Bài giảng Luyện kim vật lý - Chương 2: Biến dạng trong kim loại nguyên chất - Nguyễn Văn Đức

08/03/2020 1 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn Luyện kim vật lý Physical Metallurgy Giảng viên: GVC. ThS. Nguyễn Văn Đức TS. Hoàng Văn Vương. Viện: Khoa học và Kỹ thuật vật liệu Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2. Lệch • 1.2.1. Cấu trúc lệch • 1.2.2. Năng lượng lệch • 1.2.3. Nguồn sinh lệch • 1.2.4. Tương tác lệch với khuyết tật • 1.2.5. Phương pháp kiểm tra xác định lệch • 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch. • 1.3. Hóa bền biến dạng nguội • 1.3.1. Đường cong ứng suất - biến dạng • 1.3.2. Hệ số hóa bền • 1.4. Song tinh và biến dạng dẻo Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.1. Cấu trúc lệch Sai lệch đường – lệch: kích thước rất nhỏ (nguyên tử) theo 2 chiều và lớn theo chiều thứ ba. Lệch biên Lệch xoắn 1 2 3 08/03/2020 2 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE Lệch biên: chèn thêm bán mặt vào nửa trên của mạng tinh thể lý tưởng. Véctơ Burger: đóng kín vòng tròn vẽ tr ên mặt phẳng vuông góc với trục lệch khi chuyển từ tinh thể không lệch sang có lệch. b trục lệch. 1.2.1. Cấu trúc lệch Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE Lệch xoắn: hai phần của mạng tinh thể trượt tương đối so với nhau một hằng số mạng. Các nguyên tử trong vùng lệch sắp xếp theo hình xoắn ốc. 1.2.1. Cấu trúc lệch Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE Lệch hỗn hợp: góc α = ( , trục lệch): 90o (lệch biên), 0o (lệch xoắn), (0o-90o) (lệch hỗn hợp). b xoanbien bbb  Biên Xoắn Hỗn hợp 1.2.1. Cấu trúc lệch 4 5 6 08/03/2020 3 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE Lệch hỗn hợp: góc α = ( , trục lệch): 90o (lệch biên), 0o (lệch xoắn), (0o-90o) (lệch hỗn hợp). b xoanbien bbb  Hỗn hợp: = [112], = ½[110]. Xác định: và b b bienb xoanb t b 1.2.1. Cấu trúc lệch Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.1. Cấu trúc lệch Véc tơ Burgers: là đại lượng đặc trưng cho lệch. ● Xác định năng lượng của lệch, lực tác dụng lên lệch, độ lớn xê dịch và khả n ăng di động của lệch. ● Lệch biên, véc tơ Burgers vuông góc với đường lệch (trục lệch). ● Lệch xoắn: ].[.1 uvwa n b  tb  tb // [uvw]: phương tinh thể của vec tơ Burgers a: hằng số mạng n: số bất kỳ [110] [111] a [010] x y z 1b 2b 3bTrong mạng lập phương đơn giản  Lệch hoàn chỉnh: n = 1 (lệch đơn vị)  Lệch không hoàn chỉnh: n  1 2221 wvua n b  Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.1. Cấu trúc lệch Lệch hoàn chỉnh và không hoàn chỉnh Lệch hoàn chỉnh Lệch không hoàn chỉnh - Véc tơ Burger là véc tơ tịnh tiến theo phương có khoảng cách giữa các ngu yên tử ngắn nhất. - Khi tịnh tiến các nguyên tử hay ô cơ sở theo véc tơ Burger trong không gi an hình thành mạng hoàn chỉnh. - Véc tơ Burger không là véc tơ cơ sở. - Khi tịnh tiến các nguyên tử theo véc tơ Burger này sẽ hình thành khuyết t ật xếp trong mạng tinh thể. 7 8 9 08/03/2020 4 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.1. Cấu trúc lệch Lệch hoàn chỉnh và không hoàn chỉnh LPTK (A2) LPTM (A1) - Véc tơ Burger: - Véc tơ Burger:                               zxac zyab yxaa 2 1 2 1 2 1                               zyxac zyxab zyxaa 2 1 2 1 2 1 ]110[ 2 ab  2221 wvua n b  ].[.1 uvwa n b  ]111[ 2 ab  2221 wvua n b  ].[.1 uvwa n b  Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.1. Cấu trúc lệch Lệch hoàn chỉnh và không hoàn chỉnh trong mạng BCC Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.1. Cấu trúc lệch Lệch hoàn chỉnh và không hoàn chỉnh trong mạng FCC 2 1 211 6 b      3 1 121 6 b      1 1 110 2 b      (111) (111) 1 [1 1 0] 2      (1 10)(111), 1 [112] 2      (110) (111)Slip plane Extra half plane Burger’s vector Dislocation line vector 10 11 12 08/03/2020 5 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE Phản ứng của lệch: Năng lượng lệch E  Gb2 Nếu: tách lệch Nếu: hợp lệch 2 3 2 2 2 1 bbb  2 3 2 2 2 1 bbb  321 bbb  1.2.1. Cấu trúc lệch • Frank’s Rule: |b1|2>|b2|2+|b3|2 • Năng lượng lệch tỉ lệ với: |b|2 (E  Gb2) • Lệch không hoàn chỉnh giảm năng lượng lệch Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.1. Cấu trúc lệch Lệch không hoàn chỉnh: Shockley & Frank Lệch không hoàn chỉnh: Shockley Lệch không hoàn chỉnh: Frank - Hình thành bởi phân tách từ lệc h hoàn chỉnh. - Lệch có khả năng dịch chuyển do trượt. - Hình thành khuyết tật xếp. - Hình bằng cách chèn hoặc loại bỏ một phần mặt {111}. - Lệch không có khả năng dịch chuyể n do trượt mà leo do khuếch tán ng uyên tử. - Hình thành khuyết tật xếp. Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.1. Cấu trúc lệch Lệch không hoàn chỉnh: Shockley & Frank Khuyết tật xếp (khuyết một lớp nguyên tử) → Khuyết tật xếp nội sinh Kiểu mạng HCP A B C A B C A B C A A B C A C A B C A B Khuyết tật xếp nội sinh (nội tại) Khuyết tật xếp ngoại sinh (ngoại lai) A B C A B C A B C A A B C A C A B C A B A B C A C B C A B C ▼ ▼ A A A A 3b  2b  1b  321 bbb   B 13 14 15 08/03/2020 6 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.1. Cấu trúc lệch Lệch không hoàn chỉnh: Shockley trong mạng FCC • Trong hệ trượt: 4 mặt trượt (111) và 3 phương trượt . • Lệch hoàn chỉnh: , • Lệch hoàn chỉnh phân chia hình thành lệch không hoàn chỉnh Shockley tron g mỗi mặt trượt: , 2 1 211 6 b      3 1 121 6 b      1 1 110 2 b      (111)  110 2 ab 2 )011( 4 2 22 2 2 aab   112 6 ab 6 )211( 36 2 222 2 2 aab  Hình thành năng lượng khuyết tật xếp Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.1. Cấu trúc lệch Lệch không hoàn chỉnh: Shockley trong mạng FCC Lệch hoàn chỉnh:  1/2 [110] Lệch không hoàn chỉnh Shockley  1/6 [112] type [112] a/2[112] a/2[110]a/6[112] Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.1. Cấu trúc lệch Shockley trong mạng FCC – khối tứ diện Thompson Tứ diện Thompson, các đỉnh là các điểm (011), (101), (110), (000), Các lệch được biểu diễn trong tứ diện Thompson TEM image KTX 16 17 18 08/03/2020 7 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.1. Cấu trúc lệch Lệch không hoàn chỉnh: Frank trong mạng FCC • Được hình thành bằng cách chèn hoặc loại bỏ một lớp mặt nguyên tử {111}. - Khuyết một lớp dẫn đến khuyết tật xếp nội tại ABCACABC ... - Chèn tạo một lớp tạo ra khuyết tật xếp ngoại lai ABCABACAB ... - Véc tơ Burger b = a/3  {111}  không thể trượt, chỉ có thể leo Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.1. Cấu trúc lệch Hàng rào Lomer-Cottrell: Trong mạng BCC • Cottrell cho rằng, phản ứng lệch tạo ra lệch đứng yên (chẳng hạn ao[001] tr ong sắt)  hình thành cơ chế tâm mầm vết nứt trong phá hủy giòn.  Tại sao lệch có véc tơ Burger ao[001] không trượt?.  Mặt (001) là mặt phân tách tinh thể khi xảy ra phá hủy giòn. Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.1. Cấu trúc lệch Hàng rào Lomer-Cottrell: Trong mạng FCC • Ở các vùng giao nhau giữa các mặt trượt {111} của lệch hình thành hàng rào cản trở chuyển động của lệch gọi là hàng rào Lomer. • Trượt của các lệch hoàn chỉnh giao cắt nhau trên mặt {111}, hợp lệch tạo nê n lệch hoàn chỉnh mới làm giảm năng lượng lệch. 19 20 21 08/03/2020 8 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.1. Cấu trúc lệch Lệch trong mạng HCP • Trong mạng HCP, trượt xảy ra trên mặt (0001) theo hướng  0211  Lệch không hoàn chỉnh Shockley Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE Trường ứng suất đàn hồi Lệch Lệch biên Lệch xoắn Trường ứng suất Kéo và nén Trường ứng suất xê dịch 1.2.2. Năng lượng lệch Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE Trường ứng suất đàn hồi lệch biên 22 22 )3( yx yxby oxx   222 22 )( )( yx yxby oyy    22 22)( yx yxvv oyyxxzz    Với )1(2 v G o     222 22 )( )( yx yxbx oyxxy               zz yyxy xyxz E     00 0 0 0 yzzyxzzx  1.2.2. Năng lượng lệch 22 23 24 08/03/2020 9 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE Trường ứng suất đàn hồi lệch biên 222 yx yGb zxxz     222 yx xGb zyyz                0 00 00 yzxz yz xz S     0 yxxy  0 zzyyxx  1.2.2. Năng lượng lệch Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE Năng lượng của lệch Năng lượng của lệch (tính trên một đơn vị chiều dài) Năng lượng đàn hồi Năng lượng lõi lệch 1.2.2. Năng lượng lệch Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE Năng lượng của lệch biên   1 1 2 ln )1(42 1 r r oo r r v GbbdrE    G → Mô đun xê dịch   → Hệ số Poisson  b → vec tơ Burgers  r1 → khoảng cách từ điểm bị biến dạng tới lệch  r0 → bán kính lõi lệch Năng lượng của lệch xoắn • Chú ý: • Nếu ro ~ b, năng lượng lệch: o r r r rGbbdrE o 1 2 ln 42 1 1     b rGbEt 1 2 ln 4  2GbE  1.2.2. Năng lượng lệch 25 26 27 08/03/2020 10 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE Năng lượng • Đối với tinh thể trạng thái ủ (mật độ lệch nhỏ nhất) r1~ 10-5cm, b ~ 2 x 10-8 cm 2ln 1      b r 2 ln 4 2 1 2 Gb b rGbEt   1.2.2. Năng lượng lệch Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE Lực tác dụng lên lệch • Khi ứng suất tác dụng lên tinh thể đủ lớn   Lệch dịch chuyển Trượt Leo (nhiệt độ cao) Biến dạng dẻo 1.2.2. Năng lượng lệch Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE Lực tác dụng lên lệch b dA dW dlds dWF  Lệch biên 1.2.2. Năng lượng lệch 28 29 30 08/03/2020 11 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE Lực tác dụng lên lệch Lệch xoắn • Lệch ngược dấu trên cùng một mặt trượt sẽ hút lẫn nhau và triệt tiêu lẫn nhau. • Lệch cùng dấu trên cùng một mặt trượt sẽ đẩy nhau r bGbF 2 21 1.2.2. Năng lượng lệch Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE Chuyển động của lệch Lệch xoắn Lệch biên Leo Trượt Trượt và trượt chéo 1.2.2. Năng lượng lệch Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE Mật độ lệch ρ : Ý nghĩa của lệch: + Lệch biên có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình biến dạng dẻo + Lệch xoắn giúp cho mầm phát triển nhanh khi kết tinh Đặc trưng về hình thái lệch  23     cm cm cm V llêch + Phụ thuộc độ sạch và trạng thái gia công - Kim loại sạch ở trạng thái ủ ρ = 108 cm-2 - Hợp kim và kim loại sau biến dạng nguội : ρ = 1010- 1012 cm-2 1. Độ bền lý thuyết 2. Độ bền của đơn tinh thể 3. Các kim loại nguyên chất sau ủ 4. Kim loại sau biến dạng, hóa bền 1.2.2. Năng lượng lệch 31 32 33 08/03/2020 12 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.3. Nguồn sinh lệch Nguồn lệch: ● Lệch hình thành do tinh thể lớn lên từ pha lỏng hoặc lắng đọng từ pha hơi. ● Lệch tạo ra khi hình thành các lớp tinh thể của hai loại vật liệu khác nhau (epitaxy) Lệch xoắn hình thành khi kết tinh Epitaxy Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.3. Nguồn sinh lệch Nguồn lệch: ● Lệch hình thành do ngưng tụ các khuyết tật điểm trong quá trình tôi, xử lý nhiệt ● Lệch hình thành khi tạo ra tổ chức siêu hạt b  Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.3. Nguồn sinh lệch Nguồn lệch: Lệch hình thành do biến dạng dẻo – Nguồn Frank-Read (rmin = L/2) → max ~ Gb/L Đường lệch bị chốt chặn hai đầu A và B. Hướng dịch chuyển của lệ ch vuông góc với phương AB  b 2 Tă ng ứn g su ất  b 3 5 Đường lệch ban đầu Vòng lệch mới f =  b L 1 A B r Gb  max /Gb L   = 0.5: lệch biên  = 1.5: lệch xoắn.  ↓ khi L↑: giảm ứng suất, vòng lệch phát triển 34 35 36 08/03/2020 13 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.4. Tương tác lệch với khuyết tật Tạo nên cấu trúc mạng không hoàn chỉnh Ứng suất chảy nhỏ hơn so với giá trị lý thuyết Ảnh hưởng đến cơ tính của vật liệu Gây ra biến dạng dẻo (Hóa bền biến dạng) Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.4. Tương tác lệch với khuyết tật b b Tương tác của lệch: Lệch-lệch hình thành bậc lệch Bậc lệch: Jogs & Kinks • Jogs là bậc lệch (một phần đường lệch) nằm khác mặt trượt • Kinks là bậc lệch (một phần đường lệch) nằm trong cùng mặt trượt Lệch biên Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.4. Tương tác lệch với khuyết tật b b Lệch xoắn Tương tác của lệch: Lệch-lệch Bậc lệch: Jogs & Kinks • Jogs là bậc lệch (một phần đường lệch) nằm khác mặt trượt • Kinks là bậc lệch (một phần đường lệch) nằm trong cùng mặt trượt 37 38 39 08/03/2020 14 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.4. Tương tác lệch với khuyết tật • Lệch XY với véc tơ Burger b1 trượt trên mặt PXY cắt lệch AB với véc tở Burger b2 • Bậc lệch (Jogs AB) PP’ // b1, có chiều dài = /b1/ • b2 // XY nên không hình thành bậc lệch Tương tác của lệch: Lệch-lệch Lệch biên-biên 21 bb  Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.4. Tương tác lệch với khuyết tật Tương tác của lệch: Lệch-lệch Lệch biên-biên 21 // bb • Hình thành bậc lệch (Kinks AB) PP’ // b1, có chiều dài = /b1/ • Hình thành bậc lệch (Kinks XY) QQ’ // b2, có chiều dài = /b2/ • Bậc lệch có định hướng xoắn, nằm trên cùng mặt trượt – Kinks  Không ổn định Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.4. Tương tác lệch với khuyết tật Tương tác của lệch: Lệch-lệch Lệch biên-xoắn • Hình thành bậc lệch (Jogs AB) PP’  b1, có định hướng lệch biên • Hình thành bậc lệch (Kinks XY)QQ’  b2, có định hướng lệch biên 40 41 42 08/03/2020 15 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.4. Tương tác lệch với khuyết tật Tương tác của lệch: Lệch-lệch Lệch biên-xoắn • Hình thành bậc lệch (Jogs AB) PP’  b1, có định hướng lệch biên • Hình thành bậc lệch (Kinks XY)QQ’  b2, có định hướng lệch biên Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.4. Tương tác lệch với khuyết tật Tương tác của lệch: Lệch-lệch Lệch xoắn-xoắn • Hình thành bậc lệch (Jogs) trên cả hai lệch xoắn • Đều có định hướng lệch biên  Vai trò quan trọng đối với biến dạng dẻo trong vật liệu  Cản trở chuyển động của lệch Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.4. Tương tác lệch với khuyết tật Tương tác của lệch: Sự chuyển động của lệch xoắn • Sự tương tác giữa các lệch xoắn hình thành bậc lệch (Jogs). • Các bậc lệch này đóng vai trò là điểm ghim đường lệch khi trượt qua gây ra uốn cong lệch với bán kính R khi tác dụng bới ứng suất trượt. • Ở bán kính tới hạn Rc, ứng suất cần thiết đủ lớn làm lệch leo và làm giảm đường kính vòng lệch. Lệch dịch chuyển phía trước và để lại v òng lệch hình thành nên dãy lỗ trống phía sau mỗi bậc lệch. A B b  = 0 A B Lệch vòng qua các chốt chặn (bậc lệch) trong mặt trượt   0 Lệch xoắn dịch chuyển để lại dãy nút trống 43 44 45 08/03/2020 16 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.4. Tương tác lệch với khuyết tật Tương tác của lệch: Lệch-khuyết tật điểm  r r rbGE  sin... 30 0 0 R RR  • Với:  > 0: - 0<  < : E < 0: đẩy -  0: hút • Với:  < 0: - 0 0: hút -  <  < 2: E < 0: đẩy  G → Mô đun xê dịch  b → vec tơ Burgers  R1 → bán kính nguyên tử tạp chất  R0 → bán kính nguyên tử kim loại chính Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.4. Tương tác lệch với khuyết tật • Nguyên tử kích thước nhỏ làm giảm khả năng di chuyển của lệch • Kích thước lớn - ghim lệch Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.4. Tương tác lệch với khuyết tật Tương tác của lệch: Lệch-khuyết tật điểm – khí quyển Cottrell Nguyên tử xen kẽ ở lõi lệch • Trong thép có chứa nguyên tử xen kẽ (C, N) sẽ nằm ở lõi lệch tương tác với lệch biên  sự phân tách trục lệch hình thành nên khí quyển Cottrell cản trở chuyển động của lệch. 46 47 48 08/03/2020 17 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.4. Tương tác lệch với khuyết tật Tương tác của lệch: Lệch-khuyết tật điểm – điểm chảy dẻo  →  →  → Hiện tượng điểm chảy dẻo • Khi lệch bị cản trở bởi khí quyển Cottrell, ứng suất sẽ tăng cho đến khi cực đại (điểm giới hạn chảy trên). • Lệch phá vỡ khí quyển Cottrell, lệch di chuyển với ứng suất nhỏ hơ n (điểm giới hạn chảy dưới). • Lệch dịch chuyển cho đến khi bị chặn trở lại, hiện tượng này hình t hành chảy dẻo hình răng cưa. Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.4. Tương tác lệch với khuyết tật Tương tác của lệch: Lệch-biên giới hạt Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.4. Tương tác lệch với khuyết tật Tương tác của lệch: Lệch-pha thứ 2 Side View Hạt phân tán Top View Phần trượt của mặt trượt Phần không trượt của mặt trượt S Lệch uốn con qua hạt Lệch cắt hạt phân tán 49 50 51 08/03/2020 18 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.4. Tương tác lệch với khuyết tật Hiệu ứng kích thước rcutting  rbowing 1 bcr  icr  • Các pha liên kiêm cản trở chuyển động của lệch tốt hơn phụ thuộc vào tạo ra biên giới ngược pha • Bán kính tới hạn:  Cắt  Vòng: rc-b ~ 10nm  Liền mạng  không liền mạng: rc-I ~ 10nm - 1m Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.4. Tương tác lệch với khuyết tật Phương pháp hóa bền Nguyên lý: ngăn cản sự chuyển động của lệch ● Giảm kích thước hạt ● Dung dịch rắn ● Pha phân tán ● Biến dạng Te ns ile s tre ng th (M Pa ) wt.% Ni, (Concentration C) 200 300 400 0 10 20 30 40 50 Yi el d str en gt h (M Pa ) wt.%Ni, (Concentration C) 60 120 180 0 10 20 30 40 50 1. Độ bền lý thuyết 2. Độ bền của đơn tinh thể 3. Các kim loại nguyên chất sau ủ 4. Kim loại sau biến dạng, hóa bền 2/1  dk yoch  Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.5. Phương pháp kiểm tra xác định lệch 52 53 54 08/03/2020 19 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.5. Phương pháp kiểm tra xác định lệch Hiển vi quang học. ● Mài mòn, đánh bóng ● Tẩm thực (ăn mòn hóa học, điện phân) 0.75mm Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.5. Phương pháp kiểm tra xác định lệch Hiển vi điện tử - SEM. Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.5. Phương pháp kiểm tra xác định lệch Hiển vi điện tử - TEM. 55 56 57 08/03/2020 20 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.5. Phương pháp kiểm tra xác định lệch Hiển vi điện tử - TEM. Ảnh trường sáng (Bright field)Ảnh trường tối (Dark field) Quay mẫu Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.5. Phương pháp kiểm tra xác định lệch Hiển vi điện tử - TEM. Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.5. Phương pháp kiểm tra xác định lệch Phương pháp trang trí ● Sử dụng Ag, Cu như tạp chất được khuếch tán vào tinh thể. ● Gia công nhiệt thích hợp để tiết ra hạt nhỏ mịn dọc theo đường lệch. ● Hạt nhỏ mịn sẽ phản xạ ánh sáng dưới kính hiển vi quang học. Quan sát tinh thể khối trong suốt 58 59 60 08/03/2020 21 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.5. Phương pháp kiểm tra xác định lệch Phương pháp hố tẩm thực Quan sát khuyết tật bề mặt mẫu tinh thể Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Độ dãn dài l T ải tr ọn g F Fđh a1 e Fa a b c Fb a20 Biểu đồ tải trọng - biến dạng Đàn hồi Phi đàn hồi F  Linear- elastic Non-Linear- elastic Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Biến dạng đàn hồi: Biến dạng mất đi khi bỏ tải  E → Mô đun đàn hồi  G → Mô đun trượt   → Hệ số Poisson   → Góc xê dịch  .E .xy xyG  Định luật Hooke Khi xê dịch thuần túy 61 62 63 08/03/2020 22 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Biến dạng đàn hồi: Biến dạng mất đi khi bỏ tải  K → Mô đun khối  .E .xy xyG • Khi trượt thuần túy • Định luật Hooke: • Hệ số Poisson, : Kim loại:  ~ 0.33 Ceramic: ~0.25 Polyme: ~0.40 L  1 -  Linear- elastic 1 E  Xảy ra khi nào?  1 G  • Khi có áp lực thủy tĩnh P V 1 -K Vo P P P thetichinhaplucthuyt K  .   L Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Cơ chế biến dạng đàn hồi? A,B,m,n → hằng, số m > n dr dF  qp r B r AF ''  Năng lượng • Khi chịu tải nén: R<R0: xuất hiện lực đẩy • Khi chịu tải kéo: R>R0: xuất hiện lực hút Khi chịu nén, kéo 11   mn r mB r nAF mn r B r A  Hút Đẩy Lự c Khoảng cách Lực hútLực đẩy r0 F  0      du dF const du d     0 2 2 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Cơ chế biến dạng đàn hồi? ku du du dr dF     0 2 2 Chuỗi Taylor: Khi chịu nén, kéo ● Khi năng lượng liên kết liên tục (u = r – r0) ● Đạo hàm: , khi u = 0 ● Xê dịch với u << r0 )(u 0)(  du ud 0 2 2 2 0 0 2 1)(         du du du duu  Khi u = 0: 0 2 2 2 0 2 1)(     du duu  Khi tác dụng ngoại lực bên ngoài: const du d     0 2 2 0)(    u u k du d     0 2 2 64 65 66 08/03/2020 23 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Cơ chế biến dạng đàn hồi?Khi trượt a) Ban đầu: các nguyên tử chỉ dao động xung quanh vị trí cân bằng b) Biến dạng dàn hối: các nguyên tử xê dịch trong phạm vi hẹp nhỏ hơn hằng số mạng, có thể trở về vị trí ban đầu khi bỏ tải c) Biến dạng dẻo: các nguyên tử xê dịch trong phạm vi lơn hơn hằng số mạng (trượt), không thể trở về vị trí ban đầu khi bỏ tải d) Phả hủy: liên kết giữa các nguyên tử bị cắt rời Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Vật liệu bất đẳng hướng (dị hướng)Hệ số và mô đun đàn hồi C  ij ijkl klE  S  ij ijkl klS  Định luật Hooke Dạng ten xơ Hệ số Mô đun đàn hồi 11 1111 11 1112 12 1121 21 1122 22 C C C C          2D 11 1111 11 1112 12 1113 13 1121 21 1122 22 1133 33 1131 31 1132 32 1133 33 C C C C C C C C C                    3D 11 1111 11 1112 12 1121 21 1122 22 S S S S          2D 3D 11 1111 11 1112 12 1113 13 1121 21 1122 22 1123 23 1131 31 1132 32 1133 33 S S S S S S S S S                    Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Các yếu tố ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi • Ảnh hưởng của nhiệt độ Tại sao nhiệt độ tăng mô đun đàn hồi giảm? 67 68 69 08/03/2020 24 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Các yếu tố ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi • Ảnh hưởng của gia công Gia công nguội (hoặc nóng) ảnh hưởng như thế nào? Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Các yếu tố ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi • Ảnh hưởng của thành phần hợp kim Gia công nguội (hoặc nóng) ảnh hưởng như thế nào? Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Biến dạng đàn hồi thuận nghịch tức thời • Ứng suất và biến dạng không phụ thuộc thời gian • Ứng suất và biến dạng đồng pha     1 2   1 2  .E 70 71 72 08/03/2020 25 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Biến dạng đàn hồi thuận nghịch không tức thời • Ứng suất không phụ thuộc thời gian • Biến dạng phụ thuộc thời gian • Ứng suất và biến dạng lệch pha nhau   1 2 )( đhtđhh   f  1 2 đhh đhh đht  Bỏ tải Hồi phục đhtđhhđh     D A B C E F G 0 X Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Tuyến tính Phi tuyến tính Đàn hồi trễ Biến dạng, Biến dạng, Biến dạng,  Ứ ng su ất ,  Ứ ng su ất , Ứ ng su ất ,    +E  E   )(E Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch L11L01 L02L22 Biến dạng phi đàn hồi (a) (b) (c) (d) Biến dạng dẻo là biến dạng của vật liệu có sự thay đổi hình dạng và kích thước dưới tác dụng của ngoại lực bên ngoài. Biến dạng dẻo 73 74 75 08/03/2020 26 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Biến dạng dẻo (plastic deformation) ● Liên kết giữa các nguyên tử bị kéo căng nhưng không bị phá vỡ   Giới hạn bền Biến cứng Co thắt Giới hạn chảy Phá hủy Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch   Biến cứng Co thắt 0 đh ch b đh BD đàn hồi + BD dẻo 0L L Độ dãn dài tỷ đối (biến dạng quy ước) Độ co thắt tỷ đối %100. 0 0 A AAf  76 77 78 08/03/2020 27 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch a) Ban đầu: khi chưa chịu tải, các nguyên tử chỉ dao động xung quanh vị trí câ n bằng, đh = d = 0 b) Biến dạng dàn hồi:  < giới hạn đàn hồi, các nguyên tử xê dịch trong phạm vi hẹp nhỏ hơn hằng số mạng, có thể trở về vị trí ban đầu khi bỏ tải c) Biến dạng dẻo:  > giới hạn đàn hồi, có cả biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo d) Khi bỏ tải:  = 0, đh = 0, d  0   Trượt: là sự xê dịch hai phần tinh thể với nhau mà cấu tạo tinh thể trong hai phần đó không thay đổi Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Trượt khi có lệch biên Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Trượt khi có lệch biên 79 80 81 08/03/2020 28 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Hướng dịch chuyển của lệch Lệch xoắn Phương trượt   b t Lệch biên b t   Phương trượt //bt //b//t bt = n n: véc tơ pt MT b.t = 1 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch ● Biến dạng dẻo do trượt đòi hỏi ứng suất trượt ● Xác định mặt trượt, phương trượt dễ xảy ra trượt Hệ trượt Mặt trượt Phương trượt  Ph ươ ng trư ợt M ặt tr ượ t Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Biến dạng Ứ ng su ất Giới hạn bền 0 Gia đoạn 2 (độ nghiêng  3.10-3 G) Miền: Biến dạng đàn hồi (độ nghiêng  G) Giai đoạn 1 (độ nghiêng  10-4 G) Gia đoạn 3 (độ nghiêng  10-3 G)● Miền biến dạng đàn hồi ● Miền biến dạng dẻo được chia làm ba giai đoạn: - Giai đoạn 1, 2: để biến dạng tiếp t ục cần tăng ứng suất (hóa bền biến dạng) (mức biến dạng 5-20%) - Giai đoạn 3: bắt đầu khi mức độ bi ến dạng (30-50)% Đường cong ứng suất – biến dạng  G 82 83 84 08/03/2020 29 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Các mặt và phương trượt Mặt trượt: Mặt (tưởng tượng) phân cách giữa hai mặt nguyên tử dày đặc nhất tại đó xảy 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 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Hệ trượt trong mạng A1 Họ mặt trượt: {111}, số lượng: 4 Họ phương trượt , số lượng: 3 Hệ trượt = số phương trượt x số mặt trượt = 12 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Hệ trượt trong mạng A2 Họ mặt trượt: {110}: 6 Họ phương trượt : 2 Hệ trượt = số phương trượt x số mặt trượt = 12 85 86 87 08/03/2020 30 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Hệ trượt trong mạng A3 Mặt xếp chặt nhất: {0001}: 1 Họ phương xếp chặt nhất : 3 Hệ trượt = số phương trượt x số mặt trượt = 3  0211 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Ti, Zn, Mg, BeFe, Cr, W, VFe, Al, Cu, AuKim loại 31212Hệ trượt (3) (2) (3)Họ phươngtrượt {0001} (1){110} (6){111} (4)Họ mặt trượt Kiểu mạng  0211 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Định luật Schmid: Ứng suất trượt tới hạn Diện tích mặt trượt: S = S0/cos Lực tác dụng trên phương trượt: F = Fcos  = F/S = Fcos/(S0/cos)= (F/S0)coscos   = 0 coscosF S N   S0 Mặt trượt Phương trượt 88 89 90 08/03/2020 31 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Định luật Schmid:  = 0coscos  th Không xảy ra trượt Không xảy ra trượt Dễ xảy ra trượt Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch DisplacementĐộ dịch chuyển, x Ứ ng su ất trư ợt , ● Khi  = 0, x = 0 (x = b): trạng thái cân bằng ● Khi   0, x  0 (x  b):  = f(x) ● Biến dạng nhỏ: x<<b: ● Trong phép gần đúng:  x a xGG   a x      b x th  2sin  a bG m   2  nếu a = b   2 G m  Lý thuyết: th = G/2. Thực tế: th = G/(8.102  8.104)      b x a xG th  2 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Ứng suất trượt Vật liệu Lý thuyết [MPa] G/2 Thực nghiệm [MPa] Al 4200 0.7-0.8 Cu 7700 0.5-3 Fe 13000 25-30 Al2O3 20000 19000 Diamond 46000 21000 91 92 93 08/03/2020 32 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Hạt Ma sát trượt Trượt trong đa tinh thể Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Đường cong ứng suất – biến dạng   Đa tinh thể Ứng suất chảy dẻo dưới   Đơn tinh thể Ứng suất chảy dẻo trên Trượt trong đa tinh thể Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Lực đẩy Lực hút Lệch triệt tiêu Trường ứng suất của lệch Nén Kéo Trượt trong đa tinh thể 94 95 96 08/03/2020 33 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch Theo định luật Schmid: - (a) khi   th: các hạt biến dạng nhỏ. - (b) khi   th: các hạt biến dạng lớn, xê dịch và trượt trong hạt và giữa các hạt tạo nên sự chồng chéo và các khoảng trống. - (c) lệch dịch chuyển và tương tác lẫn nhau dưới tác dụng của tr ường ứng suất. - (d) Các hạt khớp lại với nhau với mật độ lệch cao ở biên hạt. Trượt trong đa tinh thể Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.2.6. Định hướng tinh thể và hành vi của lệch 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 càn g cao Biểu thức Hall-Petch ch = 0 + kd-1/2 ch: ứng suất chảy d: kích thước hạt 0: ứng suất cho lệch chuyển động d   k: hằng số Trượt trong đa tinh thể Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3. Hóa bền biến dạng nguội • 1.3.1. Nguyên lý hóa bền • 1.3.2. Đường cong ứng suất - biến dạng • 1.3.3. Hệ số hóa bền 97 98 99 08/03/2020 34 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.1. Nguyên lý hóa bền Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.1. Nguyên lý hóa bền   Giới hạn bền Biến cứng Co thắt Giới hạn chảy Phá hủy Biến dạng Ứ ng su ất 0 Gia đoạn 2 Độ nghiêng  3.10-3 G Giai đoạn 1 Độ nghiêng  10-4 G Gia đoạn 3 Độ nghiêng  10-3 G Miền: Biến dạng đàn hồi (độ nghiêng  G) Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.1. Nguyên lý hóa bền 1. Độ bền lý thuyết 2. Độ bền của đơn tinh thể 3. Các kim loại nguyên chất sau ủ 4. Kim loại sau biến dạng, hóa bền - Phụ thuộc vào độ sạch và trạng thái gia công: + Đơn tinh thể siêu sạch:  < 10-3 + Sợi đơn tinh thể có đượng kính vài micromet: chỉ chứa vài lệch + Đơn tinh thể ở trạng thái ủ:  < 104 – 106 + Đa tinh thể ở trạng thái ủ:  < 108 + Kim loại sau biến dạng mạnh:  < 1011 – 1012 100 101 102 08/03/2020 35 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.1. Nguyên lý hóa bền Cách thứ 1: Chế tạo vật liệu lý tưởng, không có lệch, chẳng hạn ch ế tạo tinh thể tiết diện nhỏ dạng râu (whisker) dùng làm cốt sợi trong vật liệu compozit nền mềm như polyme, kim loại. Cách thứ 2: Tăng xô lệch mạng, cản trở trở và tăng mật độ lệch. Các biện pháp nâng cao độ bền Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.1. Nguyên lý hóa bền Biến dạng nguội: tăng mật độ lệch → biến cứng, tăng bền; Hợp kim hoá: tăng xô lệch mạng, mật độ lệch → tăng bền; Tạo ra các pha cứng phân tán: tạo các chướng ngại cản trở chuyển động của lệch → tăng độ bền, độ cứng; Nhiệt luyện tôi+ram: tạo độ quá bão hoà → tăng độ bền, độ cứng; Hóa nhiệt luyện (thấm N, C): tăng độ bền, độ cứng bề mặt, chịu mài mòn, chịu mỏi; Làm nhỏ hạt: → tăng tất cả các chỉ tiêu bền, dẻo, dai. Các biện pháp nâng cao độ bền VD: Thép: b = 120-150MPa CT31: b > 310MPa Đura: AlCu4,5Mg1,2: b = 400-800MPa Al: b = 40-80MPa Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.1. Nguyên lý hóa bền Vật liệu đơn pha: • Làm nhỏ hạt • Hóa bền dung dịch rắn (hợp kim hóa) • Hóa bền biến dạng Trong vật liệu nhiều pha • Hóa bền tiết pha phân tán • Hóa bền nhiệt luyện – hóa nhiệt luyện Các biện pháp nâng cao độ bền 103 104 105 08/03/2020 36 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.2. Đường cong ứng suất - biến dạng thực   Biến cứng Co thắt 0 đh ch b đh BD đàn hồi + BD dẻo 0L L Độ dãn dài tỷ đối (biến dạng quy ước) Độ co thắt tỷ đối %100. 0 0 A AAf  Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.2. Đường cong ứng suất - biến dạng thực • Biến dạng dẻo thay đổi hình dạng kích thước • Thay đổi diện tích tiết diện: %CW = (A0 – A)/A0  100 Forging Extrusion Drawing Ao Ao AoA A A A Ao Cơ chế: Cản trở và tăng mật độ lệch Rolling Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.2. Đường cong ứng suất - biến dạng thực Ứng suất kéo Ứng suất nén Ứng suất trượt A0 = Diện tích tiết diện FF 0A F Ứng suất trượt z y allongitudin lateral       )( )( Hệ số Poisons 0 0     ww  N/ m2 = Pa, N/ mm2 = MPa, 106 107 108 08/03/2020 37 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.2. Đường cong ứng suất - biến dạng thực Ứng suất kỹ thuật (Engineering stress):      0 0 A0 Δl A  0 0 0A F Biến dạng kỹ thuật (Engineering strain): Biến dạng kỹ thuật (True strain): Ứng suất thực (True stress): V = A.l = A0.l0 )1()( . . 0 0 000   l ll A F lA lF A F t )1ln()ln(ln 0 0 00        l l dll l t N/ m2 = Pa, N/ mm2 = MPa, N/ m2 = Pa, N/ mm2 = MPa, Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.2. Đường cong ứng suất - biến dạng thực n: hằng số mũ hóa bền biến dạng K: hệ số độ bền n tt K  .     n d d  Định luật Holloman Power Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng thực  logloglog nK  nXbY  Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.2. Đường cong ứng suất - biến dạng thực Ứng suất/biến dạng kỹ thuật Ứng suất/biến dạng thực Biến dạng dẻo      0 0 0A F )1(  t )1ln(  t 0 max A FTS   .E A F t A FTS max  l l t l dl 0  .Et  Biến dạng đàn hồi n tt K  . 109 110 111 08/03/2020 38 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.2. Đường cong ứng suất - biến dạng thực • Tăng giới hạn chảy dẻo • Tăng độ bền kéo • Giảm độ dãn dài   0 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.2. Đường cong ứng suất - biến dạng thực Cold work -----> Do=15.2mm Dd=12.2mm Copper %CW  ro 2  rd 2 ro 2 x100  35.6% ductility (%EL) 7% %EL=7% % Cold Work 20 40 60 20 40 6000 Cu % Cold Work y=300MPa 100 300 500 700 Cu 200 40 60 yield strength (MPa) 300MPa % Cold Work tensile strength (MPa) 340MPa TS=340MPa 200 Cu 0 400 600 800 20 40 60 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.2. Đường cong ứng suất - biến dạng thực Biến dạng Ứ ng su ất 0 Gia đoạn 2 Độ nghiêng  3.10-3 G Giai đoạn 1 Độ nghiêng  10-4 G Gia đoạn 3 Độ nghiêng  10-3 G Miền: Biến dạng đàn hồi (độ nghiêng  G) Đơn tinh thể Giai đoan 1 trượt dễ: • Ứng suất cắt không đổi. • Hệ trượt chính • Tốc độ hóa bền thấp. BCC  FCC (giai đoạn 1) M.  Đối với 1 hệ trượt: M = 1/coscos 112 113 114 08/03/2020 39 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.2. Đường cong ứng suất - biến dạng thực Giai đoan 2 hóa bền tuyến tính: • Ứng suất cắt tăng • Xuất hiện hệ trượt phụ • Mật độ lệch tăng do bị cản trở bởi các khuyết tật Đơn tinh thể Chốt chặn Lomer-Cottrell Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.2. Đường cong ứng suất - biến dạng thực Giai đoan 2 hóa bền tuyến tính: • Năng lượng khuyết tật xếp lớn (High SFE), khuyết tật xếp nhỏ, lệch trượt qua các mặt trượt dễ, mật độ lệch trong một vùng ít. • Năng lượng khuyết tật thấp (Low SFE), khuyết tật xếp rộng hơn, lệch trượt qu a các mặt trượt khó hơn. • Nguồn Frank – Read: Đơn tinh thể Tăng biến dạng  mật độ lệch,    tăng lGb / 2 /1 l  /Gb  b 3 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.2. Đường cong ứng suất - biến dạng thực Giai đoan 3 hóa bền parabol: • Tăng mức độ trượt của lệch qua các hệ trượt • Các lệch cắt xuyên qua nhau • Tốc độ hóa bền thấp • Hình dáng parabol Đơn tinh thể M.  • Đối với 1 hệ trượt: M = 1/coscos • Đối với nhiều hệ trượt: 115 116 117 08/03/2020 40 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.2. Đường cong ứng suất - biến dạng thực Đa tinh thể n: hằng số mũ hóa bền biến dạng K: hệ số độ bền Giai đoan biến dạng dẻo: nK  .     n d d  Định luật Holloman Power Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.2. Đường cong ứng suất - biến dạng thực Hóa bền biên hạt dk 0 Ma sát trượt S1 Mặt trượtGb dn 2  Tổng số lệch, n.  = 1 (lệch xoắn), 1 -  (lệch biên)  ứng suất trượt dk 0 M.  Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.2. Đường cong ứng suất - biến dạng thực Hóa bền biên hạt • Các hạt định hướng với các góc khá c nhau càng tăng cản trở lệch • Kích thước hạt nhỏ hơn: nhiều chốt chặn lệch • Biên giới pha ảnh hưởng lớn đến cả n trở lệch Kích thước hạt nhỏ tăng độ dẻo dai 70 Cu - 30 Zn brass alloy Cản trở và tăng mật độ lệch 118 119 120 08/03/2020 41 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.3. Hệ số hóa bền n tt K  . nXbY nK K K n n        logloglog )log(loglog ).log(log Nếu  = 1,  = K Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.3. Hệ số hóa bền • Biến dạng hoàn toàn đàn hồi, x ác định bởi mô đun đàn hồi E. • Không xảy ra hiện tượng chảy dẻo. • Vật liệu giòn: ceramic, gang, p olyme nhiệt rắn.  E Hoàn toàn đàn hồi Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.3. Hệ số hóa bền • Độ cứng xác định bởi E • Biến dạng dẻo xảy ra ở cùng ứng suất: K = Y, n = 0 • Xảy ra khi kim loại nung nóng ở nhiệt độ đủ cao (trên nhiệt độ kết tinh lại). Đàn hồi và dẻo hoàn toàn n tt K  . nXbY nK    logloglog 121 122 123 08/03/2020 42 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.3. Hệ số hóa bền Đàn hồi và hóa bền biến dạng n tt K  . • Trong vùng đàn hồi tuân theo định luật Hooke. • Đường cong: K > Y, n > 0 • Xảy ra đối với vật liệu dẻo k hi biến dạng nguội. nXbY nK    logloglog Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.3.3. Hệ số hóa bền Ảnh hưởng cấu trúc tinh thể   Hóa bền biến dạng lớn, n lớn Hóa bền biến dạng nhỏ, n nhỏ y 0 y 1 n tt K  .   FCC n = 0,5 BCC n = 0,15 HCP n = 0,05 • HCP, vật liệu giòn, hóa bền biến dạng rất thấp, n = 0,05 • BCC, vật liệu ít giòn, có khả năng hóa bền, n = 0,15 • FCC, vật liệu dẻo, hóa bền biến dạng tốt, n = 0,5 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.4. Song tinh và biến dạng dẻo • Ngoài biến dạng dẻo do lệch trượt, còn xảy ra do trượt song tinh • Dưới tác dụng ứng suất trượt, một phần tinh thể trượt theo định hướng ưu tiên của hệ trượt. • Song tinh có hai loại: Mechanical twins (thường thấy trong vật liệu có kiểu m ạng BCC và HCP), Annealing twins (trong vật liệu kiểu mạng FCC). - Nguyên tử không dịch chuyển - Vị trí ban đầu của nguyên tử - Vị trí sau khi dịch chuyển 124 125 126 08/03/2020 43 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.4. Song tinh và biến dạng dẻo • Phân bố trên toàn bộ thể tích và không giới hạn trong một mặt phẳng • Trượt xảy ra với tốc độ rất nhanh. • Chuyển động kết hợp của nhiều mặt phẳng nguyên tử với mỗi mặt phẳng chỉ dị ch chuyển một khoảng cách nhỏ • Mạng tinh thể bị xoay chứ không bị biến dạng (không có chuyển biến pha). Đặc trưng của trượt song tinh Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.4. Song tinh và biến dạng dẻo Đặc trưng của trượt song tinh • K1: Mặt song tinh, 1: hướng song tinh. • K2, 2: mặt và phương tinh thể trước và sau biến dạng tạo với mặt K1 một góc bằng nhau. • K1, 1; K2, 2: là các mặt phương hoàn toàn biết trước. • 1, 2 nằm trên cùng mặt phẳng. • 1, 2 vuông góc với giao tuyến (K1, K2).  Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.4. Song tinh và biến dạng dẻo Hệ mặt và phương xảy ra trượt song tinh 127 128 129 08/03/2020 44 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.4. Song tinh và biến dạng dẻo Song tinh trong mặt lập phương Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.4. Song tinh và biến dạng dẻo Song tinh trong mạng HCP • Hệ song tinh {1012} , tương ứng K1 = , K2 = • Zn: c/a=1,86, β=86° • Mg: c/a=1,62, β=94° )2110( )1110( β (86°)  (47°)  (0001) )2110( )1110( Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.4. Song tinh và biến dạng dẻo Song tinh trong mạng HCP • Hệ song tinh {1012} , tương ứng K1 = , K2 = • Zn: c/a=1,86, β=86° )2110( )1110( β (86°)  (47°)  (0001) )2110( )1110(   β=86° Zn, β=86° < 90°  song tinh xảy khi chịu ứng suất kéo 130 131 132 08/03/2020 45 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.4. Song tinh và biến dạng dẻo Song tinh trong mạng HCP • Hệ song tinh {1012} , tương ứng K1 = , K2 = • Mg: c/a=1,62, β=94° )2110( )1110( β (86°)  (43°)  (0001) )2110( )1110( Mg, β=94° > 90°  song tinh xảy khi chịu ứng suất nén   Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.4. Song tinh và biến dạng dẻo Song tinh trong mạng HCP Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.4. Song tinh và biến dạng dẻo Trượt do lệch Trượt song tinh • Định hướng tinh thể trên và dưới mặt trượt giống nhau trước và sau biến dạng. • Trượt xảy ra sự phân tách các nguyên tử hì nh thành bậc lệch ở mặt ngoài tinh thể. • Biến dạng lớn. • Chủ yếu xảy ra ở kiểu mạng FCC và BCC. • Sự khác biệt định hướng tinh thể khác nhau qua mặt song tinh. • Sự dịch chuyển ít gây ra sự phân tách các nguy ên tử, để lại bậc lệch rất nhỏ ở mặt ngoài. • Biến dạng nhỏ, vùng biến dạng tinh thể rõ ràng. • Thường xảy ra với vật liệu có cấu trúc HCP. Sự khác nhau giữa: Trượt do lệch và song tinh 133 134 135 08/03/2020 46 Hanoi University of Science and Technology www.hust.edu.vn HUST –MSE 1.4. Song tinh và biến dạng dẻo Mặt trượt Phương trượt Trượt Song tinh Mặt song tinh Phương song tinh Phương trượt Mặt trượt Sự khác nhau giữa: Trượt do lệch và song tinh 136