Cơ khí chế tạo máy - Chương 1: Những kiến thức cơ sở về biến dạng dẻo

Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 1 1.1.1 Kh¸i qu¸t vÒ qu¸ tr×nh biÕn d¹ng Sù dÞch chuyÓn t−¬ng ®èi gi÷a c¸c chÊt ®iÓm, c¸c phÇn tö cña vËt thÓ r¾n d−íi t¸c dông cña ngo¹i lùc, nhiÖt ®é hoÆc cña mét nguyªn nh©n nμo ®ã dÉn ®Õn sù thay ®æi vÒ h×nh d¹ng, kÝch th−íc vËt thÓ, liªn kÕt vËt liÖu ®−îc b¶o toμn, ®−îc gäi lμ biÕn d¹ng dÎo. 9 TÊt c¶ mäi ph−¬ng ph¸p GCAL ®Òu dùa trªn mét tiÒn ®Ò chung lμ thùc hiÖn mét qu¸ tr×nh biÕn d¹ng dÎo. 9 VËt liÖu d−íi t¸c dông cña ngo¹i lùc sÏ thay ®æi h×nh d¹ng vμ kÝch th−íc mμ kh«ng mÊt ®i sù liªn kÕt bÒn chÆt cña nã. 9 Kh¶ n¨ng biÕn d¹ng dÎo ®−îc coi lμ mét ®Æc tÝnh quan träng cña kim lo¹i. Ch−¬ng 1. Nh÷ng kiÕn thøc c¬ së vÒ biÕn d¹ng dÎo 1.1 c¬ së vËt lý cña qu¸ tr×nh biÕn d¹ng (C¬ së kim lo¹i häc) Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 2 §Ó lμm s¸ng tá qu¸ tr×nh biÕn d¹ng Æ theo dâi thÝ nghiÖm kÐo gi¶n ®¬n. D−íi t¸c dông cña lùc kÐo, mÉu kÐo liªn tôc bÞ kÐo dμi cho ®Õn khi bÞ kÐo ®øt. Trong thÝ nghiÖm kÐo víi c¸c thiÕt bÞ phï hîp ta cã thÓ ®o ®−îc lùc kÐo vμ ®é d·n dμi t−¬ng øng, tõ ®ã x¸c ®Þnh øng suÊt vμ biÕn d¹ng theo c¸c mèi quan hÖ sau: Đ−êng cong øng suÊt - biÕn d¹ng - Vïng biÕn d¹ng ®μn håi - Vïng biÕn d¹ng ®μn håi – dÎo (trong ®ã biÕn d¹ng ®μn håi rÊt nhá so víi biÕn d¹ng dÎo - Vïng ph¸ huû BiÕn d¹ng mÉu khi thö kÐo Cho SV xem Video thö kÐo mÉu. Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 3 BiÕn d¹ng ®μn håi vμ biÕn d¹ng dÎo trong tinh thÓ BiÕn d¹ng cña vËt thÓ lμ tæng hîp cña c¸c qu¸ tr×nh biÕn d¹ng trong tõng h¹t tinh thÓ vμ trªn biªn giíi h¹t Æ muèn t×m hiÓu c¬ chÕ cña qu¸ tr×nh biÕn d¹ng trong ®a tinh thÓ tr−íc hÕt h·y nghiªn cøu sù biÕn d¹ng trong ®¬n tinh thÓ lý t−ëng (kh«ng cã khuyÕt tËt). BiÕn d¹ng ®μn håi Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 4 BiÕn d¹ng dÎo trong tinh thể BiÕn d¹ng trong ®¬n tinh thÓ cã hai c¬ chÕ chñ yÕu: tr−ît vμ ®èi tinh. Tr−ît Khi mÉu ®¬n tinh thÓ bÞ kÐo Æ xuÊt hiÖn c¸c bËc trªn bÒ mÆt cña mÉu. §iÒu ®ã chøng tá cã sù tr−ît lªn nhau gi÷a c¸c phÇn cña tinh thÓ. Sù tr−ît x¶y ra chñ yÕu trªn nh÷ng mÆt nhÊt ®Þnh vμ däc theo nh÷ng ph−¬ng nhÊt ®Þnh gäi lμ mÆt tr−ît vμ ph−¬ng tr−ît. Møc ®é tr−ît th−êng lμ b»ng mét sè nguyªn lÇn kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c nguyªn tö trªn ph−¬ng tr−ît. Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 5 MÆt tr−ît vμ ph−¬ng tr−ît lμ nh÷ng mÆt vμ ph−¬ng cã mËt ®é nguyªn tö lín nhÊt. §iÒu nμy còng dÔ hiÓu bëi lÏ lùc liªn kÕt gi÷a c¸c nguyªn tö trªn mÆt vμ ph−¬ng ®ã lμ lín nhÊt so víi nh÷ng mÆt vμ ph−¬ng kh¸c. Sè l−îng hÖ tr−ît cμng lín th× kh¶ n¨ng x¶y ra tr−ît cμng nhiÒu cã nghÜa lμ cμng dÔ biÕn d¹ng dÎo. Æ Bëi vËy kh¶ n¨ng biÕn d¹ng dÎo cña kim lo¹i cã thÓ ®−îc ®¸nh gi¸ th«ng qua sè l−îng hÖ tr−ît. §Æc ®iÓm cña tr−ît: -Tr−ît chØ x¶y ra d−íi t¸c dông cña øng suÊt tiÕp. - Ph−¬ng m¹ng kh«ng thay ®æi tr−íc vμ sau khi tr−ît. - Møc ®é tr−ît b»ng mét sè nguyªn lÇn kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c nguyªn tö - øng suÊt tiÕp cÇn thiÕt ®Ó g©y ra tr−ît kh«ng lín. Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 6 Song tinh (®èi tinh) Khi øng suÊt tiÕp τ ®¹t tíi mét gi¸ trÞ tíi h¹n nμo ®ã th× mét phÇn cña m¹ng tinh thÓ sÏ xª dÞch ®Õn mét vÞ trÝ míi ®èi xøng víi phÇn cßn l¹i qua mét mÆt ph¼ng gäi lμ mÆt song tinh. Song tinh còng chØ x¶y ra trªn c¸c mÆt vμ c¸c ph−¬ng x¸c ®Þnh. MÆt song tinh Song tinh cã nh÷ng ®Æc ®iÓm sau: - Gièng nh− tr−ît sù t¹o thμnh song tinh chØ x¶y ra d−íi t¸c dông cña øng suÊt tiÕp - Kh¸c víi tr−ît lμ song tinh kÌm theo sù thay ®æi ph−¬ng m¹ng cña phÇn tinh thÓ bÞ xª dÞch. - Kho¶ng xª dÞch cña c¸c nguyªn tö tû lÖ thuËn víi kho¶ng c¸ch gi÷a chóng tíi mÆt song tinh vμ cã trÞ sè nhá h¬n so víi kho¶ng c¸ch nguyªn tö. - øng suÊt cÇn thiÕt ®Ó t¹o thμnh ®èi tinh c¬ häc th−êng lín h¬n øng suÊt cÇn thiÕt ®Ó g©y ra tr−ît. Bëi vËy nãi chung tr−ît sÏ x¶y ra tr−íc vμ chØ khi c¸c qu¸ tr×nh tr−ît gÆp khã kh¨n th× song tinh míi t¹o thμnh. Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 7 V× xª dÞch cña c¸c nguyªn tö khi t¹o thμnh song tinh nhá nªn song tinh kh«ng dÉn ®Õn mét møc ®é biÕn d¹ng dÎo ®¸ng kÓ trong tinh thÓ (chØ vμi %). NÕu cïng víi song tinh cßn x¶y ra tr−ît th× tr−ît sÏ ®ãng vai trß chÝnh trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng dÎo. Trong c¸c tinh thÓ liªn kÕt ®ång ho¸ trÞ nh− Bi , Sb ... toμn bé biÕn d¹ng dÎo cho ®Õn lóc ph¸ hñy chñ yÕu do song tinh t¹o nªn, v× thÕ møc ®é biÕn d¹ng dÎo trong c¸c tinh thÓ ®ã rÊt nhá, chóng ®−îc coi lμ nh÷ng vËt liÖu rßn. §èi víi nh÷ng kim lo¹i m¹ng lôc ph−¬ng xÕp chÆt nh− Zn , Mg , Cd do sè l−îng hÖ tr−ît Ýt nªn th−êng t¹o thμnh song tinh, song ý nghÜa cña song tinh ®èi víi biÕn d¹ng dÎo kh«ng lín mμ quan träng h¬n lμ do song tinh lμm thay ®æi ph−¬ng m¹ng nªn cã thÓ lμm xuÊt hiÖn mét vμi ®Þnh h−íng míi cã lîi cho tr−ît. Trong tr−êng hîp nμy biÕn d¹ng dÎo x¶y ra th−êng t¨ng lªn so víi tr−êng hîp chØ cã tr−ît ®¬n thuÇn. Tuy nhiªn sù thay ®æi nμy kh«ng lín nªn c¸c kim lo¹i m¹ng lôc ph−¬ng xÕp chÆt vÉn lμ nh÷ng vËt liÖu cã tÝnh dÎo kÐm. Song tinh (®èi tinh) Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 8 KhuyÕt tËt trong m¹ng tinh thÓ C¸c d¹ng khuyÕt tËt m¹ng CÊu tróc tinh thÓ cña vËt liÖu kim lo¹i bÞ rèi lo¹n do sù xuÊt hiÖn cña c¸c khuyÕt tËt m¹ng. C¨n cø vμo kÝch th−íc cña c¸c khuyÕt tËt cã thÓ chia chóng thμnh ba d¹ng: - KhuyÕt tËt ®iÓm: c¸c nót trèng, c¸c nguyªn tö xen kÏ - KhuyÕt tËt ®−êng: vÝ dô c¸c lo¹i lÖch - KhuyÕt tËt mÆt: biªn giíi h¹t, biªn giíi pha, khuyÕt tËt xÕp C¸c khuyÕt tËt ®iÓm 1- Nót trèng 2- Nguyªn tö xen kÏ 3- Nguyªn tö thay thÕ 4- Nguyªn tö ngo¹i lai xen kÏ Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 9 KhuyÕt tËt ®−êng (lÖch) LÖch biªn LÖch xo¾n Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 10 KhuyÕt tËt mÆt Biªn giíi h¹t Biªn giíi pha KhuyÕt tËt xÕp Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 11 1.1.2 Ho¸ bÒn biÕn d¹ng ™HiÖn t−îng øng suÊt ch¶y t¨ng lªn theo møc ®é biÕn d¹ng trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng. ™Mét hiÖn t−îng rÊt quan träng x¶y ra trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng. ™¶nh h−ëng nh− ®Õn tÝnh chÊt cña s¶n phÈm. ™X¶y ra khi biÕn d¹ng ë nhiÖt ®é cßn t−¬ng ®èi thÊp. ™Ho¸ bÒn biÕn d¹ng lμm t¨ng t¶i träng ®èi víi dông cô biÕn d¹ng, ®ßi hái tiªu hao vÒ lùc vμ c«ng biÕn d¹ng ngμy cμng t¨ng. V× vËy, ®Ó cã thÓ ®¹t ®−îc mét møc ®é biÕn d¹ng mong muèn nμo ®ã trong nhiÒu tr−êng hîp ph¶i tiÕn hμnh c¸c b−íc nhiÖt luyÖn trung gian nh»m gi¶m bít øng suÊt ch¶y vμ kh«i phôc tÝnh dÎo. ™§Ó tr¸nh hiÖn t−îng ho¸ bÒn biÕn d¹ng --> thùc hiÖn biÕn d¹ng ë nhiÖt ®é cao, song ®é chÝnh x¸c vμ chÊt l−îng bÒ mÆt cña s¶n phÈm l¹i kÐm h¬n nhiÒu so víi biÕn d¹ng nguéi. Nguyªn nh©n cña hiÖn t−îng hãa bÒn: ¾LÖch kh«ng ngõng ®−îc sinh ra, ¾Khi chuyÓn ®éng, lÖch hoÆc gÆp ph¶i ch−íng ng¹i vËt hoÆc c¾t nhau --> dån ø l¹i --> rõng lÖch ¾Muèn tiÕp tôc chuyÓn ®éng --> ph¶i t¨ng øng suÊt. ¾tÊt c¶ nh÷ng nh©n tè nμo g©y c¶n trë cho sù s¶n sinh vμ chuyÓn ®éng cña lÖch ®Òu lμ nguyªn nh©n dÉn ®Õn ho¸ bÒn biÕn d¹ng. Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 12 1.1.3 C¸c qu¸ tr×nh kÝch ho¹t nhiÖt Khi t¨ng nhiÖt ®é: --> Tinh chÊt kim lo¹i thay ®æi, trë nªn mÒm vμ dÎo h¬n. --> Lùc vμ c«ng biÕn d¹ng nhá, møc ®é biÕn d¹ng lín. Tuy nhiªn: --> DÔ bÞ «xy ho¸ bÒ mÆt dÉn ®Õn chÊt l−îng bÒ mÆt kÐm --> §é chÝnh x¸c cña s¶n phÈm kh«ng cao (1) håi phôc (2) kÕt tinh l¹i (3) lín lªn cña h¹t (1) (2) (3) Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 13 Håi phôc §a diÖn ho¸ trong tinh thÓ bÞ uèn (a) s¾p xÕp cña lÖch trong tinh thÓ bÞ uèn (b) s¾p xÕp cña lªch sau khi ®a diÖn ho¸ Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 14 KÕt tinh l¹i Tæ chøc cña thÐp C¸c bon thÊp sau khi biÕn d¹ng nguéi vμ sau khi ñ mét giê ë nh÷ng nhiÖt ®é kh¸c nhau (a) ch−a ñ (b) ñ ë 5250C (c) ñ ë 5500C (d) ñ ë 6500C Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 15 Biến dạng nguội Biến dạng nửa nóng Biến dạng nóng • Thường thực hiện ở nhiệt độ phòng • Nhiệt độ biến dạng nhỏ hơn nhiệt độ kết tinh lại • Lực biến dạng lớn, vật liệu bị hóa bền, khả năng biến dạng dẻo thấp • Ví dụ với Thép C: Biến dạng ở Nhiệt độ phòng là biến dạng nguội • Nung nóng khi biến dạng • Nhiệt độ biến dạng cao hơn nhiệt độ kết tinh lại • Giảm đáng kể lực biến dạng, tính dẻo của vật liệu cao, ứng suất chảy giảm nhiều do kết tinh lại • Ví dụ với Thép C: Biến dạng nóng ở nhiệt độ từ 1150- 1250oC • Nung nóng khi biến dạng • Nhiệt độ biến dạng ở khoảng xung quanh nhiệt độ kết tinh lại • Giảm lực biến dạng, nâng cao khả năng biến dạng dẻo, ứng suất chảy giảm do có sự phục hồi, một phần kết tinh lại • Ví dụ với Thép C: Biến dạng nửa nóng ở nhiệt độ từ 650-800oC NhiÖt ®é biÕn d¹ng Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 16 400-600oCNi-50-50oCPb 900-1000oCW200oC Cu 870oCMo360-400oCAl hợp kim 50-100oCZn290-300oCAl (99,9%) 0-40oCSn550-730oCC-Thép Nhiệt độ kết tinh lạiVật liệu Nhiệt độ kết tinh lạiVật liệu VÝ dô nhiÖt ®é kÕt tinh l¹i cña mét sè lo¹i vËt liÖu Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 17 1.1.4 Ứng suất chảy vμ ®−ờng cong chảy øng suÊt cÇn thiÕt (x¸c ®Þnh trong tr¹ng th¸i øng suÊt ®¬n) lμm cho vËt liÖu ®¹t ®−îc tr¹ng th¸i dÎo hoÆc duy tr× ë tr¹ng th¸i dÎo gäi lμ øng suÊt ch¶y (cßn gäi lμ ®é bÒn biÕn d¹ng- ký hÖu lμ kf hoÆc σf). øng suÊt ch¶y lμ mét th«ng sè c¬ b¶n cña vËt liÖu, nã phô thuéc tr−íc hÕt vμo b¶n th©n vËt liÖu (thμnh phÇn, tæ chøc, cÊu tróc, ... ) vμ c¸c ®iÒu kiÖn biÕn d¹ng (nhiÖt ®é, møc ®é biÕn d¹ng, tèc ®é biÕn d¹ng, tr¹ng th¸i øng suÊt). Ứng suất chảy kf = f(vËt liÖu, nhiÖt ®é, møc ®é biÕn d¹ng, tèc ®é biÕn d¹ng, tr¹ng th¸i øng suÊt) Đường cong suất chảy §−êng cong biÓu diÔn sù phô thuéc cña øng suÊt ch¶y vμo møc ®é biÕn d¹ng (hoÆc tèc ®é biÕn d¹ng) gäi lμ ®−êng cong ch¶y hoÆc ®−êng cong ho¸ bÒn. Thép C15 Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 18 Biến dạng nguội Biến dạng nóng Đường cong chảy Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 19 Đường chảy nguội của các vật liệu khác nhau Đường chảy nóng thép C25 phụ thuộc vào tốc độ biến dạng Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 20 Sù phô thuéc cña øng suÊt chảy vμo nhiÖt ®é, tèc ®é biÕn d¹ng cña thÐp C15 Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 21 C¸c ph−¬ng ph¸p x¸c định ®−êng ch¶y b»ng thùc nghiÖm ThÝ nghiÖm kÐo ThÝ nghiÖm nÐn ThÝ nghiÖm xo¾n Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 22 M« h×nh to¸n häc cña ®−êng cong ch¶y True Strain T u r e S t r e s s Rupture Uniform Straining Necking Extrapolated U n i f o r m m a x i m u m s t r a i n n f Cσ ε= 0( ) n f Cσ ε ε= + n f A Bσ ε= + 2 0 1 2f A A Aσ ε ε= + + +K §¦êNG CH¶Y NGUéI C: hÖ sè phô thuéc vμo tõng vËt liÖu n: sè mò hãa bÒn phô thuéc vμo vËt liÖu Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 23 0.330800CuZn40*0.11897041034Cr4** 0.433880280CuZn37**0.09085015Cr3* 0.433880250CuZn30**0.1701140430Cf53** 0.331600250CuZn10**0.1671000390Ck45** 130 60 60 420 σf0 (MPa) 340 320 280 260 σf0 (MPa) 0.190390AlMg3*0.178950Ck35** 0.197260AlMgSi1**0.150960Ck35* 0.222150Al99.8**0.157760Ck22** 0.222150Al99.5**0.165760Ck15** 0.240110Al99.5*0.216730Ck10*,** 0.1801160100Cr6*0.240800C10* 0.15095020MnCr5*0.150890St60* 0.09081016MnCr5*0.230850St42* 0.149110042CrMo40.100730St38* nC(MPa)VËt liÖunC (MPa)VËt liÖu B¶ng th«ng sè §¦êNG CH¶Y NGUéI Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 24 M« h×nh to¸n häc cña ®−êng cong ch¶y §¦êNG CH¶Y nãng m f Kσ ε= & n m f Kσ ε ε= &§−êng ch¶y nöa nãng: §−êng ch¶y nãng: n: sè mò hóa bÒn m: sè mò tèc ®é hãa bÒn Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 25 B¶ng th«ng sè §¦êNG CH¶Y Nãng 800680.162CuZn28Sn** 800700.180CuZn20Al** 650350.218CuZn40Pb2** 450810.134AlZnMgCu1,5* * 750440.201CuZn37** 0.110 0.091 0.194 0.108 0.131 0.122 0.135 0.159 0.163 m 0.212 0.127 0.176 0.094 0.091 0.167 0.163 0.144 0.154 m 450102AlMg5**80051CuZn28** 45080AlMg3**80056E-Cu** 48070AlMgMn**1100/1250100/74X5CrNiTi189** 45048AlMgSi1**1100/1250137/116X5CrNi189** 45077AlCuMg2**1100/1250105/88X10Cr13** 45072AlCuMg1**1100/120085/68C60** 48036AlMn**1100/120090/70C45** 45024Al99.5**1100/120089/72C35** 800102CuAl5**1100/120099/84C15** T(oC)K (MPa)VËt liÖuT(oC)K (MPa)VËt liÖu Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 26 Ch−¬ng 1. Nh÷ng kiÕn thøc c¬ së vÒ biÕn d¹ng dÎo 1.2 C¬ häc qu¸ tr×nh biÕn d¹ng 1.2.1 øng suÊt Néi lùc vμ øng suÊt trong vËt thÓ §Þnh nghÜa øng suÊt t¹i mét ®iÓm øng suÊt t¹i ph¸p vμ tiÕp øng suÊt theo c¸c ph−¬ng Trªn mét mÆt ph¼ng cã 3 thμnh phÇn: mét øng suÊt ph¸p vμ hai øng suÊt tiÕp. P1 P2 P3P4 P5 Pn Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 27 1.2.1 øng suÊt  0 F F d A 0 A 0 0 F A σ = FAσ = Chó ý: trong biÕn d¹ng dÎo ta sö dông øng suÊt thùc! øng suÊt kü thuËt vμ øng suÊt thùc øng suÊt kü thuËt øng suÊt thùc Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 28 σ τ τ σ τ σ x xy xz y yz z • • • ⎛ ⎝ ⎜⎜⎜ ⎞ ⎠ ⎟⎟⎟ 1.2.1 øng suÊt HÖ to¹ ®é §Ò c¸c 1 2 3 0 0 0 0 0 0 ij σ σ σ σ ⎛ ⎞⎜ ⎟= ⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ HÖ to¹ ®é chÝnhKhi kh¶o s¸t bμi to¸n biÕn d¹ng dÎo ta th−êng sö dông hÖ täa ®é chÝnh. Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 29 Ten x¬ øng suÊt cã 3 bÊt biÕn: - BÊt biÕn I1 lμ bÊt biÕn bËc nhÊt I constx y z1 = + + =σ σ σ - BÊt biÕn I2 lμ bÊt biÕn bËc hai( )I constx y y z z x xy yz zx2 2 2 2= − + + + + + =σ σ σ σ σ σ τ τ τ - BÊt biÕn I3 la bÊt biÕn bËc ba I constx y z xy yz zx x yz y zx z xy3 2 2 22= + − − − =σ σ σ τ τ τ σ τ σ τ σ τ σ σ σ3 1 2 2 3 0− − − =I I I 1.2.1 øng suÊt ChuyÓn tõ hÖ täa ®é §Ò c¸c sang hÖ täa ®é chÝnh dùa v¸o c¸c bÊt biÕn cña ten x¬ øng suÊt σ1 ; σ2 ; σ3  lμ nghiÖm cña ph−¬ng tr×nh: Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 30 1.2.2 biÕn d¹ng Mét ®iÓm cã to¹ ®é ban ®Çu lμ x, y, z, sau khi biÕn d¹ng nhá cã to¹ ®é lμ x’, y’, z’. ChuyÓn vÞ cña ®iÓm ®ã t−¬ng øng theo ph−¬ng x, y, z: x’ - x = ux y’ - y = uy z’ - z = uz BiÕn d¹ng dμi vμ biÕn d¹ng gãc trªn mÆt ph¼ng z Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 31 1.2.2 biÕn d¹ng ε ∂∂ ε ∂∂ ε ∂∂ x x y y z z u x u y u z = = = BiÕn d¹ng dμi vμ biÕn d¹ng gãc : ⎪⎪ ⎪⎪ ⎭ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎬ ⎫ ∂ ∂+∂ ∂=γ ∂ ∂+∂ ∂=γ ∂ ∂+∂ ∂=γ z u x u y u z u x u y u xz zx zy yz yx xy Ten x¬ biÕn d¹ng: ε ε ε ε ε ε ε ε ε ε ij xx xy xz yx yy yz zx zy zz = ⎛ ⎝ ⎜⎜⎜ ⎞ ⎠ ⎟⎟⎟ & & & & & & & & & & ε ε ε ε ε ε ε ε ε ε ij xx xy xz yx yy yz zx zy zz = ⎛ ⎝ ⎜⎜⎜ ⎞ ⎠ ⎟⎟⎟ Ten x¬ tèc ®é biÕn d¹ng: Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 32 1.2.2 biÕn d¹ng BiÕn d¹ng kü thuËt vμ biÕn d¹ng thùc l 0 l l 1 Tr¹ng th¸i Ban ®Çu F F d l Tr¹ng th¸i ®ang biÕn d¹ng Tr¹ng th¸i sau biÕn d¹ng Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 33 1.2.2 biÕn d¹ng 0 01 l ll −=ε BiÕn d¹ng kü thuËt (biÕn d¹ng d·n dμi): BiÕn d¹ng thùc (biÕn d¹ng logarit): 0 1 l lln l dld =ϕ⇒=ϕ ( )ε+=ϕ 1ln Ta cã: Chó ý: BiÕn d¹ng dÎo trong CN GCAL lμ biÕn d¹ng lín nªn ta sö dông biÕn d¹ng thùc Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 34 1.2.3 Quan hÖ gi÷a øng suÊt vμ biÕn d¹ng Trong biÕn d¹ng ®μn håi, quan hÖ gi÷a øng suÊt vμ biÕn d¹ng tu©n theo ®inh luËt Hooke : ( ) ( ) ( ) E E E G G G x x y z y y z x z z x y xy xy yz yz zx zx ε σ ν σ σ ε σ ν σ σ ε σ ν σ σ γ τ γ τ γ τ = − + = − + = − + = = = ⎫ ⎬ ⎪⎪⎪⎪ ⎭ ⎪⎪⎪⎪ 2 2 2 ( )E G= +2 1 ν E - m« ®un ®μn håi däc ν - hÖ sè Poisson G - m« ®un ®μn håi tr−ît Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 35 ( ) ( ) ( ) ⎪⎪ ⎪ ⎭ ⎪⎪ ⎪ ⎬ ⎫ ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +−= ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +−= ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +−= 2133 1322 3211 2 11 2 11 2 11 σσσε σσσε σσσε D D D Trong biÕn d¹ng dÎo, ta cã quan hÖ gi÷a øng suÊt vμ biÕn d¹ng nh− sau: Sù kh¸c nhau c¬ b¶n gi÷a c¸c m« ®un E vμ G trong biÕn d¹ng ®μn håi víi m« ®un D trong biÕn d¹ng dÎo lμ ë chç E vμ G lμ h»ng sè ®èi víi mét vËt liÖu nhÊt ®Þnh cßn D th× thay ®æi trong suèt qu¸ tr×nh biÕn d¹ng. Trong biÕn d¹ng ®μn håi E = tgα = const, cßn trong biÕn d¹ng dÎo D = tgα’ mμ α’ th× lu«n lu«n thay ®æi trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng. 1.2.3 Quan hÖ gi÷a øng suÊt vμ biÕn d¹ng Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 36 1.2.4 §iÒu kiÖn dÎo Lμ ®iÒu kiÖn ®Ó kim lo¹i qu¸ ®é tõ tr¹ng th¸i ®μn håi sang tr¹ng th¸i dÎo. XÐt tr−êng hîp kÐo mét thanh trßn theo h−íng trôc. Thanh sÏ bÞ biÕn d¹ng dÎo nÕu nμo øng suÊt kÐo trªn tiÕt diÖn cña nã ®¹t tíi giíi h¹n ch¶y. Tr−êng hîp tæng qu¸t: khi vËt thÓ chôi t¸c dông cña t¶I träng bªn ngoμi, bªn trong vËt thÓ xuÊt hiÖn øng suÊt t−¬ng ®−¬ng ®¹t tíi øng suÊt ch¶y cña vËt liÖu th× vËt thÓ nμy bÞ biÕn d¹ng dÎo. k2k fminmax ==σ−σ §iÒu kiÖn dÎo Tresca-Saint Venant: 1 2 3 0 0 0 0 0 0 ij σ σ σ σ ⎛ ⎞⎜ ⎟= ⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ Ten x¬ øng suÊt trong vËt thÓ: ( ) ( ) ( )σ σ σ σ σ σ1 2 2 2 3 2 3 1 2 2 22 6− + − + − = =k kf §iÒu kiÖn dÎo Huber-Mises: Trong c¸c biÓu thøc trªn k gäi lμ øng suÊt tiÕp ch¶y, ®−îc x¸c ®Þnh trong tr−êng hîp c¾t thuÇn tuý. Theo ®iÒu kiÖn dÎo cña Tresca th× τmax = k = kf/2, theo ®iÒu kiÖn dÎo cña Mises th×: k k kf f= ≈13 0 575, Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 37 1.2.4 §iÒu kiÖn dÎo Nh÷ng biÓu thøc riªng cña ®iÒu kiÖn dÎo - Tr¹ng th¸i øng suÊt ph¼ng: σ τ τy xy yz= = = 0 2 f 2 xzzx 2 z 2 x k3 =τ+σσ−σ+σ σ σ σ σ12 32 1 3 2+ − = k f - Tr¹ng th¸i biÕn d¹ng ph¼ng: 2 zx y σ+σ=σ τ τxy yz= = 0 ( )σ σ τx z xz fk k− + = =2 2 24 4*2 k2kk 3 2 * ff31 ±=±=±=σ−σ τ13 13 1 2 = ± = ± = ±k k kf f* - Tr¹ng th¸i øng suÊt ®èi xøng trôc: τ τρθ θ= =z 0 ( ) ( ) ( )σ σ σ σ σ σ τρ θ θ ρ ρ− + − + − + =2 2 2 2 26 2z z z fk Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 38 1.2.5 Nh÷ng nguyªn t¾c, ®Þnh luËt trong biÕn d¹ng dÎo Quan hÖ gi÷a øng suÊt ch¶y vμ biÕn d¹ng thùc x¸c ®Þnh theo ®−êng cong ch¶y cña vËt liÖu VËt thÓ biÕn d¹ng tu©n theo ®Þnh luËt dÎo, ®Þnh luËt thÓ tÝch kh«ng ®æi, nguyªn t¾c trë lùc biÕn d¹ng nhá nhÊt. §Þnh luËt thÓ tÝch kh«ng ®æi V = X0.Y0.Z0 = Xn.Yn.Zn ThÓ tÝch vËt thÓ kh«ng thay ®æi tr−íc vμ sau khi biÕn d¹ng. Tæng c¸c thμnh phÇn biÕn d¹ng trªn ®−êng chÐo chÝnh b»ng kh«ng Bé m«n Gia c«ng ¸p lùc  VIÖN C¬ KhÝ - §HBK Hμ n«i 39 Nguyªn t¾c trë lùc biÕn d¹ng nhá nhÊt S¬ ®å ch¶y h−íng kÝnh cña kim lo¹i khi chån NÕu c¸c chÊt ®iÓm trong vËt thÓ biÕn d¹ng sÏ dÞch chuyÓn trªn ph−¬ng nμo cã trë lùc nhá nhÊt. LÊy vÝ dô chån cã s¸t vμ kh«ng ma s¸t; dËp khèi trªn khu«n hë cã vμnh biªn.