19
Chơng 2 Biến dạng dẻo và cơ tính
Đa số vậ t liệ u, đặ c biệ t là kim loạ i, thờng đ ợc bá n dới dạ ng cá c bá n thà nh
phẩ m dới 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 biế n dạng dẻ o không những giúp hiể u biế t cơ sở quá trì nh mà còn
giúp đề ra cá c 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
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 dới hì nh thứ c 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
- 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. Vớ i F
1
biế n dạ ng O1, bỏ tả i
trọng mẫ u lạ i trở lạ i kí ch thớc 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
độ dã n dà i
tả i trọng F
F
b
F
a


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>
b.

lập phơng tâm mặt,<111>
c. lục giác xếp chặt, <0001>
- Khả nă ng biế n dạ ng dẻ o của kim loạ i tỷ lệ thuậ n với số hệ trợt chí nh: số hệ trợt càng
cao khả nă ng trợt cà ng lớn kim loạ i càng dễ biến dạ ng dẻo
- Thực tế đã chứng tỏ điều này: Fe

,Al,Ag,Cu...(mạ ng A1) dẻ o và dễ dá t mỏng hơ n Zn
(A3).
So với lftk (A2) mạ ng lftm (A1) tuy cùng 12 hệ trợt nhng dễ trợt hơn tí nh dẻ o cao
hơn
b.
b.b.
b.

thừa số
Schmid.
ứng suấ t gâ y ra trợt 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 2.5. Trợt trong đơn tinh thể
Khi (+) 90
o
,
max

phơng
trợt
mặ t
trợ
F F
F
21
c.
c.c.
c. Tí nh dễ trợt
Tí nh dễ trợt Tí nh dễ trợt
Tí nh dễ trợt -
--
- cơ chế trợt
cơ chế trợt cơ chế trợt
cơ chế trợt Độ bề n lý thuyế t:
t.h

2
G
, rấ t cao. Thực tế có lệ ch
t.h

43

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

Đặ c điể m của trợt đa tinh thể :
1) Các hạt bị biến dạng không đồng thời với mức độ khác nhau
2) Có tí nh đẳng hớng: 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 trợt.

lực cao hơn

độ bề n cao hơn.
4) Hạt càng nhỏ độ bề n và độ dẻ o càng cao
: hạ t nhỏ có tổng diệ n tí ch biê n hạ t lớn hơn,
sẽ cả n trợt mạ nh hơn nê n là m tă ng độ bề n. Theo Hall - Petch:
ch
=

o
+
+ +
+

bề mặ t là m giới hạ n mỏi: lă n é p, phun bi.
3) Xu hớng 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
Hì nh 2.8. ảnh hởng của độ biến dạng đến cơ tí nh của kim loại nói chung (a) và Cu
nói riêng (b).
tạ p chấ t
Hì nh 2.6.
Mô hì nh trợt trong mạng tinh
thể thực tế (có lệch biên)





40

60
a)
b)
22
2.1.4.
2.1.4.2.1.4.
2.1.4. Phá hủy
Phá hủyPhá hủy
Phá hủy ứ
ng suấ t > [
b
] phá hủy do gã y, vỡ hoặ c đứt (fractography).
Đầu tiê n xuất hiệ n vế t nứt tế vi trê n bề mặt hay ở sâu bê n trong

phát triể n vế t nứt

phá
huỷ
Tuỳ theo tả i trọng:

a.
a.a.
a.

Tải trọng tĩ nh

a) b) c) d)
Hì nh 2.9.
Các dạng mặt gãy khi phá hủy
+ T
o
phá huỷ giòn, tải trọng đặt vào nhanh, đột ngột phá huỷ giòn
-+ Kế t cấ u gâ y tậ p trung ứng suấ t (hạ bậ c đột ngột, rã nh, khí a, nứt,..) dể gâ y phá huỷ
giòn
Cơ chế p
Cơ chế pCơ chế p
Cơ chế phá hủy
há hủyhá hủy
há hủy
Phá hủy theo 4 giai đoạ n sau:
1) hì nh thành vế t nứt (tế vi),


aYK
I
=
(2.2)
Đối với vậ t liệ u giòn, ứng suấ t tới hạ n
gh
cầ n thiế t để phá t triể n vế t nứt là :
a
E2
gh


=
(2.3)
3 kiể u phá t triể n vế t nứt thờng gặ p (hì nh 2.13): Hì nh 2.11. Sự hì nh thà nh vế t nứt




Hì nh 2.13.
Ba kiểu tải trọng và lan chuyển vết nứt:

Kiểu I là kiểu thờng gặ p hơn cả và đ ợc đa và o tí nh toá n.
Do tậ p trung ứng suấ t
gh
(công thức 2.3) vế t nứt gâ y phá huỷ giòn vậ t liệ u. Giỏ
tr h s cng ng sut tng ng ti ú c gi l dai phỏ hu ca vt liu,
ký hiu l K
IC
, c trng cho mi loi vt liu

aYK
ghIC
= , [N.m
-3/2
] hay

[
MPa.m
1/2
], xá c đị nh bằ ng thực nghiệ m


Hợp kim nhôm 7075-
T651
505 29
oxit nhôm - 3-5,3
Thuỷ tinh - 0,7-0,8
Bê tông - 0,2-1,4
Thé p 4340,tôi +ram
260
o
C Thé p 4340,tôi
+ram 425
o
C
1640
1420
50
87,4
Polyme ,PMMA
Polystyren, PS
-
-
1,0
0,8-1,1
b.
b.b.
b. Trong điề u kiệ n tải trọng thay đổi theo chu kỳ
Trong điề u kiệ n tải trọng thay đổi theo chu kỳTrong điề u kiệ n tải trọng thay đổi theo chu kỳ
Trong điề u kiệ n tải trọng thay đổi theo chu kỳ
2.2.
2.2.2.2.
2.2.

Các đặc trng cơ tí nh thông thờng và ý nghĩ a
Các đặc trng cơ tí nh thông thờng và ý nghĩ aCác đặc trng cơ tí nh thông thờng và ý nghĩ a
Các đặc trng cơ tí nh thông thờng và ý nghĩ a
mặ t


vế t nứt nguồn lệ ch
Frank-Read

k