Vật liệu học - Chương 7: Tính chất cơ học

TS. Hà Văn Hồng *Tháng 02.2006VẬT LIỆU HỌCTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*7.1.Tính chất cơ học của vật liệu kim loại7.2.Tính chất cơ học của vật liệu vô cơ7.3.Tính chất cơ học của vật liệu hữu cơChương 7Tính chất cơ họcTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*7.1.1.Khái niệm chung7.1.2.Giản đồ thử kéo và các giai đọan biến dạng7.1.3.Các đặc trưng cơ tính 7.1.Tính chất cơ học của vật liệu kim loạiTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Ngoại lực P VL sinh ra phản lực (Nội lực) cân bằng PỨng suất : -Ứng suất pháp  :  mặt chịu lực  Biến dạng  -Ứng suất tiếp  : // mặt chịu lực  Xê dịch  7.1.1.Khái niệm chungPPPPTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Cơ chế biến dạng abCd   B.dạng đàn hồi (H.b) : các ng.tử dịch chuyển aB.dạng dẻo (H.c) : các ng.tử dịch chuyển (a+a)B.dạng phá hủy (H.d) : các ng.tử tách khỏi nhauTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*7.1.2.Biểu đồ thử kéo và các giai đọan biến dạngPPloDiện tích : So , mm2Độ giãn dài :l = lc- lo , mmTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Biểu đồ thử kéoPbl PđhPa0Pa’eabca’’Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Biến dạng đàn hồi:  P1  Pđh  Mẫu biến dạng theo đường oe P1= 0 => Trở lại hình dạng và kích thước ban đầu Các giai đoạn biến dạngTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Biến dạng dẻo:  P2 = Pa  Mẫu biến dạng theo đường oea. P2 = 0  Mẫu thử bị co lại theo đường // oe oa’ - Biến dạng dư: dài thêm một đoạn a’a’’-B.dạng đàn hồi : mất đi khi bỏ tải trọng lựcTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Biến dạng phá hủy:  P3 = Pb  Biến dạng cục bộ (hình thành cổ thắt) => Tải trọng lực giảm đi mà biến dạng vẫn tăng theo đường bc => Mẫu bị đứt và phá hủy tại điểm CTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*7.1.3.1. Độ bền (tĩnh)7.1.3.2.Độ dẻo7.1.3.3.Độ dai va đập7.1.3.4.Độ cứng7.1.3.5.Quan hệ các đặc trưng cơ tính7.1.3.Các đặc trưng cơ tính Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*7.1.3.1. Độ bền (tĩnh)Phương pháp xác định : thử kéoỨng suất : , KG/mm2 Giới hạn đàn hồi: là ứng suất cực đại tác dụng lên mẫu mà khi bỏ tải trọng lực mẫu thử trở lại hình dạng và kích thước ban đầu. Ký hiệu: đh = Pđh / So , KG/mm2 Quy ước : 0.01-0.05 Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng* Giới hạn chảy: là ứng suất nhỏ nhất làm cho kim loại bị biến dạng dẻo (biến dạng dư.) Ký hiệu: c = Pc / So , KG/mm2 Quy ước : 0.2 Giới hạn bền: là ứng suất cực đại mà mẫu chịu đựng được trứơc khi bị phá hủy. Ký hiệu: b = Pb / So , KG/mm2Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Định nghĩa : Khả năng vật liệu thay đổi hình dáng kích thước mà không bị phá hủy khi chịu lực tác dụng bên ngoài.Phương pháp xác định : thử kéo Độ giãn dài tương đối: Độ thắt tương đối: 7.1.3.2. Độ dẻoTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*7.1.3.3. Độ dai va đậpTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Khái niệm :Là khả năng vật liệu chịu được tải trọng va đập mà không bị phả hủy.Ký hiệu: , KG.m/cm2 Ak -Công phá hủy mẫu, KG.m S-Tiết diện cắt ngang 10 x 8 tại chỗ khoét rãnh Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Khái niệm : Là khả năng vật liệu chống lại biến dạng dẻo cục bộ khi có một vật khác cứng hơn tác dụng lên bề mặt của nó.2 lọai : Độ cứng Brinen & Độ cứng Rocwel7.1.3.4. Độ cứngTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Độ cứng Brinen: DdPTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng* Ký hiệu: P-Tải trọng lực, KG S-Diện tích vết lõm có dạng chỏm cầu Đơn vị đo : KG/mm2Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng* f + Pf = 10KGhf = 10KGĐộ cứng Rocwel: Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*  Độ cứng Rocwel: Các thang đo-Thang A – Dùng mũi chóp kim cương P = 60 KG Ký hiệu: HRA -Thang B – Dùng bi thép P = 100 KG Ký hiệu: HRB -Thang C – Dùng mũi chóp kim cương P = 150 KG Ký hiệu: HRCTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Công dụng : -HB : Vật liệu mềm, kích thước lớn -HRB : Vật liệu mềm, kích thước nhỏ -HRA : Vật liệu cứng, mỏng -HRC : Vật liệu khá cứng : sau tôi, ramTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Quan hệ giữa các lọai độ cứng: -Độ cứng thấp : HB = 220 HRC = 20 -Độ cứng trung bình: HB =250 - 450 HRC = 25 – 45 -Độ cứng cao: HRC = 50 – 64 -Độ cứng rất cao: HRC > 64Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*HB  HB  , , ak ak   x . Cơ tính tổng hợp của vật liệu: HB ,  ,  ,  , akTính đàn hồi : HB ,  , , ak : không nhỏ7.1.3.5. Quan hệ các đặc trưng cơ tínhTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*7.2.1.Tính đàn hồi & Tính giòn7.2.2.Độ bền7.2.3.Độ nhớt7.2.Tính chất cơ học của vật liệu vô cơTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*7.2.1.Tính đàn hồi & Tính giònP  > đh Vật liệu bị phá huỷ =>  Biến dạng dẻo: không ( =0) Có tính giònĐịnh luật Hooke:  = E. =0 E-Mođun đàn hồi : E  0 01-Vật liệu vô cơ 2-Kim loạiĐồ thị ứng suất-Độ biến dạngTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*7.2.2.Độ bền1-Độ bền kéo: k ≈ 0 2-Độ bền nén : n cao3-Cơ chế biến dạng dẻo : theo cơ chế trượtKhuyết tật: Nút trống (Frenkel, Schotky); Tạp chất  P Khuyết tật chuyển đến b.giới hạt: bị hãn lại  Tích tụ khuyết tật  Cản trở trượt: nôi > b  Vết nứt  Phá huỷ mẫuTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Liên kết ion: ion (+)  ion (-)  P  Ion trượt đi một khỏang cách ng.tử  Ion cùng dấu đối diện nhau  Đẩy nhau Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Ceramic vô định hình : Biến dạng bằng chảy nhớt P    Ng.từ & Ion trượt dịch  Liên kết cũ: phá vỡ  L.kết mới: hình thành => Biến dạng: giống chất lỏngMô hình chảy nhớt của chất lỏng và thủy tinh lỏng7.2.3.Độ nhớtTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Độ nhớt (): P Lực xuất hiện trong lớp chuyển động (F-lực ma sát)  : Độ nhớt Đơn vị đô : Poise (p) hay Pascal.giây (Pa.s) 10P = 1Pa.S F : Lực ma sát A : Diện tích tiếp xúc của 2 lớp chất lỏng dV : Tốc độ dịch chuyển của 2 lớp chất lỏng dY : khoảng cách giữa 2 lớp chất lỏng T=Tphòng : E = max      Biến dạng : khó T > Tphòng : E      Biến dạng : dễTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*7.3.1.Biến dạng & cơ tính7.3.2.Cơ chế biến dạng của polyme7.3.Tính chất cơ học của vật liệu hữu cơTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*7.3.1.Biến dạng & Cơ tính 01-Polyme giòn2-Polyme dẻoĐồ thị ứng suất-Độ biến dạng3-Polyme đàn hồi caoTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Biến dạng = f (T) : T  E,  ;  04oCĐồ thị - của polymetylmetacrylat20oC30oC40oC50oC60oCBiến dạng = f (Vb.d) :  Vb.d  E,  ; Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng* Cơ tính: b = 1/10 b thép ;  = maxVật liệud g/cm3E103MPaMPa%PE 40-50%t.thể0.92-0.930.17-0.288.3-31100-650PE 70-80%t.thể0.95-0.971.07-1.0922-3110-1200PVC vô đ.hình1.30-1.582.4-4.141-5240-80PTFE50-70%t.thể2.14-2.200.40-0.5514-34200-400PP 50-60%t.thể0.90-0.911.14-1.5531-34100-600PS vô đ.hình1.04-1.052.28-3.2836-521.2-2.5PMMA vô đ.hình1.17-1.202.24-3.2448-762-10Bakelit1.24-1.322.8-4.834-621.5-2.0Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*7.3.2.Cơ chế biến dạng1-Polyme giòn (Bakelit)Cấu trúc: Mạng : k.gian & lưới hẹpP Mạch phân tử duổi thẳng  Mạch nhánh (l.kết cộng hóa trị): đứtVết nứtLưới Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*7.3.2.Cơ chế biến dạngTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*10.3.2.Cơ chế biến dạng 2-Pomyme dẻo :Tinh thể +Vô định hình (H.a)PVô đ.hình (Vandevan):B.dạng t.nghịch (H.b)PTấm tinh thể: trượt & quay // P (H.c)B.dạng không t.nghịchPTấm tinh thể: chia cắt  Nhóm nhỏ (H.d)PNhóm nhỏ Tách rời &sắp xếp lại: Các mảnh t.thể l.kết bằng phân tử nối mạng (H.e)  Biến dạng trượt PVết nứt Đứt mạng Phá hủyTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*a-Trước biến dạngb, c-Trướt giữa các mạchd-Phân chia các tấm tinh thểe-Sắp xếp lại t.thể+vô đ.hìnhTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*3-Polyme đàn hồi cao (Cao su tổng hợp)Cấu trúc: vô định hình  Búi hoăc lưới rộngP  Mạch phân tử duổi thẳng & //phương lực PP = 0  Mạch phân tử trở lại hình dạng ban đầuBúiLưới 