Chương 2 Biến dạng dẻo và cơ tính

19 Ch−ơng 2 Biến dạng dẻo và cơ tính Đa số vậ t liệ u, đặ c biệ t là kim loạ i, th−ờng đ−ợc bá n d−ới dạ ng cá c bá n thà nh phẩ m d−ới 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 sá t biế n dạ ng 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 2.1.1. Khái niệ m Biể u đồ tả i trọng (hay ứng suấ t) vs biế n dạ ng hì nh 2.1. cho thấ y: - Nế u tiế p tục tă ng tả i trọng đế n giá trị cao nhấ t Fb, mẫ u bị thắ t lạ i → tả i trọng =const (hoặ c ↓) nh−ng ứ/s ↑ →phá hủy ở điể m c. Sự biế n đổi về mạ ng tinh thể ở ba trạ ng thá i trê n trì nh bà y ở hì nh 2.2. a) b) c) d) Khi biế n dạ ng đà n hồi thì biế n dạ ng nhỏ ∆aa, 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 d−ới hì nh thức nà y. 2.1.2. Tr−ợt đơn tinh thể Tr−ợt là sự chuyể n dời t−ơng đối giữa các phần của tinh thể theo những mặt và ph−ơng nhất đị nh gọi là mặ t và ph−ơng tr−ợt (hì nh 2.3.) a. Các mặt và ph−ơng tr−ợt Mặt tr−ợt là mặt (t−ởng t−ợng) phân cách giữa hai mặt nguyê n tử dày đặc nhất mà theo đó sự tr−ợt xảy ra. Cá c mặ t và ph−ơng tr−ợt của ba kiể u mạ ng tinh thể th−ờng gặ p đ−ợc trì nh bà y ở hì nh 2.4: - Mạ ng lftm (A1): mặ t tr−ợt {111}, (4 mặ tx3 ph−ơng)=12 hệ tr−ợt chí nh khá c nhau. - Mạ ng lftk (A2): mặ t tr−ợt {110}, (6 mặ t x 2 ph−ơng)= 12 hệ tr−ợt chí nh khá c nhau. - Mạ ng lgxc (A3): mặ t tr−ợt, (1 mặ t x 3 ph−ơng)= 3 hệ tr−ợt chí nh khá c nhau. - Khi F < Fđh, độ giã n dà i ∆l tỷ lệ bậ c nhấ t với tả i trọng → biế n dạng đàn hồi. Với F1 → biế n dạ ng O1, bỏ tả i trọng mẫ u lạ i trở lạ i kí ch th−ớc ban đầ u. - Khi F > Fđh, 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= Fa → 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 l i a’ a’’ độ dã n dà i tả i t rọ ng F Fb Fa Fđh Fl a b c e l O Hì nh 2.2. Sơ đồ biến đổi mạng tinh thể khi lần l−ợt tăng tải trọng ban đầu (a), biến dạng đàn hồi (b), biến dạng dẻo (c), phá hủy (d) 20 - Ngoà i cá c mặ t, ph−ơng tr−ợt chí nh kể trê n còn có khả nă ng bị tr−ợt theo cá c mặ t, ph−ơng dà y đặ c khá c tuy không phả i là dà y đặ c nhấ t. Hì nh 2.3. Sơ đồ biểu diễn sự tr−ợt: a. đơn tinh thể và mạng tinh thể tr−ớc khi tr−ợt, b. hì nh dạng đơn tinh thể và mạng tinh thể sau khi tr−ợt. Hì nh 2.4. Các mặt và ph−ơng tr−ợt cơ bản của kim loại: a. lập ph−ơng tâm khối, b. lập ph−ơng tâm mặt, c. lục giác xếp chặt, - Khả nă ng biế n dạ ng dẻ o của kim loạ i tỷ lệ thuậ n với số hệ tr−ợt chí nh: số hệ tr−ợt cà ng cao → khả nă ng tr−ợt cà ng lớn → kim loạ i cà ng dễ biế n dạ ng dẻ o - Thực tế đã chứng tỏ điề u nà y: Feγ,Al,Ag,Cu...(mạ ng A1) dẻ o và dễ dá t mỏng hơn Zn (A3). So với lftk (A2) mạ ng lftm (A1) tuy cùng 12 hệ tr−ợt nh−ng dễ tr−ợt hơn → tí nh dẻ o cao hơn b. ứng suất gây ra tr−ợt Đị nh luật Schmid. Khi τ > τth (xá c đị nh đối với từng kim loạ i) → tr−ợt mới xả y ra. Giá trị của τ=? τ = S F cosα.cosβ= OS F sinα.cosα.cosβ trong đó F/S0 là ứng suấ t ké o σ0 thay và o ta có: τ = 0,5σ0 sin2α cosβ. Gọi cosα.cosβ là thừa số Schmid. ứng suấ t gâ y ra tr−ợt τ phụ thuộc và o góc β & α qua thừa số Schmid. Khi α = 90o hay β = 90o → τ = 0, lực F chỉ là m phá hủy mà không xả y ra biế n dạ ng dẻ o. Hì nh 2.5. Tr−ợt trong đơn tinh thể Khi (α+β) ≠ 90o, τmax = 0,5ơ0 khi α = β = 45o. Hệ tr−ợt nà o có τmax → thuậ n lợi nhấ t → tr−ợt xả y ra tr−ớc → cá c hệ í t thuậ n lợi hơn. Hì nh thá i của tr−ợt: hì nh 2.2c và 2.3b: cá c bậ c tr−ợt, dả i tr−ợt. Hì nh 2.5b. Bậ c tr−ợt và dả i tr−ợt bậ c dả i a) b) a) b) c) ph−ơng tr−ợt mặ t tr−ợ F α β F F 21 c. Tí nh dễ tr−ợt - cơ chế tr−ợt Độ bề n lý thuyế t: τt.h ≈ π2 G , → rấ t cao. Thực tế có lệ ch τt.h ≈ 43 10810 . G ữ rấ t nhỏ 2.1.3. Tr−ợt đa tinh thể Vậ t liệ u kim loạ i thực tề luôn luôn là VL đa tinh thể . a. Các đặc điể m Đặ c điể m của tr−ợt đa tinh thể : 1) Các hạt bị biế n dạng không đồng thời với mức độ khác nhau 2) Có tí nh đẳng h−ớng: số hạ t vô cùng lớn 3) Đa tinh thể có 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 tr−ợt. → 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 tr−ợt mạ nh hơn nê n là m tă ng độ bề n. Theo Hall - Petch: σch = σo + d k , Khi hạ t nhỏ đi → tăng độ dai → vậ t liệ u khó bị phá hủy giòn → rấ t −u việ t b. Tổ chức và tí nh chất của kim loại sau khi biế n dạng dẻ o 1) Sau khi biế n dạ ng → xô lệ ch mạ ng t/thể . ε=0 ε=(40-50)% ε=(40-50)% ε=(70-90)% Hì nh 2.7. Sự thay đổi tổ chức sau biến dạng Textua biế n dạ ng. Ví dụ khi cá n: Al mạ ng A1: - cá c mặ t {110} song song với mặ t cá n 2) Biế n dạ ng dẻ o → do xô lệ ch mạ ng → ứng suấ t d− , → cho cơ tí nh ↑ , ứng suấ t né n d− bề mặ t là m ↑ giới hạ n mỏi: lă n é p, phun bi. 3) Xu h−ớng thay đổi cơ tí nh sau khi biế n dạng dẻ o (hì nh 2.8): . Bề n (σđh,σ0,2), cứng ↑, dẻ o ↓ . Dẫ n điệ n và tí nh chống ă n mòn giả m Hì nh 2.8. ảnh h−ởng 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 tr−ợt trong mạng tinh thể thực tế (có lệch biên) τ τ ε → tí nh c hấ t σ0,2 σb δ độ dẫ n ε → σ b,σ 0 2,k si σ0,2 σb δ đ ộ d ã n dà i, 20 40 60 a) b) 22 2.1.4. Phá hủy ứng suấ t > [σb] → 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. Tải trọng tĩ nh Tả i trọng tĩ nh: Phá hủy giòn và phá hủy dẻ o - Phá hủy dẻ o kè m theo biế n dạ ng dẻ o - Phá hủy giòn không kè m theo biế n dạ ng - Phá huỷ giòn xả y ra đột ngột (d), phá huỷ dẻ o xả y ra từ từ (a) chậ m (b), nhanh (c) - Công cho phá huỷ dẻ o lớn hơn - Phá huỷ dẻ o hay giòn do: + bả n chấ t VL: thé p, Al, Cu → phá huỷ dẻ o, gang →giòn. ceramic, polyme nhiệ t rắ n → phá huỷ giòn a) b) c) d) Hì nh 2.9. Các dạng mặt gãy khi phá hủy + To ↓ → phá huỷ giòn, tả i trọng đặ t và o 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 phá hủy Phá hủy theo 4 giai đoạ n sau: 1) hì nh thành vế t nứt (tế vi), 2) vế t nứt tế vi phát triể n d−ới tới hạn, tớ i hạ n 3) vế t nứt tới hạn phát triể n nhanh, 4) nứt chấ m dứt và gã y rời, trong đó cá c giai đoạ n 1,2 và 3 đ−ợc coi là quan trọng nhấ t, đá ng để ý nhấ t. Tập trung ứng suất Theo A.A Griffith: σmax: t max a ρσ2σ = (2.1) Gọi σ σ = max IK là hệ số c−ờng độ ứng suấ t, xá c đị nh bằ ng công thức: aYKI πσ= (2.2) Đối với vậ t liệ u giòn, ứng suấ t tới hạ n σgh cầ n thiế t để phá t triể n vế t nứt là : a E2 gh π γ =σ (2.3) 3 kiể u phá t triể n vế t nứt th−ờng gặ p (hì nh 2.13): Hì nh 2.11. Sự hì nh thà nh vế t nứt ┴ ┴ ┴ ┴ ┴ ┴ ┴ nguồn lệ c Frank-Read cả n trở c/đ a) b) σo ρt x x 2a x’ x a σo x’ x σmax mặ t cắ t dọc theo nứt Hì nh 2.12. Sơ đồ vết rỗng (a) và sự phân bố ứng suất trên tiết diện cắt ngang qua vết rỗng (b) 23 Hì nh 2.13. Ba kiểu tải trọng và lan chuyển vết nứt: Kiể u I là kiể u th−ờng gặ p hơn cả và đ−ợc đ−a và o tí nh toá n. Do tậ p trung ứng suấ t σ ≥ σgh (công thức 2.3) → vế t nứt ↑ gâ y phá huỷ giòn vậ t liệ u. Giỏ trị hệ số cường độ ứng suất tương ứng tại đú được gọi là độ dai phỏ huỷ của vật liệu, ký hiệu là KIC, đặc trưng cho mỗi loại vật liệu aYK ghIC πσ= , [N.m -3/2] hay [MPa.m1/2], xá c đị nh bằ ng thực nghiệ m Đối với vậ t liệ u dẻ o (phầ n lớn kim loạ i và vậ t liệ u polyme), đề u có biế n dạ ng dẻ o tr−ớc khi phá hủy, điề u đó là m cho đỉ nh nứt tù (cùn, bớt sắ c nhọn) đi, bá n kí nh cong tă ng lê n, nhờ đó là m tă ng σgh và KIC. Bảng 2.1. Giới hạn chảy và độ dai phá hủy biến dạng phẳng của một số loại vật liệu Vậ t liệ u σ0,2, MPa KIC, MPa m Vậ t liệ u σ0,2, MPa KIC, MPa m Kim loạ i Ceramic và polyme Hợp kim nhôm 2024- T351 325 36 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 260oC Thé p 4340,tôi +ram 425oC 1640 1420 50 87,4 Polyme ,PMMA Polystyren, PS - - 1,0 0,8-1,1 b. Trong điề u kiệ n tải trọng thay đổi theo chu kỳ Cầ u, trục, bá nh ră ng,.. chị u tả i trọng không lớn (<< σ0,2 ) nh−ng thay đổi theo chu kỳ, vẫ n có thể bị phá hủy sau thời gian dà i và t−ơng đối dà i (> 105 ữ 106 chu kỳ) → phá hủy mỏi. Cơ chế : từ vế t nứt đầ u tiê n, th−ờng nằ m ở trê n bề mặ t là nơi chị u ứng suấ t ké o lớn nhấ t, điề u kiệ n thuậ n lợi → phá t triể n vế t nứt. Vế t nứt tế vi trê n bề mặ t: rỗ co, bọt khí , tạ p chấ t, x−ớc, lồi lõm → tă ng độ bóng bề mặ t Vế t nứt có thể sinh ra d−ới tá c dụng của tả i trọng thay đổi theo chu kỳ (hì nh 2.15a). Hì nh 2.15a. Sơ đồ hì nh thà nh vế t nứt mỏi Hì nh 2.15b. Sơ đồ mặ t gã y khi phá huỷ mỏi Mặ t gã y ở chỗ phá hủy mỏi (hì nh 2.15b). 2.2. Các đặc tr−ng cơ tí nh thông th−ờng và ý nghĩ a mặ t ⊥ ⊥ ⊥ ⊥ ⊥ ⊥ ⊥ ⊥ ⊥ ⊥ vế t nứt nguồn lệ ch Frank-Read σk σk vùng 1, sá t bề mặ t là vế t nứt đầ u vùng 3, phá h ỷ biế n dạ ng hẳ ứng suấ t ẳ chiề u dà y Đ ộ d ai p há KIC Hì nh 2.14. ảnh h−ởng của chiề u dà y Bth Kiể u I=ké o Kiể u Kiể u III=xé 24 Cơ tí nh cho biế t khả nă ng chị u tả i của vậ t liệ u trong cá c điề u kiệ n t−ơng ứng, là cơ sở của cá c tí nh toá n sức bề n, khả nă ng sử dụng và o một mục đí ch nhấ t đị nh. Cá c đặ c tr−ng cơ tí nh đ−ợc xá c đị nh trê n cá c mẫ u chuẩ n. Th−ờng gặ p nhấ t là độ bề n, độ dẻ o, độ cứng, độ dai va đậ p, độ dai phá hủy. 2.2.1. Độ bề n (tĩ nh) Tùy theo đặ c điể m của tả i trọng ng−ời ta phâ n biệ t độ bề n ké o, né n, uốn, xoắ n... Bề n và độ dẻ o khi ké o là thông dụng hơn cả nê n không cầ n phả i ghi chú, tr−ờng hợp còn lạ i đề u phả i ghi chú (né n, uốn hay xoắ n...). a. Các chỉ tiê u Đặ c tr−ng cho độ bề n tĩ nh:σđh, σC, σb: kG/mm2, MPa, psi, ksi (Anh & Hoa kỳ),. Quan hệ giữa cá c đơn vị th−ờng gặ p nh− sau: 1kG/mm2 ≈ 10MPa, 1kG/mm2 ≈ 1,45 ksi, 1ksi = 103psi Giới hạn đàn hồi σđh, khó xá c đị nh → chấ p nhậ n σ0,01 hay σ0,05 theo công thức: 0 dh dh S F =σ MPa, → 0 01,0 01,0 S F =σ MPa, hay 0 05,0 05,0 S F =σ MPa, Giới hạn chảy vật lý σch, Giới hạn chảy quy −ớc σ0,2 , [MPa] Giới hạn bề n σb : 0 b b S F =σ , [MPa], trong đó: b. Các yế u tố ảnh h−ởng Cá c ph−ơng phá p nâ ng cao độ bề n: giảm hoặ c tăng mật độ lệ ch. . Giả m: Sợi Fe là 13000MPa, Fe armco 250MPa . Tă ng: biế n dạ ng nguội, hợp kim hoá , nhiệ t luyệ n,... c. Các biệ n pháp hóa bề n vật liệ u Biế n dạ ng dẻ o: → tă ng mậ t độ lê ch → tă ng độ bề n: dậ p, gò, uốn, gậ p, ké o, cá n nguội → biế n cứng, tă ng bề n Hì nh 2.16. Thay đổi độ bề n theo mậ t độ lệ ch Hợp kim hóa: đ−a nguyê n tử lạ và o → tă ng xô lệ ch mạ ng và mậ t độ lệ ch → tă ng độ bề n, Tạ o cá c pha cứng phâ n tá n hay hóa bề n tiế t pha: Nhiệ t luyệ n tôi + ram: tôi và sau đó là ram - tạ o nê n sự quá bã o hòa → tă ng độ bề n, độ cứng Hóa - nhiệ t luyệ n: thấ m C, N... tă ng bề n, cứng, chị u mà i mòn, nâ ng cao bề n mỏi Là m- nhỏ hạ t: là m hạ t nhỏ nà y duy nhấ t là m tă ng tấ t cả cá c chỉ tiê u bề n, dẻ o, dai. 2.2.2. Độ dẻ o Độ dẻ o là khả năng biế n dạng của vật liệ u d−ới tải trọng a. 2 chỉ tiê u : %100 l ll 0 01 − =δ , %100 S SS 0 10 − =ψ b. Tí nh siê u dẻ o Đ/n: Vậ t liệ u có δ tớ i trê n 100% (100 ữ 1000%), đ−ợc gọi là siê u dẻ o, Công dụng: chế tạ o cá c sả n phẩ m rỗng, dà i với tiế t diệ n không đồng đề u: chai, lọ , ống,.. Chế tạo: tạ o tí nh siê u dẻ o bằ ng cá ch: - tạ o tổ chức hạ t rấ t nhỏ, (cỡ hạ t khoả ng 10àm), đẳ ng trục, đồng đề u và ổn đị nh khi biế n dạ ng, đâ y là yế u tố quan trọng nhấ t, - biế n dạ ng ở nhiệ t độ cao, cỡ (0,6 ữ 0,85) TC o, - tốc độ biế n dạ ng rấ t chậ m, cỡ 10-4 ữ 10-3 s-1 (tức 0,01 ữ 0,1%/s). mậ t độ lệ ch, 2 108 1010 1012 đ ộ b ề n 25 Tr−ợt khi siê u dẻ o xả y ra chủ yế u theo biê n hạ t 2.2.3. Độ dai va đập: Hì nh 2.17: công phá huỷ Sơ đồ thử va đậ p (hì nh 2.18). - Hì nh 2.17. Công phá huỷ vậ t liệ u Hì nh 2.18. Sơ đồ thử độ dai va đậ p 2 loại mẫu thử độ dai va đập: 10x10mm dà i 55mm (mẫ u Charpy) và 75mm (Izod) với rã nh khí a hì nh chữ U hay chữ V: (để tậ p trung ứng suấ t) rộngxsâ u ( 2x2mm). TCVN chỉ quy đị nh thử theo mẫ u Charpy và ký hiệ u độ dai va đậ p bằ ng aK: Đị nh nghĩ a: Độ dai va đậ p là công phá hủy tí nh cho một đ .v. tiế y diệ n cắ t ngang mẫ u: Công thức tí nh: S A a KK = , [j/cm 2] hay [kJ/m2] trong đó: AK là công phá hủy, J; S tiế t diệ n mẫ u tạ i chỗ rã nh khí a (0,8cm 2) Đơn vị : [j/cm2], : [kj/m2], : [kgm/cm2] 1kGm/cm2 ≈ 10J/cm2; 1kJ/m2 ≈ 0,01kGm/cm2; 1kGm/cm2 ≈ 100kJ/m2 Phạm vi áp dụng: Chi tiế t chị u va đậ p aK min = 200kJ/m 2 (2kGm/cm2), va đậ p cao phả i có aK ≥ 1000kJ/m2. Biệ n pháp tăng aK: Nế u coi aK tỷ lệ với tí ch (σ0,2 x δ) → để ↑ aK t ↑ đồng thời σ0,2 & δ do đó: - Làm cho hạt nhỏ mị n là ph−ơng phá p tốt nhấ t để ↑aK. - Hóa bề n bề mặt : tô i bề mặ t, hóa - nhiệ t luyệ n → vừa ↑ bề n, cứng, tí nh chống mà i mòn mà vẫ n cho aK cao, chống va đậ p tốt. - Tạ o hạ t tròn, đa cạ nh có độ dai cao hơn khi hạ t có dạ ng tấ m, hì nh kim. - Giả m số l−ợng, kí ch th−ớc, tạ o hạ t cà ng tròn, phâ n bố đề u của cá c pha rắ n → ↑aK. 2.2.4. Độ dai phá hủy biế n dạng phẳng (plane - strain fracture toughness), KIC Mẫu thử: hì nh 2.19 là dạ ng mẫ u đơn giả n nhấ t, vế t nứt mỏi: - phả i cùng chiề u với rã nh khí a và chạ y dà i trê n suốt chiề u dà y của mẫ u B = W/2, - trê n cả hai bề mặ t ngoà i, cả 2 bê n vế t nứt mỏi phả i ă n sâ u và o í t nhấ t là 1,3 - chiề u dà i a (bằ ng rã nh ban đầ u + nứt mỏi) phả i ~ B hay 0,45ữ0,55W. Quy trì nh thử : - đặ t ngà m trục và o hai lỗ, tá c dụng lực ké o để rã nh khí a và nứt mỏi đ−ợc mở rộng ra (nứt phá t triể n theo kiể u I). - Xâ y dựng biể u đồ tả i trọng ké o - độ mở của rã nh ν nh− hì nh 2.20. tả i t rọ ng biế n vậ t liệ u iò vậ t liệ u dẻ 26 Hì nh 2.19.Mẫ u thử độ dai phá huỷ biế n dạ ng phẳ ng Hì nh 2.20. Biể u đồ ké o khi thử độ dai phá huỷ Hệ số hỡnh học Y và KI phụ thuộc vào hỡnh dạng và tải trọng (shape factor): Đ/điểm của tải trọng và vết nứt Hệ số cường độ ứng suất, KI Đặc điểm của tải trọng và vết nứt Hệ số cường độ ứng suất KI = aπσ (a<<W) a. w2 atg a w2KI πσ π π = a ca ca2KI πσ − + π = KI =1,1 aπσ (a<<W) a w a1 w2 atg a w2 K I πσ − π π = a ) t al( ) t a5,1l(1,1 K 2/3 I πσ − − = KI = 1,1 aπσ (a<<W) a ) W a1( ) W a2,01(1,1 K 2/3 I πσ − − = a ) t al( ) t a5,1l(1,1 K 2/3 I πσ − − = Để tí nh KIC ta phải thực hiện cỏc bước sau: 1. Xá c đị nh tả i trọng FQ : kẻ đ−ờng thẳ ng OA nghiê ng bằ ng 0,95 so với OB, FQ = FS, 2. Kiể m tra lạ i tỷ lệ Fmax/FQ: nế u Fmax/FQ < 1,10 thì đạt yờu cầu 3. Tớnh giỏ trị KQ theo công thức: KQ = (FQ/BW1/2). f (a/w), MPa.m1/2 trong đó: FQ - tả i trọng ké o đ−ợc xá c đị nh nh− trê n, kN, B, W, a - chiề u dà y, chiề u rộng mẫ u, chiề u dà i nứt, cm. (2+a/w) (0,886+4,64a/w - 13,32a2/w2 + 14,72a3/w3 - 5,6a4/w4) f(a/w) =  (1 - a/w)3/2 4. Kiểm nghiệm giỏ trị tớnh toỏn F F B W rã nh Fmax A FS= FQ tả i t rọ ng F độ mở của nứt ν O B 2W 2a 2W 2a F F c a t l a t l F σ σ 2W a σ 2W a σ M M 27 Tớnh giỏ trị A= 2,5(KQ/σo,2), nếu A ≤ B(a) → KQ= KIC, ý nghĩ a của KIC: Là chỉ tiê u cơ tí nh quan trọng nhấ t để đá nh giá khả nă ng chống phá hủy giòn. - Biết KIC và a → ứng suấ t thiế t kế σ phả i thoả mã n: aY K IC π ≤σ hay KI< KIC - Biết KIC và σ → kớch thước vết nứt a: 2 IC Y K .1a    σπ ≤ (2.5) 2.2.5. Độ cứng a. Đặc điể m Xá c đị nh đơn giả n nhấ t, nhanh chóng nhấ t, Đ/n: Độ cứng là khả năng chống lại biế n dạng dẻ o cục bộ của vật liệ u thông qua mũi đâm. Đặc điể m: khả nă ng chống mà i mòn, tạ o mẫ u nhỏ và đơn giả n, thử tạ i chỗ, nhanh,.. Các loại: thô đạ i và tế vi, th−ờng dùng độ cứng thô đại. Sơ đồ của cá c ph−ơng phá p thử độ cứng (hì nh 2.21). a) b) c) Hì nh 2.21. Sơ đồ tác dụng tải trọng của các ph−ơng pháp đo độ cứng: a. Brinen, b. Rôcvel, c. Vicke. b. Độ cứng Brinen HB: HB=F/S, F là tải trọng, kg hay N, S diện tớch hỡnh chỏm cầu. Quan hệ giữa độ bền và độ cứng: - Thé p cá n (trừ không gỉ , bề n nóng) σb ≈ 0,34 HB, - Thé p đúc σb ≈ (0,3 ữ 0,4) HB, - Gang xá m σb ≈ (HB - 60) / 6, - Đồng, latông, brông ở trạ ng thá i biế n cứng σb ≈ 0,40HB, - Đồng, latông, brông ở trạ ng thá i ủ σb ≈ 0,55HB, - Đura σb ≈ 0,35HB. Tuy nhiê n độ cứng HB cũng có những nh−ợc điể m sau: + không thể đo cá c vậ t liệ u có độ cứng cao hơn 450 HB, mẫ u phả i phẳ ng, to, dà y + không cho phé p đo trê n cá c loạ i trục (vì có mặ t cong), đo t−ơng đối chậ m Chí nh vì vậ y trong sả n suấ t th−ờng dùng cá ch đo Rôcvel hơn. d. Độ cứng Rôcvel HR (HRC, HRA, HRB) Đo độ cứng Rôcvel HR (hì nh 2.21b) tiệ n lợi hơn do nhanh, kế t quả đo cho ngay trê n má y và đo đ−ợc cá c vậ t liệ u từ t−ơng đối mề m đế n cứng, đo tạ i chỗ, đo đ−ợc lớp bề mặ t. Khá c với HB, HR là loạ i độ cứng quy −ớc (không có thứ nguyê n): - Độ cứng Rôcvel theo cá c thang C, A ký hiệ u là HRC, HRA đ−ợc đo bằ ng mũi hì nh nón bằ ng kim c−ơng → đo thé p tôi, lớp hóa - nhiệ t luyệ n... - Độ cứng Rôcvel theo thang B ký hiệ u là HRB đ−ợc đo bằ ng mũi bi bằ ng thé p tôi → đo thé p ủ, th−ờng hóa, gang đúc... d. Độ cứng Vicke HV Là loạ i độ cứng có ph−ơng phá p đo t−ơng tự nh− Brinen, HV= F / S ơ [kG/mm2] hay [MPa ] song với những khá c biệ t sau: D F d h d F f F 28 - mũi đâ m kim c−ơng hì nh thá p bốn mặ t đề u với góc ở đỉ nh giữa hai mặ t đối diệ n là 136o - Vicke đ−ợc dùng để đo độ cứng cho mọi vậ t liệ u từ rấ t mề m đế n rấ t cứng cho cả cá c mẫ u mỏng (0,3 ữ 0,5mm), đ−ợc coi là độ cứng chuẩ n trong nghiê n cứu khoa học. e. Chuyể n đổi giữa các thang độ cứng Dùng bả ng tra (trong tà i liệ u thí nghiệ m). 2.3. Nung kim loại đã qua biế n dạng dẻ o - Thải bề n - Biế n dạng nóng 2.3.1. Trạng thái kim loại đã qua biế n dạng dẻ o Sau biến dạng vật liệu ở trạng thỏi khụng ổn định → nung núng → thải bề n. Tỏc dụng: khôi phục lạ i trạ ng thá i ban đầ u: dẻ o và mề m: biế n dạ ng dẻ o, gia công cắ t, khử bỏ ứng suấ t bê n trong để trá nh phá hủy giòn. 2.3.2. Các giai đoạn chuyể n biế n khi nung nóng a. Hồi phục ở nhiệ t độ thấ p (< 0,1 ữ 0,2TC) Tỏc dụng: giả m sai lệ ch mạ ng (điể m:giảm nút trống), giả m mậ t độ lệ ch và ứng suấ t bê n trong..., trong khi đó tổ chức tế vi ch−a thay đổi, giả m điệ n trở chút í t, cơ tí nh ch−a thay đổi. b. Kế t tinh lại (kế t tinh lạ i lầ n thứ nhấ t) Bản chất kế t tinh lại: quá trì nh hì nh thà nh cá c hạ t mới không có cá c sai lệ ch do biế n dạ ng dẻ o gâ y ra theo cơ chế tạ o mầ m và phá t triể n mầ m nh− kế t tinh gọi là kết tinh lại: - Tạo mầm: ở những vùng bị xô lệ ch mạ nh nhấ t, biế n dạ ng dẻ o cà ng mạ nh, cà ng nhiề u mầ m - Sự phá t triể n mầm tiế p theo là quá trì nh tự nhiê n. Sau khi kế t tinh lại: thải bề n: độ dẻ o tă ng lê n và độ bề n, độ cứng giả m đi một cá ch đột ngột. Nhiệt độ kết tinh lại: T=aTC (K), ε > 40 ữ 50%, thời gian giữ nhiệ t =1h, kim loạ i tinh kh