Đánh giá cơ chế phá hủy dẻo của thép hợp kim bằng phương pháp nghiên cứu tham số mặt gẫy

Bài viết xác định một số tham số quan trọng của mặt gẫy và tiến hành nghiên cứu sự thay đổi của chúng trong mối tương quan với cơ tính của vật liệu, từ đó có những nhận định, đánh giá về quy luật của mặt gẫy phá hủy dẻo cũng như mối quan hệ giữa cơ chế phá hủy, tổ chức của thép với hình thái học của mặt gẫy.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đánh giá cơ chế phá hủy dẻo của thép hợp kim bằng phương pháp nghiên cứu tham số mặt gẫyNghiên cứu khoa học công nghệ ĐÁNH GIÁ CƠ CHẾ PHÁ HỦY DẺO CỦA THÉP HỢP KIM BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THAM SỐ MẶT GẪY Lê Hải Ninh1, Đỗ Văn Minh2, Nguyễn Xuân Phương1, Nguyễn Huynh1, Nguyễn Văn Minh1, Vũ Tuấn Linh1 Tóm tắt: Phá hủy dẻo có vai trò rất quan trọng trong quá trình vận hành của các chi tiết. Việc đánh giá cơ chế phá hủy dẻo có nhiều phương pháp khác nhau nhưng chưa được thống nhất cũng như còn mang nhiều định tính. Sử dụng phương pháp nghiên cứu mặt gẫy để đánh giá cơ chế phá hủy là cách tiếp cận có cơ sở và tính thực tiễn cao. Bài báo xác định một số tham số quan trọng của mặt gẫy và tiến hành nghiên cứu sự thay đổi của chúng trong mối tương quan với cơ tính của vật liệu, từ đó có những nhận định, đánh giá về quy luật của mặt gẫy phá hủy dẻo cũng như mối quan hệ giữa cơ chế phá hủy, tổ chức của thép với hình thái học của mặt gẫy.Từ khóa: Mặt gẫy; Phá hủy dẻo; Ảnh lập thể; Mô hình bề mặt 3D; Các tham số hình học của mặt gẫy; Cơ chếphá hủy dẻo; Thép hợp kim. 1. MỞ ĐẦU Công nghệ hiện nay chưa cho phép chế tạo được thép sạch tuyệt đối. Do đó, bên trongkim loại luôn tồn tại các loại tạp chất hoặc lỗ xốp với mật độ, kích thước khác nhau, đượcsinh ra trong quá trình nấu luyện, tinh luyện,… Trên thực tế, các nguyên tố bao gồm cảôxy, nitơ, lưu huỳnh có trong thép đều có khả năng tạo tạp phi kim ở các cấp độ khác nhau(đơn giản hoặc phức hợp), chẳng hạn Al2O3, AlN, TiN, FeO,… làm giảm chất lượng củathép. Các tạp chất này tồn tại làm mất tính liền khối của kim loại, là nguyên nhân trực tiếpgây ra các lỗ xốp, các khoảng trống (hố) trong lòng kim loại và là một trong các vị trí tậptrung ứng suất, dễ bị phá hủy trong quá trình hoạt động của chi tiết [1-3]. Xét trên quan điểm năng lượng phá hủy, phá hủy giòn hay dẻo khác nhau ở mức độ hấpthụ năng lượng phá hủy. Phá hủy dẻo có khả năng hấp thụ năng lượng phá hủy cao hơnphá hủy giòn. Nếu như phá hủy giòn thường xảy ra đột ngột, nguy hiểm, không có sựcảnh báo thì trước khi xảy ra phá hủy dẻo lại luôn xuất hiện các dấu hiệu biến dạng cục bộ(đến hàng chục %) cũng như quá trình hình thành vết nứt. Như vậy, phá hủy dẻo chỉ xảy rasau một quá trình vật liệu đã chịu biến dạng dẻo tương đối lớn tại vị trí ở đầu các vết nứtvà quá trình nới rộng đầu vết nứt dẻo cho đến khi kích thước của nó lớn hơn kích thước tớihạn (vết nứt được coi là “nguy hiểm” khi kích thước trung bình (chiều dài) của chúng đạtkhoảng ~10–4 mm [4]); khi đó mật độ lệch vào khoảng 1012÷1013cm-2 [5]. Trong khi đó, phá hủy giòn xảy ra nhanh sau khi vật liệu chịu quá giới hạn hấp thụnăng lượng. Vết nứt được phát triển với tốc độ không thể kiểm soát mà không có quá trìnhbiến dạng cục bộ ở đầu vết nứt (tốc độ phát triển vết nứt phát hủy giòn của thép có thể đến2500m/s) [5]. Các vết nứt giòn phát triển với tốc độ cao và tạo thành các đường rách đểtách rời vật liệu ra từng mảnh gây nguy hiểm cho kết cấu và an toàn của con người. Như vậy, trên quan điểm vật lý độ bền, so sánh cơ chế phá hủy giòn hay dẻo có có ýnghĩa khoa học rất quan trọng, đặc biệt khi xem xét bản chất sự khác biệt về tốc độ pháttriển vết nứt của chúng. Từ đặc điểm phá hủy giòn và dẻo, ngành nghiên cứu mặt gẫy truyền thống quy ước đặctrưng của mặt gẫy giòn là các phiến phẳng, đa cạnh có màu sáng. Trong khi đó, đặc trưng củamặt gẫy dẻo là các hố mấp mô (các hố trên mặt gẫy có thể là hố sơ cấp do các hạt tạp bêntrong gây ra hoặc các hố thứ cấp sinh ra trong quá trình vết nứt phát triển). Nói cách khác, đặcđiểm hình thái học cơ bản của các loại mặt gẫy là đường phá hủy giòn tương đối thẳng (mặtphá hủy phẳng) còn đường phá hủy dẻo tương đối lồi lõm (mặt phá hủy mấp mô).Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 65, 02 - 2020 149 Hóa học & Kỹ thuật môi trường Trong bài báo này, nhóm nghiên cứu xem xét mối quan hệ giữa mặt gẫy dẻo thép hợpkim với mức độ hấp thụ năng lượng phá hủy; Cụ thể là mối tương quan giữa hình thái họccủa mặt gẫy dẻo (các hố trên bề mặt) với các chỉ số về độ dẻo, độ dai va đập của các mẫuthép nhằm đưa ra những khuyến cáo khách quan, định hướng cho việc nâng cao mức hấpthụ năng lượng phá hủy dẻo của vật liệu. Về cơ bản, các tạp chất phi kim nằm bên trong là nhân tố rất quan trọng kiểm soát mứcđộ phá hủy dẻo và chất lượng của thép [6]. Theo lý thuyết, các hành vi cơ bản của phá hủydẻo được quy về hiện tượng: phá, mở các lỗ xốp tế vi sau đó có xu hướng hợp nhất lạithành các lỗ trống lớn hơn. Như vậy, trên mặt gẫy sẽ phải lưu tâm đến một nhân tố hết sứcquan trọng đó là các hố, được biểu hiện ở dạng bán cầu (là một nửa lỗ trống trong lòngkim loại bị xé ra), ở đáy của hố thường xuất hiện hạt tạp chất phi kim. Quá trình nghiê ...