Để làm sáng tỏ quá trình biến dạng ặ theo dõi thí nghiệm kéo giản đơn. D-ới tác
dụng của lực kéo, mẫu kéo liên tục bị kéo dài cho đến khi bị kéo đứt. Trong thí
nghiệm kéo với các thiết bị phù hợp ta có thể đo đ-ợc lực kéo và độ dãn dài
t-ơng ứng, từ đó xác định ứng suất và biến dạng theo các mối quan hệ sau:
- Vùng biến dạng đàn hồi
Biến dạng mẫu khi thử kéo
- Vùng biến dạng đàn hồi – dẻo
(trong đó biến dạng đàn hồi rất
nhỏ so với biến dạng dẻo
- Vùng phá huỷ
YSTOOLS DEM
40 trang |
Chia sẻ: hoang10 | Lượt xem: 609 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Nguyên lý máy ME3060 - Chương 1: Những kiến thức cơ sở về biến dạng dẻo, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Ch−ơng 1
Những kiến thức cơ sở về biến dạng dẻo
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 1
1.1.1 Khái quát về quá trình biến dạng
Sự dịch chuyển t−ơng đối giữa các chất điểm, các phần tử của vật thể rắn
d−ới tác dụng của ngoại lực, nhiệt độ hoặc của một nguyên nhân nào đó dẫn
đến sự thay đổi về hình dạng, kích th−ớc vật thể, liên kết vật liệu đ−ợc bảo
toàn, đ−ợc gọi là biến dạng dẻo.
ấ ả ề ề ề
Ch−ơng 1. Những kiến thức cơ sở về biến dạng dẻo
1.1 cơ sở vật lý của quá trình biến dạng (Cơ sở kim loại học)
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 2
? T t c mọi ph−ơng pháp GCAL đ u dựa trên một ti n đ chung là thực
hiện một quá trình biến dạng dẻo.
? Vật liệu d−ới tác dụng của ngoại lực sẽ thay đổi hình dạng và kích th−ớc
mà không mất đi sự liên kết bền chặt của nó.
? Khả năng biến dạng dẻo đ−ợc coi là một đặc tính quan trọng của kim loại.
Để làm sáng tỏ quá trình biến dạng ? theo dõi thí nghiệm kéo giản đơn. D−ới tác
dụng của lực kéo, mẫu kéo liên tục bị kéo dài cho đến khi bị kéo đứt. Trong thí
nghiệm kéo với các thiết bị phù hợp ta có thể đo đ−ợc lực kéo và độ dãn dài
t−ơng ứng, từ đó xác định ứng suất và biến dạng theo các mối quan hệ sau:
- Vùng biến dạng đàn hồi
Biến dạng mẫu khi thử kéo
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 3
Đ−ờng cong ứng suất - biến dạng
- Vùng biến dạng đàn hồi – dẻo
(trong đó biến dạng đàn hồi rất
nhỏ so với biến dạng dẻo
- Vùng phá huỷ
Cho SV xem Video thử kéo mẫu.
Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo trong tinh thể
Biến dạng của vật thể là tổng hợp của các quá trình biến dạng trong từng hạt
tinh thể và trên biên giới hạt ? muốn tìm hiểu cơ chế của quá trình biến
dạng trong đa tinh thể tr−ớc hết hãy nghiên cứu sự biến dạng trong đơn tinh
thể lý t−ởng (không có khuyết tật).
Biến dạng đàn hồi
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 4
Biến dạng dẻo trong tinh thể
Biến dạng trong đơn tinh thể có hai cơ chế chủ yếu: tr−ợt và đối tinh.
Tr−ợt
Khi mẫu đơn tinh thể bị kéo ? xuất hiện các bậc trên bề mặt của mẫu. Điều đó
chứng tỏ có sự tr−ợt lên nhau giữa các phần của tinh thể. Sự tr−ợt xảy ra chủ yếu
trên những mặt nhất định và dọc theo những ph−ơng nhất định gọi là mặt tr−ợt và
ph−ơng tr−ợt. Mức độ tr−ợt th−ờng là bằng một số nguyên lần khoảng cách giữa
các nguyên tử trên ph−ơng tr−ợt.
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 5
Mặt tr−ợt và ph−ơng tr−ợt là những mặt và ph−ơng có mật độ nguyên tử lớn
nhất. Điều này cũng dễ hiểu bởi lẽ lực liên kết giữa các nguyên tử trên mặt và
ph−ơng đó là lớn nhất so với những mặt và ph−ơng khác.
Số l−ợng hệ tr−ợt càng lớn thì khả năng xảy ra tr−ợt càng nhiều có nghĩa là càng
dễ biến dạng dẻo. ? Bởi vậy khả năng biến dạng dẻo của kim loại có thể đ−ợc
đánh giá thông qua số l−ợng hệ tr−ợt.
Đặc điểm của tr−ợt:
-Tr−ợt chỉ xảy ra d−ới tác dụng của ứng suất tiếp.
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 6
- Ph−ơng mạng không thay đổi tr−ớc và sau khi tr−ợt.
- Mức độ tr−ợt bằng một số nguyên lần khoảng cách giữa các nguyên tử
- ứng suất tiếp cần thiết để gây ra tr−ợt không lớn.
Song tinh (đối tinh)
Khi ứng suất tiếp τ đạt tới một giá trị tới hạn nào đó thì một phần của mạng tinh thể
sẽ xê dịch đến một vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt
song tinh. Song tinh cũng chỉ xảy ra trên các mặt và các ph−ơng xác định.
Mặt song tinh
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 7
Song tinh có những đặc điểm sau:
- Giống nh− tr−ợt sự tạo thành song tinh chỉ xảy ra d−ới tác dụng của ứng suất tiếp
- Khác với tr−ợt là song tinh kèm theo sự thay đổi ph−ơng mạng của phần tinh thể bị xê dịch.
- Khoảng xê dịch của các nguyên tử tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa chúng tới mặt song
tinh và có trị số nhỏ hơn so với khoảng cách nguyên tử.
- ứng suất cần thiết để tạo thành đối tinh cơ học th−ờng lớn hơn ứng suất cần thiết để gây ra
tr−ợt. Bởi vậy nói chung tr−ợt sẽ xảy ra tr−ớc và chỉ khi các quá trình tr−ợt gặp khó khăn thì
song tinh mới tạo thành.
Vì xê dịch của các nguyên tử khi tạo thành song tinh nhỏ nên song tinh
không dẫn đến một mức độ biến dạng dẻo đáng kể trong tinh thể (chỉ
vài %).
Nếu cùng với song tinh còn xảy ra tr−ợt thì tr−ợt sẽ đóng vai trò chính
trong quá trình biến dạng dẻo.
Trong các tinh thể liên kết đồng hoá trị nh− Bi , Sb ... toàn bộ biến dạng
dẻo cho đến lúc phá hủy chủ yếu do song tinh tạo nên, vì thế mức độ
biến dạng dẻo trong các tinh thể đó rất nhỏ, chúng đ−ợc coi là những
vật liệu ròn
Song tinh (đối tinh)
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 8
.
Đối với những kim loại mạng lục ph−ơng xếp chặt nh− Zn , Mg , Cd do
số l−ợng hệ tr−ợt ít nên th−ờng tạo thành song tinh, song ý nghĩa của
song tinh đối với biến dạng dẻo không lớn mà quan trọng hơn là do
song tinh làm thay đổi ph−ơng mạng nên có thể làm xuất hiện một vài
định h−ớng mới có lợi cho tr−ợt. Trong tr−ờng hợp này biến dạng dẻo
xảy ra th−ờng tăng lên so với tr−ờng hợp chỉ có tr−ợt đơn thuần. Tuy
nhiên sự thay đổi này không lớn nên các kim loại mạng lục ph−ơng xếp
chặt vẫn là những vật liệu có tính dẻo kém.
Khuyết tật trong mạng tinh thể
Các dạng khuyết tật mạng
Cấu trúc tinh thể của vật liệu kim loại bị rối loạn do sự xuất hiện của các khuyết tật mạng.
Căn cứ vào kích th−ớc của các khuyết tật có thể chia chúng thành ba dạng:
- Khuyết tật điểm: các nút trống, các nguyên tử xen kẽ
- Khuyết tật đ−ờng: ví dụ các loại lệch
- Khuyết tật mặt: biên giới hạt, biên giới pha, khuyết tật xếp
Các khuyết tật điểm
1- Nút trống
2- Nguyên tử xen kẽ
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 9
3- Nguyên tử thay thế
4- Nguyên tử ngoại lai
xen kẽ
Khuyết tật đ−ờng (lệch)
Lệch biên
Lệch xoắn
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 10
Khuyết tật mặt
Biên giới hạt Khuyết tật xếp
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 11
Biên giới pha
1.1.2 Hoá bền biến dạng
?Hiện t−ợng ứng suất chảy tăng lên theo mức độ biến dạng trong quá trình biến dạng.
?Một hiện t−ợng rất quan trọng xảy ra trong quá trình biến dạng.
?ảnh h−ởng nh− đến tính chất của sản phẩm.
?Xảy ra khi biến dạng ở nhiệt độ còn t−ơng đối thấp.
?Hoá bền biến dạng làm tăng tải trọng đối với dụng cụ biến dạng, đòi hỏi tiêu hao về lực và
công biến dạng ngày càng tăng. Vì vậy, để có thể đạt đ−ợc một mức độ biến dạng mong
muốn nào đó trong nhiều tr−ờng hợp phải tiến hành các b−ớc nhiệt luyện trung gian nhằm
giảm bớt ứng suất chảy và khôi phục tính dẻo.
?Để tránh hiện t−ợng hoá bền biến dạng --> thực hiện biến dạng ở nhiệt độ cao, song
độ chính xác và chất l−ợng bề mặt của sản phẩm lại kém hơn nhiều so với biến dạng nguội.
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 12
Nguyên nhân của hiện t−ợng hóa bền:
?Lệch không ngừng đ−ợc sinh ra,
?Khi chuyển động, lệch hoặc gặp phải ch−ớng
ngại vật hoặc cắt nhau --> dồn ứ lại --> rừng lệch
?Muốn tiếp tục chuyển động --> phải tăng ứng
suất.
?tất cả những nhân tố nào gây cản trở cho sự sản
sinh và chuyển động của lệch đều là nguyên nhân
dẫn đến hoá bền biến dạng.
1.1.3 Các quá trình kích hoạt nhiệt
Khi tăng nhiệt độ:
--> Tinh chất kim loại thay đổi, trở nên mềm và dẻo hơn.
--> Lực và công biến dạng nhỏ, mức độ biến dạng lớn.
Tuy nhiên:
--> Dễ bị ôxy hoá bề mặt dẫn đến chất l−ợng bề mặt kém
--> Độ chính xác của sản phẩm không cao
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 13
(1) hồi phục
(2) kết tinh lại
(3) lớn lên của hạt
(1)
(2) (3)
Hồi phục
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 14
Đa diện hoá trong tinh thể bị uốn
(a) sắp xếp của lệch trong tinh thể bị uốn
(b) sắp xếp của lêch sau khi đa diện hoá
Kết tinh lại
Tổ chức của thép Các bon thấp sau khi biến dạng nguội và sau khi ủ một giờ ở
những nhiệt độ khác nhau
(a) ch−a ủ (b) ủ ở 5250C
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 15
(c) ủ ở 5500C (d) ủ ở 6500C
Biến dạng
nguội
Biến dạng nửa
núng
Biến dạng
núng
• Thường thực hiện ở
nhiệt độ phũng
• Nhiệt độ biến dạng
nhỏ hơn nhiệt độ kết
tinh lại
L biế d lớ
• Nung núng khi biến
dạng
• Nhiệt độ biến dạng
cao hơn nhiệt độ
kết tinh lại
ể
• Nung núng khi biến dạng
• Nhiệt độ biến dạng ở
khoảng xung quanh nhiệt
độ kết tinh lại
• Giảm lực biến dạng,
õ khả ă biế
Nhiệt độ biến dạng
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 16
• ực n ạng n,
vật liệu bị húa bền,
khả năng biến dạng
dẻo thấp
• Vớ dụ với Thộp C:
Biến dạng ở Nhiệt độ
phũng là biến dạng
nguội
• Giảm đỏng k lực
biến dạng, tớnh dẻo
của vật liệu cao,
ứng suất chảy giảm
nhiều do kết tinh lại
• Vớ dụ với Thộp C:
Biến dạng núng ở
nhiệt độ từ 1150-
1250oC
n ng cao n ng n
dạng dẻo, ứng suất chảy
giảm do cú sự phục hồi,
một phần kết tinh lại
• Vớ dụ với Thộp C: Biến
dạng nửa núng ở nhiệt
độ từ 650-800oC
Vật liệu Nhiệt độ kết tinh lại Vật liệu
Nhiệt độ kết
tinh lại
C-Thộp 550-730oC Sn 0-40oC
Al (99,9%) 290-300oC Zn 50-100oC
Ví dụ nhiệt độ kết tinh lại của một số loại vật liệu
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 17
Al hợp kim 360-400oC Mo 870oC
Cu 200oC W 900-1000oC
Pb -50-50oC Ni 400-600oC
1.1.4 Ứng suất chảy và đường cong chảy
ứng suất cần thiết (xác định trong trạng thái ứng suất đơn) làm cho vật liệu
đạt đ−ợc trạng thái dẻo hoặc duy trì ở trạng thái dẻo gọi là ứng suất chảy (còn
gọi là độ bền biến dạng- ký hệu là kf hoặc σf). ứng suất chảy là một thông số
cơ bản của vật liệu, nó phụ thuộc tr−ớc hết vào bản thân vật liệu (thành phần,
tổ chức, cấu trúc, ... ) và các điều kiện biến dạng (nhiệt độ, mức độ biến dạng,
tốc độ biến dạng, trạng thái ứng suất).
Ứng suất chảy
kf = f(vật liệu, nhiệt độ, mức độ biến dạng, tốc độ biến dạng, trạng thái ứng suất)
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 18
Đường cong suất chảy
Đ−ờng cong biểu diễn sự phụ
thuộc của ứng suất chảy vào mức
độ biến dạng (hoặc tốc độ biến
dạng) gọi là đ−ờng cong chảy
hoặc đ−ờng cong hoá bền.
Thộp C15
Đường cong chảy
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 19
Biến dạng nguội Biến dạng núng
Đường chảy nguội của
cỏc vật liệu khỏc nhau
Đường chảy núng thộp
C25 phụ thuộc vào tốc
độ biến dạng
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 20
Sự phụ thuộc của ứng suất chảy vào nhiệt độ,
tốc độ biến dạng của thép C15
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 21
Các ph−ơng pháp xác định đ−ờng chảy bằng thực nghiệm
Thí nghiệm kéo
Thí nghiệm nén
Thí nghiệm xoắn
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 22
Mô hình toán học của đ−ờng cong chảy
T
u
r
e
S
t
r
e
s
s
Rupture
Extrapolated
m
u
m
n
f Cσ ε=
( )nCσ ε ε= +
ĐƯờNG CHảY NGUộI
C: hệ số phụ thuộc vào từng vật liệu
n: số mũ hóa bền phụ thuộc vào vật
liệu
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 23
True Strain
Uniform Straining Necking
U
n
i
f
o
r
m
m
a
x
i
m
s
t
r
a
i
n
0f
n
f A Bσ ε= +
2
0 1 2f A A Aσ ε ε= + + +K
Vật liệu σf0 (MPa) C (MPa) n Vật liệu σf0 (MPa) C(MPa) n
St38* 730 0.100 42CrMo4 420 1100 0.149
St42* 850 0.230 16MnCr5* 810 0.090
St60* 890 0.150 20MnCr5* 950 0.150
C10* 800 0.240 100Cr6* 1160 0.180
Ck10*,** 260 730 0.216 Al99.5* 110 0.240
Bảng thông số ĐƯờNG CHảY NGUộI
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 24
Ck15** 280 760 0.165 Al99.5** 60 150 0.222
Ck22** 320 760 0.157 Al99.8** 60 150 0.222
Ck35* 960 0.150 AlMgSi1** 130 260 0.197
Ck35** 340 950 0.178 AlMg3* 390 0.190
Ck45** 390 1000 0.167 CuZn10** 250 600 0.331
Cf53** 430 1140 0.170 CuZn30** 250 880 0.433
15Cr3* 850 0.090 CuZn37** 280 880 0.433
34Cr4** 410 970 0.118 CuZn40* 800 0.330
Mô hình toán học của đ−ờng cong chảy
ĐƯờNG CHảY nóng
n m
f Kσ ε ε= &Đ−ờng chảy nửa nóng:
n: số mũ húa bền
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 25
m
f Kσ ε= &Đ−ờng chảy nóng:
m: số mũ tốc độ hóa bền
Bảng thông số ĐƯờNG CHảY Nóng
Vật liệu m K (MPa) T(oC) Vật liệu m K (MPa) T(oC)
C15** 0.154 99/84 1100/1200 CuAl5** 0.163 102 800
C35** 0.144 89/72 1100/1200 Al99.5** 0.159 24 450
C45** 0.163 90/70 1100/1200 AlMn** 0.135 36 480
C60** 0.167 85/68 1100/1200 AlCuMg1** 0.122 72 450
X10Cr13** 0.091 105/88 1100/1250 AlCuMg2** 0.131 77 450
X5CrNi189** 0.094 137/116 1100/1250 AlMgSi1** 0.108 48 450
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 26
X5CrNiTi189*
*
0.176 100/74 1100/1250 AlMgMn** 0.194 70 480
E-Cu** 0.127 56 800 AlMg3** 0.091 80 450
CuZn28** 0.212 51 800 AlMg5** 0.110 102 450
CuZn37** 0.201 44 750 AlZnMgCu1,5
**
0.134 81 450
CuZn40Pb2** 0.218 35 650
CuZn20Al** 0.180 70 800
CuZn28Sn** 0.162 68 800
Ch−ơng 1. Những kiến thức cơ sở về biến dạng dẻo
1.2 Cơ học quá trình biến dạng
1.2.1 ứng suất
Nội lực và ứng suất trong vật thể
Định nghĩa ứng suất tại một điểm
ứng suất tại pháp và tiếp
P1
P2
P3P4
P5
Pn
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 27
ứng suất theo các ph−ơng
Trên một mặt phẳng
có 3 thành phần:
một ứng suất pháp và
hai ứng suất tiếp.
1.2.1 ứng suất
0
F F
d
A
0 A
ứng suất kỹ thuật và ứng suất thực
ứ ất thự
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 28
0
0
F
A
σ = FAσ =
Chú ý: trong biến
dạng dẻo ta sử
dụng ứng suất thực!
ứng suất kỹ thuật ng su c
σ τ τ
σ τ
σ
x xy xz
y yz
z
•
• •
⎛
⎝
⎜⎜⎜
⎞
⎠
⎟⎟⎟
1.2.1 ứng suất
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 29
Hệ toạ độ Đề các
1
2
3
0 0
0 0
0 0
ij
σ
σ σ
σ
⎛ ⎞⎜ ⎟= ⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠
Hệ toạ độ chínhKhi khảo sát bài toán
biến dạng dẻo ta
th−ờng sử dụng hệ
tọa độ chính.
Ten xơ ứng suất có 3 bất biến:
- Bất biến I1 là bất biến bậc nhất
I constx y z1 = + + =σ σ σ
- Bất biến I2 là bất biến bậc hai( )
1.2.1 ứng suất
Chuyển từ hệ tọa độ Đề các sang hệ tọa độ chính dựa váo các bất biến
của ten xơ ứng suất
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 30
I constx y y z z x xy yz zx2
2 2 2= − + + + + + =σ σ σ σ σ σ τ τ τ
- Bất biến I3 la bất biến bậc 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
σ1 ; σ2 ; σ3 – là nghiệm của ph−ơng trình:
1.2.2 biến dạng
Một điểm có toạ độ
ban đầu là x, y, z,
sau khi biến dạng nhỏ
có toạ độ là x’, y’, z’.
Chuyển vị của điểm
đó t−ơng ứng theo
ph−ơng x, y, z:
x’ - x = ux
’
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 31
y - y = uy
z’ - z = uz
Biến dạng dài và biến dạng góc trên mặt phẳng z
1.2.2 biến dạng
ε ∂∂
ε ∂∂
ε ∂
x
x
y
y
z
u
x
u
y
u
=
=
=
Biến dạng dài và biến dạng góc :
⎪⎪
⎪
⎪⎪
⎪⎪
⎬
⎫
∂+∂=γ
∂
∂+∂
∂=γ
∂
∂+∂
∂=γ
uu
y
u
z
u
x
u
y
u
xz
zy
yz
yx
xy
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 32
∂z z ⎪⎭∂∂ zxzx
Ten xơ biến dạng:
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 xơ tốc độ biến dạng:
1.2.2 biến dạng
Biến dạng kỹ thuật và biến dạng thực
l 0
Trạng thái
Ban đầu
F FTrạng thái
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 33
l
l
1
d l
đang biến
dạng
Trạng thái sau
biến dạng
1.2.2 biến dạng
0
01
l
ll −=ε
Biến dạng kỹ thuật (biến dạng dãn dài):
Biến dạng thực (biến dạng logarit):
1lldld
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 34
0l
n
l
=ϕ⇒=ϕ
( )ε+=ϕ 1ln
Ta có:
Chú ý: Biến dạng dẻo trong CN
GCAL là biến dạng lớn nên ta sử
dụng biến dạng thực
1.2.3 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng
Trong biến dạng đàn hồi, quan hệ giữa ứng suất và biến dạng tuân theo
đinh luật Hooke :
( )
( )
( )
E
E
E
x x y z
y y z x
z z x y
ε σ ν σ σ
ε σ ν σ σ
ε σ ν σ σ
= − +
= − +
= − +
⎫
⎬
⎪⎪⎪⎪ E - mô đun đàn hồi dọcν - hệ số Poisson
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 35
G
G
G
xy xy
yz yz
zx zx
γ τ
γ τ
γ τ
=
=
= ⎭
⎪⎪⎪⎪
2
2
2
( )E G= +2 1 ν
G - mô đun đàn hồi tr−ợt
( )
( )
⎪
⎪⎪
⎪
⎬
⎫
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ +−=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ +−=
1322
3211
2
11
2
11
σσσε
σσσε
D
D
Trong biến dạng dẻo, ta có
quan hệ giữa ứng suất và biến
dạng nh− sau:
1.2.3 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 36
( ) ⎪⎪⎭⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ +−= 2133 2
11 σσσε
D
Sự khác nhau cơ bản giữa các mô đun E và G trong biến dạng đàn hồi với mô
đun D trong biến dạng dẻo là ở chỗ E và G là hằng số đối với một vật liệu nhất
định còn D thì thay đổi trong suốt quá trình biến dạng.
Trong biến dạng đàn hồi E = tgα = const, còn trong biến dạng dẻo D = tgα’ mà
α’ thì luôn luôn thay đổi trong quá trình biến dạng.
1.2.4 Điều kiện dẻo
Là điều kiện để kim loại quá độ từ trạng thái đàn hồi sang trạng thái dẻo.
Xét tr−ờng hợp kéo một thanh tròn theo h−ớng trục. Thanh sẽ bị biến dạng dẻo
nếu nào ứng suất kéo trên tiết diện của nó đạt tới giới hạn chảy.
Tr−ờng hợp tổng quát: khi vật thể chụi tác dụng của tảI trọng bên ngoài, bên
trong vật thể xuất hiện ứng suất t−ơng đ−ơng đạt tới ứng suất chảy của vật liệu
thì vật thể này bị biến dạng dẻo.
k2kfminmax ==σ−σ
?Điều kiện dẻo Tresca-Saint Venant:
Ten xơ ứng suất trong vật thể:
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 37
1
2
3
0 0
0 0
0 0
ij
σ
σ σ
σ
⎛ ⎞⎜ ⎟= ⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠
( ) ( ) ( )σ σ σ σ σ σ1 2 2 2 3 2 3 1 2 2 22 6− + − + − = =k kf
?Điều kiện dẻo Huber-Mises:
Trong các biểu thức trên k gọi là ứng suất tiếp chảy, đ−ợc xác định trong tr−ờng
hợp cắt thuần tuý. Theo điều kiện dẻo của Tresca thì τmax = k = kf/2,
theo điều kiện dẻo của Mises thì:
k k kf f= ≈13 0 575,
1.2.4 Điều kiện dẻo
Những biểu thức riêng của điều kiện dẻo
- Trạng thái ứng suất phẳng:
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
- Trạng thái biến dạng phẳng:
zx
y
σ+σ=σ ( )σ σ τx z xz fk k− + = =
2 2 24 4*2
2
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 38
2
τ τxy yz= = 0
k2kk
3
*
ff31 ±=±=±=σ−σ
τ13 13
1
2
= ± = ± = ±k k kf f*
- Trạng thái ứng suất đối xứng trục:
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
1.2.5 Những nguyên tắc, định luật trong biến dạng dẻo
Quan hệ giữa ứng suất chảy và biến dạng thực xác định theo đ−ờng cong chảy
của vật liệu
Vật thể biến dạng tuân theo định luật dẻo, định luật thể tích không đổi, nguyên
tắc trở lực biến dạng nhỏ nhất.
Định luật thể tích không đổi
Thể tích vật thể không thay đổi
tr−ớc và sau khi biến dạng. Tổng
các thành phần biến dạng trên
đ−ờng chéo chính bằng không
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 39
V = X0.Y0.Z0 = Xn.Yn.Zn
Nguyên tắc trở lực biến dạng nhỏ nhất
Sơ đồ chảy h−ớng kính của
kim loại khi chồn
Nếu các chất điểm trong vật thể biến dạng
sẽ dịch chuyển trên ph−ơng nào có trở lực
nhỏ nhất.
Bộ môn Gia công áp lực – VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hà nôi 40
Lấy ví dụ chồn có sát và không ma sát; dập khối trên khuôn hở có vành biên.