Bài giảng Công nghệ gia công áp lực - Chương 1: Những kiến thức cơ sở về biến dạng dẻo - Nguyễn Đắc Trung
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 c¶ mäi ph−¬ng ph¸p GCAL ®Òu dùa trªn mét tiÒn ®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:
- 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.
§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
(2) kÕt tinh l¹i
(1)
(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
nguội
Biến dạng nửa
Biến dạng
nóng
nóng
• Thường thực hiện ở
nhiệt độ phòng
• Nhiệt độ biến dạng
nhỏ hơn nhiệt độ kết
tinh lại
• Lực biến dạng lớn,
vật liệu bị hóa bền,
khả năng biến dạng
dẻo thấp
• Ví dụ với Thép C:
Biến dạng ở Nhiệt độ
phòng là biến dạng
nguội
• Nung nóng khi biến dạng
• Nhiệt độ biến dạng ở
khoảng xung quanh nhiệt
độ kết tinh lại
• Giảm lực biến dạng,
nâng cao khả năng biến
dạng dẻo, ứng suất chảy
giảm do có sự phục hồi,
một phần kết tinh lại
• Nung nóng khi biến
dạng
• Nhiệt độ biến dạng
cao hơn nhiệt độ
kết tinh lại
• Giảm đáng kể lực
biến dạng, tính dẻo
của vật liệu cao,
ứng suất chảy giảm
nhiều do kết tinh lại
• Ví dụ với Thép C:
Biến dạng nóng ở
nhiệt độ từ 1150-
1250oC
• Ví dụ với Thép C: Biến
dạng nửa nóng ở nhiệt
độ từ 650-800oC
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
tinh lại
Vật liệu
Vật liệu
tinh lại
C-Thép 550-730oC
Al (99,9%) 290-300oC
Al hợp kim 360-400oC
Sn
Zn
Mo
W
0-40oC
50-100oC
870oC
Cu
Pb
200oC
900-1000oC
400-600oC
-50-50oC
Ni
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 nóng
Biến dạng nguội
Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i
19
Đường chảy nguội của
các vật liệu khác nhau
Đường chảy nóng thép
C25 phụ thuộc vào tốc
độ biến dạng
Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc – VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hµ n«i
20
Tải về để xem bản đầy đủ
40 trang
22240
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Công nghệ gia công áp lực - Chương 1: Những kiến thức cơ sở về biến dạng dẻo - Nguyễn Đắc Trung", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_cong_nghe_gia_cong_ap_luc_chuong_1_nhung_kien_thuc.pdf
