Công Nghệ Gia Công Áp Lực_ Cơ Sở Biến Dạng Dẻo

sinhvienbkhn

KIẾN THỨC CƠ SỞ VỀ BIẾN DẠNG DẺO

I. Cơ Sở Vật Lý Của Quá Trình Biến Dạng Dẻo

      1.Khái quát về quá trình biến dạng dẻo

       Sự chuyển dịch tương đối giữa các chất điểm, các phần tử của vật rắn dưới tác dụng của ngoại lực, nhiệt độ, hay bất kỳ nguyên nhân nào khác dẫn đến việc thay đổi hình dạng, kích thước của vật thể mà liên kết của vật liệu vẫn được bảo toàn gọi là biến dạng dẻo

           

      +) Đây là nguyên tắc cơ bản của ngành gia công áp lực

      +) Dưới quá trình biến dạng dẻo cho phép thay đổi hình dạng và kích thước vật liệu mà không phá đi liên kết bền vững của nó

      +) Khả năng biến dạng dẻo là một đặc tính quan trọng của vật liệu kim loại 

       Biến Dạng Của Mẫu thử kéo

       Dưới tác dụng của lực kéo mẫu thử bị biến dạng dài ra từ kích thước lo → l . Đo lực tác dụng và kích thước lo, l ta tính được ứng suất và biến dạng như sau:

   

         

        +) Biến dạng chia làm ba vùng:

         -) Vùng biến dạng đàn hồi

         -) Vùng biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo trong đó biến dạng dẻo là chủ yếu biến dạng đàn hồi là rất bé so với biến dạng dẻo

         -) Vùng phá hủy

       Biến Dạng Đàn Hồi Và Biến Dạng Dẻo Trong Tinh Thể
        Biến dạng của vật thể là tổng hợp các biến dạng trong từng hạt tinh thể và trên các biên giới hạt. Bây giờ ta xét biến dạng trong từng hạt tinh thể cũng chính là biến dạng trong các đơn tinh thể với gia sử vật liệu lý tưởng không có khuyết tật
       Biến Dạng Đàn Hồi
           

Biến dạng đàn hồi và mô hình năng lượng biến dạng đàn hồi

a) Trước và sau khi biến dạng     b) Trong khi biến dạng    c) Mô hình năng lượng

         Biến dạng đàn hồi là biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực các nguyên tử của mạng tinh thể bị lệch khỏi vị trí cân bằng những liên kết không bị phá vỡ, sau khi thôi tác dụng lực thì mạng tinh thể lại trở về trạng thái ban đầu mà không có biến dạng dư

        Biến Dạng Dẻo

                Biến dạng dẻo gồm hai cơ chế chủ yếu là trượt và đối tinh

        * Cơ chế trượt ( trượt cứng)

        Sau khi kéo mẫu đơn tinh thể ta thấy trên bề mặt vật thể có các bậc, điều này chứng tỏ đã có sự trượt tương đối giữa các phần của đơn tinh thể, hiện tượng trượt xảy ra chủ yếu ở một số mặt nhất định gọi là mặt trượt và ở một số phương nhất định gọi là phương trượt. Mức độ trượt thường bằng một số nguyên lần khoảng cách giữa các nguyên tử trên phương trượt

       Sự trượt dưới tác dụng của tải trọng kéo

             

        Mặt trượt và phương trượt là những mặt và phương có mật độ nguyên tử lớn nhất. Sở dĩ như vậy là do với mỗi kiểu mạng tinh thể có một mật độ nguyên tử nhất định không thay đổi như của mạng A1 có Mv = 74%, A2 có Mv = 68% . Do vậy để đảm bảo mật độ nguyên tử không đổi thì khoảng cách giữa những mặt, những phương có mật độ lớn hơn với những mặt, những phương xung quanh phải lớn hơn bình thường → lực liên kết trên các mặt và các phương đó nhỏ hơn những nơi khác nên dễ sãy ra hiện tượng trượt hơn. Vậy những mặt những phương có mật độ nguyên tử lớn nhất sẽ dễ sảy ra trượt nhất

        Số lượng mặt trượt càng nhiều càng dễ biến dạng dẻo. Để đánh giá khả năng biến dạng dẻo của kim loai người ta căn cứ vào sô lượng hệ trượt ( số hệ trượt chính, hệ trượt phụ )

       Đặc điểm của trượt
                +) Chỉ xảy ra dưới tác dụng của ứng suất tiếp
                +) Không làm thay đổi phương mạng
                +) Mức độ trượt bằng một số nguyên lần khoảng cách giữa các nguyên tử
                +) Ứng suất cần để gây ra trượt không lớn
       * Cơ chế đối tinh ( còn gọi là song tinh )
        Khi ứng suất tiếp tăng tới một giới hạn nào đó thì một phần của mạng tinh thể sẽ lệch tới trí mới đối xứng với phần còn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt phẳng song tinh. Song tinh chỉ xảy ra với một số phương và một số mặt nhất định.
 

      Đặc điểm của song tinh

      +) Chỉ xảy ra dưới tác dụng của ứng suất tiếp.

      +) Song tinh dẫn tới sự thay đổi phương mạng của phần bị xê dịch.

      +) Khoảng xê dịch của các nguyên tử tỉ lệ thuận với khoảng cách của chúng tới mặt song tinh

      +) Thông thường ứng suất cần thiết để gây ra trượt nhỏ hơn ứng suất cần thiết để gây ra song tinh. Do vậy trượt sẽ xảy ra trước chỉ khi quá trình trượt gặp khó khăn thì song tinh mới xảy ra.                   

     Vai Trò Của Trượt va Song Tinh Trong Biến Dạng Dẻo

      +) Xê dịch để tạo song tinh nhỏ nên tạo ra biến dạng dẻo không đáng kể trong mạng tinh thể chỉ độ vài % .

      +) Khi trượt và song tinh cùng tham gia vào quá trình biến dạng dẻo thì trượt sẽ đóng vai trò chính gây ra biến dạng dẻo.

      +) Với những tinh thể liên kết đồng hóa trị như Bi , Sb,... toàn bộ biến dạng dẻo cho đến khi  phá hủy chủ yếu do song tinh gây ra. Vì thế biến dạng dẻo của chúng rất nhỏ và được coi là các vật liệu giòn.

      +) Với các vật liệu có kiểu mạng lục phương xếp chặt ( kiểu mạng A3) do có ít hệ trượt nên thường xuất hiện song tinh nhưng đóng góp của song tinh vào biến dạng dẻo không lớn. Tuy nhiên song tinh lại làm cho phương mạng thay đổi tạo ra những phương có lợi cho trượt, dẫn tới biến dạng dẻo lớn hơn khi trượt đơn thuần. Nhưng sự thay đổi này không lớn nên những vật liệu này vẫn có tính dẻo kém.

        Trên đây là nguyên lý biến dạng dẻo của đơn tinh thể lý tưởng, với đơn tinh thể không lý tưởng thì biến dạng dẻo do trượt ( cũng là nguyên nhân chính gây ra biến dạng dẻo ) lớn hơn rất nhiều so với đơn tinh thể lý tưởng nhờ cơ chế trượt nối tiếp, thực tế tế thì sẽ dễ hơn khoảng 1 273 tới 12 730 lần. Còn đối với trượt đa tinh thể sẽ khó khăn hơn do sự sắp xếp ngẫu nhiên của các hạt dẫn tới phương trượt không thống nhất và biên hạt cản trở chuyển động của lệch. Thực tế biến dạng dẻo của vật liệu luôn là trượt của đa tinh thể