19
Chơng 2 Biến dạng dẻo và cơ tính

Đa số vậ t liệ u, đặ c biệ t là kim loạ i, th ờng đợc bá n d ới dạ ng cá c bá n thà nh
phẩ m d ới dạ ng: dâ y, thanh, hì nh, ống, tấ m, lá , bă ng nhờ biế n dạ ng dẻ o (cá n), hoặ c cá c
phôi rè n khả o sát biến dạng dẻ o không những giúp hiể u biế t cơ sở quá trì nh mà còn
giúp đề ra các biệ n phá p nâ ng cao cơ tí nh, khắ c phục những khuyế t tậ t.
2.1. Biế n dạng dẻ o và phá hủy
2.1. Biế n dạng dẻ o và phá hủy 2.1. Biế n dạng dẻ o và phá hủy
2.1. Biế n dạng dẻ o và phá hủy

2.1.1.
2.1.1.2.1.1.
2.1.1. Khái niệ m
Khái niệ mKhái niệ m
Khái niệ m

Sự biế n đổi về mạ ng tinh thể ở ba trạ ng thá i trê n trì nh bà y ở hì nh 2.2.

a) b) c) d)

Khi biế n dạ ng đà n hồi thì biế n dạ ng nhỏ a<a, biế n dạ ng dẻ o thì a>a, với a là thông
số mạ ng
phá hủy cá c liê n kế t bị hủy hoạ i dẫ n đế n đứt rời.
Biế n dạ ng dẻ o = cá ch tr ợt (đôi khi xả y ra bằ ng song tinh), ở đâ y chỉ giới hạ n khả o sá t
biế n dạ ng dẻ o d ới hì nh thức nà y.
2.1.2.
2.1.2.2.1.2.
2.1.2. Trợt đơn tinh thể
Trợt đơn tinh thểTrợt đơn tinh thể
Trợt đơn tinh thể


- Mạ ng lgxc (A3): mặ t tr ợt, (1 mặ t x 3 ph ơng)= 3 hệ tr ợt chí nh khá c nhau.
- Khi F < F
đh
, độ giã n dà i l tỷ lệ bậ c nhấ t với tả i trọng
biế n dạng đàn hồi. Với F
1
biế n dạ ng O1, bỏ tả i
trọng mẫ u lạ i trở lạ i kí ch th ớc ban đầ u.
- Khi F > F
đh
, độ biế n dạ ng tă ng nhanh theo tả i trọng,
khi bỏ tả i trọng biế n dạ ng vẫ n còn lạ i một phầ n biế n
dạng dẻ o. Khi F= F
a


biế n dạ ng Oa'', khi F=0

biế n
dạ ng Oa' biế n dạ ng dẻ o hay d ,

Hì nh 2.1.
Biểu đồ kéo kim
li
a
a
đ
ộ
dã n dà i
tả i trọng F


20
- Ngoà i cá c mặ t, ph ơng tr ợt chí nh kể trê n còn có khả nă ng bị trợt theo các mặ t,
ph ơng dà y đặ c khá c tuy không phả i là dà y đặ c nhấ t.
Hì nh 2.3.
Sơ đồ biểu diễn sự trợt: a. đơn
tinh thể và mạng tinh thể trớc khi trợt,
b. hì nh dạng đơn tinh thể và mạng

tinh thể
sau khi trợt.

Hì nh 2.4.
Các mặt và phơng trợt cơ
bản của kim loại:
a.

lập phơng tâm khối, <100>

S
F
cos.cos=
O
S
F
sin.cos.cos
trong đó F/S
0
là ứng suấ t ké o
0
thay và o ta có:
= 0,5
0
sin2 cos. Gọi cos.cos là
thừa số
Schmid.
ứng suấ t gâ y ra tr ợt phụ
thuộc và o góc

&

qua thừa số Schmid.
Khi = 90
o
hay = 90
o
= 0, lực F chỉ là m
phá hủy mà không xả y ra biế n dạ ng dẻ o.


Hì nh 2.5b. Bậ c tr ợt và dải
tr ợt
bậ c
dả i
a)
b)
a)
b)
c)
ph ơng
tr ợt
mặ t
tr ợ
F




F
F
21
c.
c.c.
c. Tí nh dễ trợt

2.1.3.
2.1.3.2.1.3.
2.1.3. Tr
TrTr
Trợt đa tinh thể
ợt đa tinh thểợt đa tinh thể
ợt đa tinh thể
Vậ t liệ u kim loạ i thực tề luôn luôn là VL đa tinh thể . a.
a.a.
a.

Các đặc điể m
Các đặc điể mCác đặc điể m
Các đặc điể m

Đặ c điể m của tr ợt đa tinh thể :
1) Các hạt bị biến dạng không đồng thời với mức độ khác nhau
2) Có tí nh đẳng h ớng: số hạ t vô cùng lớn
3) Đa tinh thể c
ó độ bề n cao hơn
: Cá c hạ t cả n trở biế n dạ ng lẫ n nhau, biê n hạ t cả n tr ợt.
1) Sau khi biế n dạ ng xô lệ ch mạ ng t/thể . =0 =(40-50)%


=(40-50)%

=(70-90)%
Hì nh 2.7. Sự thay đổi tổ chức sau biến dạng
Textua biế n dạ ng. Ví dụ khi cá n: Al mạ ng A1: - cá c mặ t {110} song song với mặ t cá n
2) Biế n dạ ng dẻ o do xô lệch mạng ứng suất d , cho cơ tí nh , ứng suất né n d
bề mặ t là m giới hạ n mỏi: lă n é p, phun bi.
3) Xu h ớng thay đổi cơ tí nh sau khi biế n dạng dẻ o (hì nh 2.8):
. Bề n (
đh
,
0,2
), cứng , dẻ o
. Dẫ n điệ n và tí nh chống ă n mòn giả m
dẫ n



b
,

02
,
ksi


0
,
2bđ
ộ
dã n dà i,
20

40

60
a)


Tả i trọng tĩ nh: Phá hủy giòn và phá hủy
dẻ o

- Phá hủy dẻ o kè m theo biế n dạ ng dẻ o
- Phá hủy giòn không kè m theo biế n dạ ng
- Phá huỷ giòn xảy ra đột ngột (d), phá huỷ
dẻ o xả y ra từ từ (a) chậ m (b), nhanh (c)
- Công cho phá huỷ dẻ o lớn hơn
- Phá huỷ dẻo hay giòn do:
+ bản chấ t VL: thé p, Al, Cu phá huỷ dẻo,
gang giòn.
ceramic, polyme nhiệ t rắ n phá huỷ giòn

trong đó cá c giai đoạ n 1,2 và 3 đ ợc coi là quan trọng nhấ t,
đá ng để ý nhấ t.
Tập trung ứng suất
Tập trung ứng suấtTập trung ứng suất
Tập trung ứng suất Theo A.A Griffith:
max
:

t
max
a

2 =
(2.1)
Gọi


=
max
I
K

là hệ số c ờng độ ứng suấ t,
xác đị nh bằng công thức:

aYK
I


n
g
uồn lệ c Frank-Read
cả n trở c/đ
a)
b)

o

t
x
x
2a
x x
a


o
x
x

max
mặ t cắ t dọ c theo
nt
Hì nh 2.12. Sơ đồ vết rỗng (a) và sự phân bố
ứng suất trên tiết diện cắt ngang qua vết rỗng
(b)
23



Đối với vậ t liệ u dẻ o (phầ n lớn kim loạ i và vậ t liệ u polyme), đề u có biế n dạ ng dẻ o tr ớc
khi phá hủy, điề u đó là m cho đỉ nh nứt tù (cùn, bớt sắ c nhọn) đi, bá n kí nh cong tă ng lê n,
nhờ đó làm tăng
gh
và K
IC
.
Bảng 2.1. Giới hạn chảy và độ dai phá hủy biến dạng phẳng của một số loại vật liệu
Vậ t liệ u

0,2
, MPa
K
IC
, MPa
m

Vậ t liệ u

0,2
, MPa
K
IC
, MPa
m

Kim loạ i Ceramic và polyme
Hợp kim nhôm 2024-
T351
Cầ u, trục, bá nh ră ng, chị u tả i trọng không lớn (<<
0,2
) nh ng thay đổi theo chu kỳ, vẫ n
có thể bị phá hủy sau thời gian dà i và t ơng đối dài (> 10
5
ữ 10
6
chu kỳ) phá hủy mỏi.
Cơ chế : từ vế t nứt đầ u tiê n, thờng nằ m ở trê n bề mặ t là nơi chị u ứng suấ t ké o lớn nhấ t,
điề u kiệ n thuậ n lợi phá t triể n vế t nứt.
Vế t nứt tế vi trê n bề mặ t: rỗ co, bọt khí , tạ p chấ t, x ớc, lồi lõm tă ng độ bóng bề mặ t
Vế t nứt có thể sinh ra d ới tá c dụng của tả i trọng thay đổi theo chu kỳ (hì nh 2.15a). Hì nh 2.15a. Sơ đồ hì nh thà nh vế t nứt
mỏi Hì nh 2.15b. Sơ đồ mặt gã y khi phá huỷ mỏi


k
vùng 1, sát
bề mặ t là
vế t nứt đầ u
vùng 3,
phá
hỷ
biế n dạ ng
hẳ
ứng suấ t
ẳ
chiề u dày
Độ da i phá
K
IC
Hì nh 2.14. ảnh h ởng của chiề u
dà y
B
th
Kiể u I=kéo
Kiể u
Kiể u III=xé
24
Cơ tí nh cho biế t khả nă ng chị u tả i của vậ t liệ u trong cá c điề u kiệ n t ơng ứng, là cơ sở
của cá c tí nh toá n sức bề n, khả nă ng sử dụng và o một mục đí ch nhấ t đị nh. Cá c đặ c
tr ng cơ tí nh đ ợc xá c đị nh trê n cá c mẫ u chuẩ n.
Th ờng gặ p nhấ t là độ bền, độ dẻ o, độ cứng, độ dai va đậ p, độ dai phá hủy.
2.2.1.
2.2.1.2.2.1.

3
psi
Giới hạn đàn hồi
đh
, khó xác đị nh chấ p nhậ n
0,01

hay
0,05
theo công thức: 0
dh
dh
S
F
=
MPa,
0
01,0
01,0
S
F
=
MPa, hay
0
05,0
05,0
S

b.
b.b.
b. Các yế u tố ảnh hởng
Các yế u tố ảnh hởngCác yế u tố ảnh hởng
Các yế u tố ảnh hởng Cá c phơng phá p nâ ng cao độ bề n:
giảm
giảmgiảm
giảm hoặ c tăng mật độ lệ ch
tăng mật độ lệ chtăng mật độ lệ ch
tăng mật độ lệ ch.
. Giả m: Sợi Fe là 13000MPa, Fe armco 250MPa
. Tă ng: biế n dạ ng nguội, hợp kim hoá , nhiệ t luyệ n,
c.
c.c.
c.

Cá
CáCá
Các biệ n pháp hóa bề n vật liệ u
c biệ n pháp hóa bề n vật liệ uc biệ n pháp hóa bề n vật liệ u
c biệ n pháp hóa bề n vật liệ u Biế n dạ ng dẻ o
:

tă ng mậ t độ lê ch

Hì nh 2.16. Thay đổi độ bề n theo
mậ t độ lệ ch
Hợp kim hóa
: đ a nguyê n tử lạ và o

tă ng xô lệ ch mạ ng và mậ t độ lệ ch

tă ng độ bền,
Tạ o cá c pha cứng phâ n tá n hay hóa bền tiế t pha:

Nhiệ t luyệ n tôi + ram:
tôi và sau đó là ram - tạ o nê n sự quá bã o hòa tăng độ bền, độ
cứng
Hóa - nhiệ t luyệ n:
thấ m C, N tă ng bề n, cứng, chị u mà i mòn, nâ ng cao bề n mỏi
Là m- nhỏ hạt: là m hạ t nhỏ nà y duy nhấ t là m tă ng tấ t cả cá c chỉ tiê u bề n, dẻ o, dai.
2.2.2. Độ dẻo
2.2.2. Độ dẻo2.2.2. Độ dẻ o
2.2.2. Độ dẻo
Độ dẻ o là
Độ dẻ o là Độ dẻ o là
Độ dẻ o là khả năng biế n dạng của vật liệ u
khả năng biế n dạng của vật liệ u khả năng biế n dạng của vật liệ u
khả năng biế n dạng của vật liệ u dới tải trọng
dới tải trọngdới tải trọng
dới tải trọng
a.
a.a.
a. 2
22
Đ/ n :
Đ/ n :Đ/n :
Đ/ n : Vậ t liệ u có

tới trê n 100% (100 ữ 1000%), đ ợc gọi là siê u dẻ o,
Công dụng:
Công dụng: Công dụng:
Công dụng: chế tạ o cá c sả n phẩ m rỗng, dà i với tiế t diệ n không đồng đều: chai, lọ, ống, Chế tạo:
Chế tạo:Chế tạo:
Chế tạo: tạ o tí nh siê u dẻ o bằ ng cá ch:
- tạ o tổ chức hạ t rấ t nhỏ, (cỡ hạ t khoả ng 10
à
m), đẳ ng trục, đồng đề u và ổn đị nh khi biế n

: Hì nh 2.17: công phá huỷ
Sơ đồ thử va đập (hì nh 2.18). -

Hì nh 2.17. Công phá huỷ vậ t liệ u

Hì nh 2.18. Sơ đồ thử độ dai va đập

)
Đơ n vị
Đơ n vịĐơ n vị
Đơ n vị : [j/cm
2
], : [kj/m
2
], : [kgm/cm
2
]
1kGm/cm
2
10J/cm
2
; 1kJ/m
2
0,01kGm/cm
2
; 1kGm/cm
2
100kJ/m
2

Phạm vi áp dụng:
Phạm vi áp dụng: Phạm vi áp dụng:
Phạm vi áp dụng: Chi tiế t chị u va đậ p a
K

K
.
- Hóa bề n bề mặt : tôi bề mặ t, hóa - nhiệ t luyệ n vừa bề n, cứng, tí nh chống mà i mòn
mà vẫ n cho a
K
cao, chống va đậ p tốt.
- Tạ o hạ t tròn, đa cạ nh có độ dai cao hơn khi hạ t có dạ ng tấ m, hì nh kim.
- Giả m số l ợng, kí ch th ớc, tạ o hạ t cà ng tròn, phâ n bố đề u của cá c pha rắ n



a
K
.
2.2.4.
2.2.4.2.2.4.
2.2.4. Độ dai phá hủy biế n dạng phẳng
Độ dai phá hủy biế n dạng phẳngĐộ dai phá hủy biế n dạng phẳng
Độ dai phá hủy biế n dạng phẳng
(plane - strain fracture toughness), K
IC

Mẫu thử:
hì nh 2.19 là dạ ng mẫ u đơn giả n nhấ t, vế t nứt mỏi:
- phả i cùng chiề u với rã nh khí a và chạ y dà i trê n suốt chiề u dà y của mẫ u B = W/2,
- trê n cả hai bề mặ t ngoà i, cả 2 bê n vế t nứt mỏi phả i ă n sâ u và o í t nhấ t là 1,3
- chiều dài a (bằ ng rãnh ban đầ u + nứt mỏi) phả i ~ B hay 0,45ữ0,55W.

Hì nh 2.19.Mẫ u thử độ dai phá huỷ biế n
dạ ng phẳ ng


a
tg
a
w2
K
I



= a
ca
ca2
K
I


+

=
a
)
t
a
l(
)
t
a
5,1l(1,1
K
2/3
I



=

K
I
= 1,1
a

t
a
5,1l(1,1
K
2/3
I



= Để tí nh K
IC
ta phi thc hin cỏc bc sau:
1. Xá c đị nh tả i trọng F
Q
QQ
Q
: kẻ đ ờng thẳ ng OA nghiê ng bằ ng 0,95 so với OB, F
Q
QQ
Q
= F
S
,
2. Kiể m tra lạ i tỷ lệ F

B, W, a - chiề u dày, chiề u rộng mẫ u, chiều dà i nứt, cm.
(2+a/w) (0,886+4,64a/w - 13,32a
2
/w
2
+ 14,72a
3
/w
3
- 5,6a
4
/w
4
)
f(a/w) =


(1 - a/w)
3/2

4. Kim nghim giỏ tr tớnh toỏn
F
F
B
W
rã nh
F
max
A
F

a

M
M
27
Tớnh giỏ tr A= 2,5(K
Q
/

o,2
), nu A B(a)

K
Q
= K
IC
,
ý nghĩ a của K
nghĩ a của K nghĩ a của K
nghĩ a của K
IC
ICIC
IC
:
::
:









(2.5)
2.2.5.
2.2.5.2.2.5.
2.2.5. Độ cứ ng
Độ cứ ngĐộ cứ ng
Độ cứ ng
a. Đặc điể m
a. Đặc điể ma. Đặc điể m
a. Đặc điể m
Sơ đồ tác dụng tải trọng của các phơng pháp đo độ cứng:
a. Brinen, b. Rôcvel, c. Vicke.

b.
b.b.
b. Độ cứng Brinen HB
Độ cứng Brinen HBĐộ cứng Brinen HB
Độ cứng Brinen HB: HB=F/S, F l ti trng, kg hay N, S din tớch hỡnh chm cu. Quan hệ gia bn v cng:
- Thé p cá n (trừ không gỉ , bề n nóng)

b


0,34 HB,
- Thép đúc
b
(0,3 ữ 0,4) HB,
- Gang xám
b
(HB - 60) / 6,
- Đồng, latông, brông ở trạ ng thá i biế n cứng

b


0,40HB,
- Đồng, latông, brông ở trạ ng thá i ủ

- Độ cứng Rôcvel theo cá c thang C, A ký hiệ u là HRC, HRA đợc đo bằ ng mũi hì nh nón
bằ ng kim c ơng

o thé p tôi, lớp hóa - nhiệ t luyệ n
- Độ cứng Rôcvel theo thang B ký hiệu là HRB đợc đo bằ ng mũi bi bằ ng thé p tôi o
thé p ủ, th ờng hóa, gang đúc
d. Độ cứng Vicke HV
d. Độ cứng Vicke HVd. Độ cứng Vicke HV
d. Độ cứng Vicke HV

Là loạ i độ cứng có ph ơng phá p đo t ơng tự nh Brinen, HV= F / S

[kG/mm
2
] hay [MPa ]

Nung kim loại đã qua biế n dạng dẻ o -

- Thải bề n
Thải bề n Thải bề n
Thải bề n -

- Biế n dạng nóng
Biế n dạng nóng Biế n dạng nóng
Biế n dạng nóng 2.3.1.
2.3.1.2.3.1.
2.3.1. Trạng thái kim loại đã qua biế n dạng dẻ o
Trạng thái kim loại đã qua biế n dạng dẻ oTrạng thái kim loại đã qua biế n dạng dẻ o
Trạng thái kim loại đã qua biế n dạng dẻ o
Sau bin dng vt liu trng thỏi khụng n nh nung núng thải bề n.
Tỏc dng: khôi phục lạ i trạ ng thá i ban đầu: dẻ o và mề m: biế n dạ ng dẻ o, gia công cắ t,
khử bỏ ứng suấ t bê n trong để trá nh phá hủy giòn.
2.3.2.
2.3.2.2.3.2.
2.3.2. Các giai đoạn chuyể n biế n khi nung nóng
Các giai đoạn chuyể n biế n khi nung nóngCác giai đoạn chuyể n biế n khi nung nóng
Các giai đoạn chuyể n biế n khi nung nóng

nhiệ t độ thấ p (< 0,1 ữ 0,2T
C
)
Tỏc dng: giả m sai lệ ch mạ ng (điể m:gim nút trống), giả m mậ t độ lệ ch và ứng suấ t bê n
trong , trong khi đó tổ chức tế vi cha thay đổi, giả m điệ n trở chút í t, cơ tí nh ch a thay
đổi.
b.
b.b.
b. Kế t tinh lại
Kế t tinh lại Kế t tinh lại
Kế t tinh lại (kế t tinh lạ i lầ n thứ nhấ t)
Bản chất kế t tinh lại
Bản chất kế t tinh lạiBản chất kế t tinh lại
Bản chất kế t tinh lại:
::
: quá trì nh hì nh thà nh cá c hạ t mới không có cá c sai lệ ch do biế n
dạ ng dẻ o gâ y ra theo cơ chế tạ o mầ m và phá t triể n mầ m nh kế t tinh gi l kt tinh li:
-

-

Tạo m
Tạo mTạo m
Tạo mầm
ầmầm
ầm:
::
: ở những vùng bị xô lệ ch mạ nh nhấ t, biế n dạ ng dẻ o cà ng mạ nh, cà ng nhiề u
mầ m
- Sự phá t triể n mm tiế p theo là quá trì nh tự nhiê n.

o
C) - 100
o
C, Pb, Zn, Sn (T
C
trê n d ới 300
o
C) < 25
o
C.
Tổ chức tế vi và độ hạt
Tổ chức tế vi và độ hạtTổ chức tế vi và độ hạt
Tổ chức tế vi và độ hạt Hạ t mới đa cạ nh, đẳ ng trục, độ hạ t phụ
thuộc:
- Mức độ biế n dạng: biế n dạ ng nhỏ 2 ữ 8%
hạ t tạ o thà nh rấ t lớn, gọi là độ biế n dạng
tới hạn, th ờng phả i trá nh.
- Nhiệt độ ủ: cà ng cao hạ t to lê n.
- Thời gian giữ nhiệ t: cà ng dà i hạ t cà ng
lớn.
Thực tế thờng biế n dạ ng (

40
ữ
50%), ủ
nhiệ t độ
cao (tu tng kim loi),


t
ktl1
t
ktl2
t
o


b


0,2
hi
phc
kt tinh li
ln 1
ln 2
độ dẻo
độ dẫ n
29
Nhiệ t độ cao, thời gian giữ nhiệ t dà i:

sá t nhậ p của cá c hạ t "nuốt" hạ t bé là m hạ t to lê n
thê m đ ợc gọi là kế t tinh lạ i lầ n thứ hai. Xu c tớnh phi trỏnh

2.3.3.
2.3.3.2.3.3.
2.3.3. Biế n dạng nóng
Biế n dạng nóngBiế n dạng nóng

ktl
=450
o
C) chì (Pb), thiế c
(Sn), kẽ m (Zn) biến dạ ng (ở nhiệ t độ th ờng) bin dạ ng nóng vì nhiệ t độ kế t tinh lạ i
của chúng thấ p hơn 0
o
C. Thờng biế n dạ ng nóng ở nhiệ t độ (0,7
ữ
0,75)T
C
.
b.
b.b.
b. Các quá trì nh xảy
Các quá trì nh xảyCác quá trì nh xảy
Các quá trì nh xảy ra
ra ra
ra
Về u điể m
- Kim loạ i xớt cht, dẻ o cao hơn, ớt khi bị nứt, nă ng suấ t cao, gia công đ ợc cá c phôi lớn,
tit kim nng l ng.
Về nhợc điểm
+ khó đồng đều, tổ chức và cơ tí nh, kộm chí nh xá c hì nh dạ ng, kí ch th ớc, oxy
hoỏ,
+ chấ t l ợng bề mặ t không cao: vẩ y ôxyt, thoá t cacbon.

a) b)
2.
2.2.
2.4.
4.4.
4. Ăn mòn và bảo vệ kim loại:
Ăn mòn và bảo vệ kim loại: Ăn mòn và bảo vệ kim loại:
Ăn mòn và bảo vệ kim loại: Đ/n: ăn mòn là sự phá huỷ kim loạ i d ới tá c động của môi tr ờng. Thiệ t hạ i do ă n mòn
hà ng nă m chiế m khoả ng 4% GDP của mỗi quốc gia.
2.4.

điệ n hóa của quá trì nh ăn mòn kim loại
a. Điện thế điện cực và khả năng xảy ra ăn mòn:
Điện thế điện cực kim loại:
Điện thế điện cực kim loại: Điện thế điện cực kim loại:
Điện thế điện cực kim loại: đị nh luậ t Nernst:
Me
o
KL
Cln
nF
RT
EE
+=
,
E
o
của một số kim loạ i:
K/loạ i : Mg Al Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Ag
E
o
, vol:-2,37 -1,67 -0,76 -0,74 -0,44 -0,25 -0,14 -0,13 0 +0,34 +0,80 Hì nh 2.23.
Tổ chức thớ của trục
khuỷu theo các phơng pháp
chế tạo khác nhau: a. tạo phôi

Khả năng xảy ra ăn mòn: Khả năng xảy ra ăn mòn:
Khả năng xảy ra ăn mòn: Kim loạ i chỉ bị ă n mòn khi E
KL
< E
MT
,
Trong môi trờng axit không hoà tan oxy (E
o
H
=0) do đó cá c kim loạ i có E
o
< 0 sẽ bị ă n
mòn là : Mg, Al, Pb, các kim loạ i không bị ă n mòn là Cu và Ag
Khi axit có hoà tan oxy thì E
o
H(O)
=1,23V do đó tấ t cả cá c kim loạ i trê n đề u bị ă n mòn.
Trong môi tr ờng n ớc E
o
khoả ng 0,4V trừ Ag còn hầu hết cá c kim loại đề u bị ă n mòn.
Khi kim loạ i bị ă n mòn thì xả y ra phả n
ứng: Me Me
n+
+ ne
axit không có oxy: 2H
+
+ 2e H
2
,
axit có oxy: O

U
I
m/a
=
), trong đó U là hiệu điện thế giữa catôt và anôt, U=E
MT
-E
KL
, R tổng điệ n trở
ăn mòn galvanic: latông 2 pha: giầ u Cu và giầ u Zn khi ngâ m trong n ớc pha sẽ bị ă n
mòn thà nh cá c lỗ, ta gọi đó là ă n mòn thoá t Zn.
b
bb
b. Cơ chế ăn mòn hoá học kim loại
. Cơ chế ăn mòn hoá học kim loại. Cơ chế ăn mòn hoá học kim loại
. Cơ chế ăn mòn hoá học kim loại
Ăn mòn hoá học kim loạ i Me đợc mô tả bằng phản ứng sau:
xMe + y/2G
2
= Me
x
G
y

trong đó G
2
là chấ t khí gâ y ă n mòn : O
Hì nh 5.16. Giả n đồ pha ng ng tụ
2.4
2.42.4
2.4.3
.3.3
.3.Tốc độ
.Tốc độ .Tốc độ
.Tốc độ ăn mòn
ăn mònăn mòn
ăn mòn th ờng đợc biể u thị d ới 3 dạ ng:
-

- Mật độ dòng ăn mòn:
Mật độ dòng ăn mòn: Mật độ dòng ăn mòn:
Mật độ dòng ăn mòn: i
a/m
=I
a/m
/S, có thứ nguyê n là : [A/cm
2
], [A/dm
2

. ở T=T
C
: nế u P>P
C
cả 2 kim loạ i bị ă n mòn
(P
C
>P
1
)
. 2 kim loạ i Me1 và Me2:
T>T
C
(trá i điể m T
C
), Me1 bề n ă n mòn hơn Me2
T<T
C
(phả i điể m T
C
), Me2 bề n ă n mòn hơn
Sản phẩm ăn mòn Me
x
G
y
có thể ở thể rắ n: bám
hoặ c tá ch khỏi bề mặ t vậ t liệ u; Oxit của cá c kim
loạ i Cr, Si, Al, và cả Fe (ở mức độ thấ p hơn)
có tác dụng kì m chế (thụ động) ă n mòn.
lgP

31
-

- Tốc độ ăn mòn khối lợng:
Tốc độ ăn mòn khối lợng: Tốc độ ăn mòn khối lợng:
Tốc độ ăn mòn khối lợng: P
kl
=

m/St, thứ nguyê n: [g/cm
2
.ngà y].
-

- Tốc độ thâm nhập:
Tốc độ thâm nhập: Tốc độ thâm nhập:
Tốc độ thâm nhập: P
tn
=P
kl
/

, thứ nguyê n: [mm/nă m], (

- khối l ợng riê ng của kim loạ i).
Dựa và o tốc độ thâ m nhậ p của môi tr ờng, ng ời ta chia kim loạ i thà nh ba nhóm:
. P
tn
< 0,125 mm/nă m đợc coi là rất bề n ă n mòn, . (0,125 < P
tn


- Sự thụ động
Sự thụ động Sự thụ động
Sự thụ động ăn mòn
ăn mòn ăn mòn
ăn mòn:
::
: Cá c kim loạ i Fe, Cr, Ni có khả nă ng thụ động ă n mòn tức là tốc
độ ă n mòn giả m nhanh theo thời gian, tuy nhiê n ở mức độ khá c nhau: Cr thụ động nhanh
nhấ t thé p không gỉ có >12%Cr. Fe (thé p cacbon) có thụ động nh ng chậ m, t
tđ
lớn.
b.
ả
nh hởng của môi trờng
nh hởng của môi trờngnh hởng của môi trờng
nh hởng của môi trờng -

- Điệ n trở của môi trờng:
Điệ n trở của môi trờng: Điệ n trở của môi trờng:
Điệ n trở của môi trờng: chỉ có môi tr ờng dẫ n điệ n mới có ă n mòn điệ n hoá , điệ n
trở cà ng lớn thì tốc độ ă n mòn cà ng nhỏ.
-

-

ảnh hởng của độ pH và oxy đến điện thế điện cực của môi trờng:

d.
ả
nh
hởng của các công nghệ vật liệ u
hởng của các công nghệ vật liệ uhởng của các công nghệ vật liệ u
hởng của các công nghệ vật liệ u

. Tôi để nhậ n đ ợc tổ chức một pha đồng nhấ t sẽ bề n ă n mòn hơn.
. Thé p cacbon trung bì nh sau khi tôi thì í t nhạ y cả m với ă n mòn hơn nh ng sau khi ram lạ i
trở nê n nhạy cả m với ă n mòn. Tốc độ ă n mòn lớn nhấ t khi ram ở 400-500
o
C.
. Khi hà n hoặ c nhiệ t luyệ n có sự tiế t pha: ă n mòn galvanic.
2.
2.2.
2.4.
4.4.
4.5.
5.5.
5. Chống ăn mòn kim loại
Chống ăn mòn kim loại Chống ăn mòn kim loại
Chống ăn mòn kim loại Thiế t kế kế t cấu hợp lý, đảm bảo các nguyê n tắc sau:
Thiế t kế kế t cấu hợp lý, đảm bảo các nguyê n tắc sau:Thiế t kế kế t cấu hợp lý, đảm bảo các nguyê n tắc sau:
Thiế t kế kế t cấu hợp lý, đảm bảo các nguyê n tắc sau:

Lớp sơn chống ă n mòn cho các loạ i công trì nh khá c nhau đ ợc á p dụng nh sau:
-Môi tr ờng khí quyể n thông th ờng, dùng sơn tổng hợp alkyd cho nhà ở, xe cộ, cầ u,
-Khí quyể n biể n, dùng lớp sơn acrylic, phenol, vinyl, vinyl-alkyd
-Môi tr ờng ngậ p trong n ớc, dùng sơn Phenolic, Vinyl cho vỏ tà u, nóc tà u
-Hơi hoá chấ t, dùng Epoxy, caosu clorinat, vinyl, urethan, cho thiế t bị hoá chấ t, vậ t dụng
khá c
-Công trì nh ở nơi có độ ẩ m cao, dùng sơn amino alkyd, cho tủ lạ nh, má y giặ t
- Nhiệ t độ cao, dùng sơn Alkyd, cho động cơ chị u tới 100
o
C, sơn aminoalkyd biế n tí nh
cho thiế t bị sấ y nhiệ t độ tới 100
o
C, sơn Silicon biế n tí nh cho lò sấ y, lò nớng tới 200
o
C,
sơn silicon có thê m phụ gia Al cho lò sấ y, lò n ớng tới 290
o
C đến 650
o
C.
Xử lý môi trờng:
Xử lý môi trờng:Xử lý môi trờng:
Xử lý môi trờng:
1. Hạ thấ p nhiệ t độ thì tốc độ ă n mòn giả m.
2. Giả m tốc độ chuyể n động t ơng đối giữa môi tr ờng và kim loạ i thì tốc độ ă n mòn
giả m
3. Khử oxy và cá c ion thúc đẩ y ă n mòn (Cl) hoà tan trong môi tr ờng Hì nh 5.17a. Bả o vệ catôt bằ ng dòng điệ n 1
chiề u

Hì nh 5.17b. Sơ đồ bả o vệ catôt bằng
protector
-

- Bảo vệ catôt bằng protector:
Bảo vệ catôt bằng protector: Bảo vệ catôt bằng protector:
Bảo vệ catôt bằng protector: á p dụng cho cá c công trì nh ngầ m trong n ớc biể n: nối kim
loạ i cầ n bả o vệ với protector: Zn- (0,2-0,7)%Al+<0,01%Cu+<0,13%Si+(0,1-0,14)Cd.