng suất chảy giảm • Ví dụ với Thép C: • Ví dụ với Thép C: Biến nhiều do kết tinh lại Biến dạng ở Nhiệt độ dạng nửa nóng ở nhiệt • Ví dụ với Thép C: phòng là biến dạng độ từ 650-800oC Biến dạng nóng ở nguội nhiệt độ từ 1150- 1250oC Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i 16
VÝ dô nhiÖt ®é kÕt tinh l¹i cña mét sè lo¹i vËt liÖu Nhiệt độ kết Nhiệt độ kết Vật liệu Vật liệu tinh lại tinh lại C-Thép 550-730oC Sn 0-40oC Al (99,9%) 290-300oC Zn 50-100oC Al hợp kim 360-400oC Mo 870oC Cu 200oC W 900-1000oC Pb -50-50oC Ni 400-600oC Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i 17
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 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 d¹ng) gäi lµ ®−êng cong ch¶y hoÆc ®−êng cong ho¸ bÒn. Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i 18
Đường cong chảy Biến dạng nguội Biến dạng nóng Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i 19
Đường chảy nguội của Đường chảy nóng thép các vật liệu khác nhau C25 phụ thuộc vào tốc độ biến dạng Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i 20