08/2010
1
Chương 2. Biến dạng dẻo và cơ tính
2.1 Biến dạng dẻo và phá hủy
2.2 Các đặc trưng cơ tính
2.3 Nung kim loại đã qua biến dạng dẻo
Chương 2. Biến dạng dẻo và cơ tính
2.1 Biến dạng dẻo và phá hủy
2.1.1 Khái niệm
- Biến dạng: Sự thay đổi kích thước, hình dạng
của vật liệu dưới tác dụng của tải trọng
- Biến dạng đàn hồi: Biến dạng mất đi khi bỏ tải
P < σ
đh
- Biến dạng dẻo: Biến dạng còn tồn tại khi bỏ tải
P > σ
đh
08/2010
2
2.1 Biến dạng dẻo và phá hủy
Độ dãn dài
Δ
l
Tảitrọng F
F
đh
a
1
e
F
a

a) Các mặt và phương trượt
Mặt trượt: Mặt (tưởng tượng) phân cách giữa hai mặt
nguyên tử dày đặc nhất tại đóxảy ra hiện tượng trượt
Mặt dày đặc nhất?
Điều kiện:
- Liên kết giữa các nguyên tử bề vững nhất
-Khoảng cách giữa hai mặt là lớn nhất
Phương trượt: Phương có mật độ nguyên tử lớn nhất
Hệ trượt: sự kết hợp giữa một phương trượt và một mặt trượt
08/2010
4
2.1.2 Trượt đơn tinh thể
Hệ trượt trong mạng A
1
Họ mặt trượt: {111}, số lượng: 4
Họ phương trượt <110>, số lượng: 3
Hệ trượt = số phương trượt x số mặt trượt = 12
2.1.2 Trượt đơn tinh thể
Hệ trượt trong mạng A
2
Họ mặt trượt: {110}: 6
Họ phương trượt <111>: 2
Hệ trượt = số phương trượt x số mặt trượt = 12
08/2010
5
2.1.2 Trượt đơn tinh thể
Hệ trượt trong mạng A
3
Mặt xếp chặt nhất: {0001}: 1
Họ phương xếp chặt nhất : 3

β
Mặttrượt
S
0
ứng suấttácdụng
Diện tích mặt trượt: S=S
0
/cosα
Ứng suất tiếp trên phương trượt:
τ = (F/S)cosβ = (F/S
0
)cosαcosβ
Æ τ
=
σ
0
cos
α
cos
β
2.1.2 Trượt đơn tinh thể
b) Ứng suất gây ra trượt
Định luật Schmid:
τ
=
σ
0
cos
α
cos

th
= G/2π. Thực tế: τ
th
= G/(8.10
2
÷ 8.10
4
)
G: mođun trượt
2.1.3 Trượt đa tinh thể
a) Đặc điểm
-Các hạt bị biến dạng không đều
- Có tính đẳng hướng
-Có độ bền cao hơn
-Hạt càng nhỏ thì độ bền và độ dẻo
càng cao
Biểu thức Hall-Petch
σ
ch
= σ
0
+ kd
-1/2
σ
ch
: ứng suất chảy
d: kích thước hạt
σ
0
: ứng suất cho lệch chuyển động d → ∞

Đặc điểm chung: hình thành các vết nứt tế vi
Æ
phát
triển vết nứt
Æ
tách rời
Æ
phá huỷ
2.1.4 Phá hủy
a) Phá hủy trong điều kiện tải trọng tĩnh
-Pháhủy dẻo: kèm theo biến dạng dẻo đáng kể
+ phát triển với tốc độ chậm, cần nhiều năng lượng Æ công
phá hủy lớn
-Pháhủy giòn: kèm theo biến dạng không đáng kể
+ phát triển với tốc độ rất nhanh, cần năng lượng nhỏ Æ
công phá hủy nhỏ hơn
Phá hủy dẻoPháhủy giòn
08/2010
10
2.1.4 Phá hủy
a) Phá hủy trong điều kiện tải trọng tĩnh
Phá hủy giòn hay dẻo
-Bản chất của VL: Al, thép…phá hủy dẻo; gang, ceramic
phá hủy giòn
-Nhiệt độ thấp, tốc độ đặt tải nhanh: vl dẻo bị phá hủy giòn
-Kết cấu gây tập trung ứng suất: vl dẻo bị phá hủy giòn
Chú ý: vếtpháhủycóthể cắt ngang các hạthay
theo biên giớihạt
2.1.4 Phá hủy
a) Phá hủy trong điều kiện tải trọng tĩnh

]), thay đổi
theo chu kỳ bị phá hủy sau thời gian tương đối dài (10
5
–
10
6
chu kỳ) (phá hủy mỏi)
- Chi tiết thường gặp: cầu, trục, bánh răng, nhíp, lò xo…
Cơ chế phá hủy:
- Hình thành vết nứt trên bề mặt (vết nứt sẵn có trong quá
trình chế tạo: lõm co, vết xước…)
-Tác dụng ứng suất kéo lớn nhất phát triển vết nứt gây
phá hủy
→ Tăng độ bóng bề mặt, tạo ứng suất dư nén ở bề mặt
08/2010
12
2.1.4 Phá hủy
b) Phá hủy trong điều kiện tải trọng chu kỳ
Mặt gẫy khi phá hủy mỏi:
Bề mặt phá hủymỏi đượcchialàm3 vùng:
Vùng 1: rấtmỏng (vùng củacácvếtnứttế vi)
Vùng 2: các vếtnứt phát triểnchậm. Bề mằtphẳng nhưng có
các lớpvàdải phân cách
Vùng 3: tiếtdiệnnhỏ, bằng phẳng, phá huỷ tứcthời
2.2 Các đặc trưng cơ tính
Cơ tính: các đặc trưng cơ học cho biết khả
năng chịu tải của vật liệu trong các điều
kiện tương ứng
+ Cơ sở của các tính toán sức bền, khả
năng sử dụng vật liệu vào mục đích nhất

0,2
- Giới hạn bền: σ
b
MPa
S
F
][=
σ
2.2 Các đặc trưng cơ tính
2.2.1 Độ bền (tĩnh)
a) Giới hạn đàn hồi: σ
đh
Là ứng suất lớn nhất, sau khi bỏ tải không làm mẫu bị
thay đổi hình dạng và kích thước
b) Giới hạn đàn hồi quy ước (σ
0,01
, σ
0,05
):
c) Giới hạn chảy vật lý σ
ch
:
Là ứng suất nhỏ nhất gây ra biến dạng dẻo
d) Giới hạn chảy quy ước: σ
0,2
MPa
S
F
đh
][

08/2010
14
2.2 Các đặc trưng cơ tính
2.2.1 Độ bền (tĩnh)
d) Giới hạn bền: σ
b
Là ứng suất lớn nhất tác dụng lên mẫu gây biến dạng cục
bộ dẫn đến phá hủy mẫu
MPa
S
F
b
][
0
0
=
σ
F
0
: lực kéo lớn nhất trên giản đồ thử
kéo (N)
S
0
: tiết diện mẫu thử (mm
2
)
e) Các yếu tốảnh hưởng đến độ bền
1. Độ bền lý thuyết
2. Độ bền của đơn tinh thể
3. Các kim loại nguyên chất sau ủ

> 310MPa
08/2010
15
2.2 Các đặc trưng cơ tính
2.2.2 Độ dẻo ( ψ%, δ%)
K/n: là tập các chỉ tiêu cơ tính phản ánh độ biến dạng dư
của vật liệu bị phá hủy dưới tác dụng của tải trọng tĩnh
Mẫutrướcthử kéo Mẫutrướcthử kéoMẫusauthử kéo Mẫusauthử kéo
Các chỉ tiêu: Độ dãn dài tương đối và độ co thắt tương đôi:
%100%
0
01
×
−
=
l
ll
δ
%100%
0
10
×
−
=
S
SS
ψ
2.2 Các đặc trưng cơ tính
2.2.2 Độ dẻo ( ψ%, δ%)
Tính siêu dẻo: δ = (100-1000)% gọi là vật liệu siêu dẻo

]
[kJ/mm
2
], kGm/cm
2
]
2.2 Các đặc trưng cơ tính
2.2.3 Độ dai đập (a
k
)
Phạm vi ứng dụng:
- Chi tiết chịu va đập: a
k
> 200kJ/m
2
- Chi tiết chịu va đập cao: a
k
> 1000kJ/m
2
-Mối tương quan giữa a
k
và (σ
0,2
×δ):
a
k
~ σ
ch
(σ
0,2

đâm bằng vật liệu cứng tạo vết lõm
trên bề mặt mẫu, vết lõm càng lớn, độ
cứng càng thấp
Phân loại:
- Độ cứng tế vi, dùng tải trọng nhỏ, mũi
đâm bé xác định độ cứng các hạt, pha
trong tổ chức của vật liệu
- Độ cứng thô đại, tải trọng và mũi đ
âm
lớn phản ánh khả năng chống biến
dạng dẻo của nhiều hạt, nhiều pha →
xác định độ cứng chung của vật liệu
-Kíhiệu H (Hardness)
08/2010
18
2.2 Các đặc trưng cơ tính
2.2.3 Độ cứng (a
k
)
Phân loại:
a) Độ cứng Brinell (HB): mũi đâm bi thép
)(
2
2
0
2
dDDD
P
F
P

h
HR = k-(h/0,002) (không thứ nguyên)
08/2010
19
2.2 Các đặc trưng cơ tính
2.2.3 Độ cứng (a
k
)
Phân loại:
b) Độ cứng Rockwell HR (HRA, HRB, HRC):
Ưu điểm:
- Đo vật liệu từ tương đối mềm và cứng
-Kết quả đo hiển thị ngay trên máy
-Thời gian đo nhanh
- Đo trực tiếp trên sản phẩm
Phạm vi ứng dụng:
HRB: thép sau tôi, tôi + ram, thấm C
HRA: lớp thấm mỏng: thấm C, C + N
HRB: Thép ủ, thường hóa, gang đúc
2.2 Các đặc trưng cơ tính
2.2.3 Độ cứng (a
k
)
Phân loại:
c) Độ cứng Vickers HV:
-Mũi đâm kim cương hình tháp, 136
0
-Tải trọng nhỏ (1-100kG), điều kiện chuẩn 30kG, t = 10-15
2
854,1

- Sau biến dạng dẻo hạt bị kéo dài thep phương biến dạng,
có tổ chức thớ (biến dạng lớn có tổ chức textua)
-Xô lệch mạng lớn, mật độ lệch cao
-Tồn tại ứng suất dư trong
→ Kim loại bị hóa bền biến cứng (TT không cân bằng):
σ
b
, σ
ch
, σ
đh
, HB tăng; δ, a
k
giảm
Tại sao cần phải nung kim loại qua biến dạng dẻo
- Để tiếp tục biến dạng dẻo
- Để có thể gia công cắt gọt dễ dàng
-Khử bỏứng suất tránh phá hủy giòn
08/2010
21
2.3 Nung thép đã qua biến dạng dẻo
2.3.2 Các giai đoạn chuyển biến khi nung nóng
a) Hồi phục:
-T < T
ktl
(0,1-0,2)T
nc
-Giảm sai lệch mạng
-Giảm mật độ lệch
-Tổ chức tế vi chưa biến đổi

ktl
[(0,7-0,75)T
nc
]
+ Hóa bền do biến dạng
+Kết tinh lại, mất xô lệch mạng gây ra thải bền,
giảm độ cứng