Bài giảng Cơ sở vật liệu học - Chương 2: Biến dạng và cơ tính vật liệu

Bài giảng trình bày chi tiết nội dung của biến dạng và cơ tính vật liệu , tham khảo tài liệu giúp các bạn hiểu được cơ chế bền trong kim loại, trượt trong đa tinh thể, các tổ chức và tính chất sau biến dạng dẻo,… Mời các bạn tham khảo nọi dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Cơ sở vật liệu học - Chương 2: Biến dạng và cơ tính vật liệu Chương 2: Biến dạng và cơ tính vật liệu • 2.1. Biến dang đàn hồi:  Khi chịu tải, vật liệu sinh ra một phản lực cân bằng với ngoại lực.  Ứng suất = phản lực /một đơn vị diện tích  Ứng suất pháp (): vuông góc với mặt chịu lực  Ứng suất tiếp () sinh ra xê dịch trong mặt chịu lực  Ứng suất pháp 3 chiều: gây biến đổi thể tích V/V Các loại ứng suất có thể gây biến dạng đàn hồi  Biến dạng đàn hồi là biến dạng bị mất đi sau khi bỏ lực tác dụng – có thể gây ra do các ứng suất trên 1 Định luật HOOKE : .E 2 (cho kéo nén)  = G. (cho xê dịch) P= -K.V/V (cho ép 3 chiều) Mô tả quan hệ giữa ứng suất () và độ biến dạng () thông qua môđun đàn hồi (E) Trong đó: E: mô đun đàn hồi G: mô đun xê dịch K: Mô đun ép E = 2G(1+) E = 3K(1-2)  - hằng số Poisson (=0,3 với đa số VL) Quan hệ: Đàn hồi tuyến tính Đàn hồi phi tuyến  Mô đun đàn hồi của một vật thể được xác định bằng độ dốc của đường cong ứng suất - biến dạng trong vùng biến dạng đàn hồi 4 1 Có ba loại mô đun đàn hồi cơ bản:  Mô đun Young (E): mô tả đàn hồi dạng kéo (hoặc xu hướng của một vật thể bị biến dạng bởi lực kéo dọc theo một trục, nó được định nghĩa bằng tỷ số giữa ứng suất kéo và biến dạng kéo (gọi đơn là mô đun đàn hồi).  Mô đun cắt (G) miêu tả xu hướng của một vật thể bị cắt (hình dạng của biến dạng với thể tích không đổi) khi bị tác động bởi các lực ngược hướng; nó được định nghĩa bằng ứng suất cắt chia cho biến dạng kéo. Mô đun cắt là một phần nguồn gốc của tính dẻo (the derivation of viscosity).  Mô đun khối (K) mô tả biến dạng thể tích, hoặc xu hướng thể tích của một vật thể bị biến dạng dưới một áp lực; nó được định nghĩa bằng tỷ số ứng suất thể tích chia cho biến dạng • Ảnh hưởng của nhiệt độ đến E 5 2.2. Biến dạng dẻo – cơ chế hoá bền trong vật liệu Tải trọng F 2.2.1. Cơ chế biến dạng dẻo trong kim loại Fb b Fa a Fđh c e 0 a1 a2 Khi đặt tải F< Fđh →Biến dạng theo đường Oe (tuyến tính) →Bỏ lực tác dụng, mẫu trở về trạng thái ban đầu (theo đường oe) →BD đàn hồi - Khi tải đặt vào lớn F> Fđh→Biến dạng tăng nhanh theo tải trọng. Bỏ tải, BD không mất đi hoàn toàn→BD dẻo (trở về theo đường aa1 // oe, oa1 là BD dư, a1a2 là BD đàn hồi. - Nếu tiếp tục tăng tải trọng đến Fb→xảy ra BD cục bộ, hình thành cổ thắt, F giảm, BD vẫn tăng→đứt - Độ dãn dài l Biểu đồ tải trọng-biến dạng điển hình của KL 2 1. Biến dạng dẻo là gì? Biến dạng dẻo là biến dạng dư không bị mất đi sau khi bỏ tải trọng tác dụng Sự biến đổi mạng tinh thể trong quá trình biến dạng Khi không chịu lực tác dụng : các nguyên tử chỉ dao động xung quanh vị trí cân bằng •Ứng suất tiếp gây ra biến dạng dẻo (trượt), ứng suất pháp không gây ra biến dạng dẻo. Giai đoạn biến dạng đàn hồi: các nguyên tử xê dịch nhỏ hơn một thông số mạng → trở về vị trí ban đầu khi bỏ tải trọng Giai đoạn biến dạng dẻo: các nguyên tử xê dịch lớn hơn một thông số mạng → trở về vị trí cân bằng mới khi bỏ tải trọng Giai đoạn phá huỷ: liên kết giữa các nguyên tử bị cắt rời 10 a) Các mặt và phương trượt 2. Trượt đơn tinh thể Mặt trượt: mặt (tưởng tượng) phân cách giữa hai mặt nguyên tử dày đặc nhất mà tại đó xảy ra hiện tượng trượt Hiện tượng trượt trong đơn tinh thể Mặt trượt Phương trượt Mặt dày đặc nhất? • 2 điều kiện của mặt trượt: - Mặt xếp chặt nhất  liên kết giữa các nguyên tử lớn nhất Trượt trong đơn tinh thể Zn Đ/n: Trượt là hiện tượng chuyển dời tương đối giữa các phần tinh thể theo các phương và mặt nhất định gọi là phương trượt và mặt trượt - Do Mv không đổi  khoảng cách giữa 2 mặt xít chặt là lớn nhất  liên kết giữa chúng yếu nhất Phương trượt: phương có mật độ nguyên tử lớn nhất Hệ trượt: Là sự kết hợp giữa một phương trượt và một mặt trượt 12 3 Hệ trượt trong mạng A2 Hệ trượt trong mạng A1 Họ mặt trượt {110} : 6 mặt trượt Họ mặt trượt:{111} Số lượng: 4 mặt trượt Họ phương trượt : 2 phương trượt Họ phương trượt : 3 phương trượt  Số hệ trượt = số mặt x số phương = 12 hệ trượt  Số hệ trượt = số mặt x số phương = 12 hệ trượt 13 14 Hệ trượt trong mạng A3 Kiểu mạng Số mặt trượt 6 4 1 Số phương trượt 2 3 3 Mặt xếp chặt nhất: (0001) Số lượng: 1 mặt trượt Số hệ trượt 12 12 3 Họ phương xếp chặt nhất : 3 phương trượt  Số hệ trượt = số mặt x số phương = 3 hệ trượt Kim loại Feα, Cr, W, V Feγ, Al, Cu, Au Tiα, Zn, Mg, Be 15 16 4 Phân tích các tính toán cho ứng suất tiếp trên mặt trượt từ mô hình trượt của đơn tinh thể Nhận xét - Kim loại có số hệ trượt càng cao thì càng dễ biến dạng  Nhôm (Al), đồng (Cu)…. dễ biến dạng hơn Magiê (Mg), Kẽm (Zn) σo = F/So (F là lực kéo đơn tinh thể theo chiều trục) σ - Trong cùng một hệ tinh thể (lập phương): kim loại nào có số phương trượt nhiều hơn thì dễ biến dạng dẻo hơn Text F So   Nikel (Ni), Nhôm (Al), đồng (Cu) (A2)…. dễ biến dạng hơn Crôm (Cr), Vonfram (V) (A1) Phương trượt   Ss Fs Ss  - Ngoài các hệ trượt chính, KL còn có thể trượt theo các hệ khá ...