Giáo trình Công nghệ gia công áp lực - Chương 1: Những kiến thức cơ sở về biến dạng dẻo - Nguyễn Đắc Trung

Nội dung text: Giáo trình Công nghệ gia công áp lực - Chương 1: Những kiến thức cơ sở về biến dạng dẻo - Nguyễn Đắc Trung

1. 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) 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 nμo đó dẫn đến sự thay đổi về hình dạng, kích th−ớc vật thể, liên kết vật liệu đ−ợc bảo toμn, đ−ợc gọi lμ biến dạng dẻo. 9 Tất cả mọi ph−ơng pháp GCAL đều dựa trên một tiền đề chung lμ thực hiện một quá trình biến dạng dẻo. 9 Vật liệu d−ới tác dụng của ngoại lực sẽ thay đổi hình dạng vμ kích th−ớc mμ không mất đi sự liên kết bền chặt của nó. 9 Khả năng biến dạng dẻo đ−ợc coi lμ một đặc tính quan trọng của kim loại. Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 1
2. Biến dạng mẫu khi thử kéo Để lμm 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 dμi cho đến khi bị kéo đứt. Trong thí nghiệm kéo với các thiết bị phù hợp ta có thể đo đ−ợc lực kéo vμ độ dãn dμit−ơng ứng, từ đó xác định ứng suất vμ biến dạng theo các mối quan hệ sau: - Vùng biến dạng đμn hồi - Vùng biến dạng đμn hồi – dẻo (trong đó biến dạng đμn hồi rất nhỏ so với biến dạng dẻo - Vùng phá huỷ Cho SV xem Video thử kéo mẫu. Đ−ờng cong ứng suất - biến dạng Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 2
3. Biến dạng đμn hồi vμ biến dạng dẻo trong tinh thể Biến dạng của vật thể lμ tổng hợp của các quá trình biến dạng trong từng hạt tinh thể vμ trên biên giới hạt ặ 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 đμn hồi Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 3
4. Biến dạng dẻo trong tinh thể Biến dạng trong đơn tinh thể có hai cơ chế chủ yếu: tr−ợt vμ đối tinh. Tr−ợt Khi mẫu đơn tinh thể bị kéo ặ 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 vμ dọc theo những ph−ơng nhất định gọi lμ mặt tr−ợt vμ ph−ơng tr−ợt. Mức độ tr−ợt th−ờng lμ 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 Hμ nôi 4
5. Mặt tr−ợt vμ ph−ơng tr−ợt lμ những mặt vμ ph−ơng có mật độ nguyên tử lớn nhất. Điều nμy cũng dễ hiểu bởi lẽ lực liên kết giữa các nguyên tử trên mặt vμ ph−ơng đó lμ lớn nhất so với những mặt vμ ph−ơng khác. Số l−ợng hệ tr−ợt cμng lớn thì khả năng xảy ra tr−ợt cμng nhiều có nghĩa lμ cμng dễ biến dạng dẻo. ặ 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. -Ph−ơng mạng không thay đổi tr−ớc vμ 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. Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 5
6. Song tinh (đối tinh) Khi ứng suất tiếp τ đạt tới một giá trị tới hạn nμo 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 lμ mặt song tinh. Song tinh cũng chỉ xảy ra trên các mặt vμ các ph−ơng xác định. Mặt song tinh Song tinh có những đặc điểm sau: - Giống nh− tr−ợt sự tạo thμnh song tinh chỉ xảy ra d−ới tác dụng của ứng suất tiếp - Khác với tr−ợt lμ 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 vμ có trị số nhỏ hơn so với khoảng cách nguyên tử. - ứng suất cần thiết để tạo thμnh 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 vμ chỉ khi các quá trình tr−ợt gặp khó khăn thì song tinh mới tạo thμnh. Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 6
7. Song tinh (đối tinh) Vì xê dịch của các nguyên tử khi tạo thμnh song tinh nhỏ nên song tinh không dẫn đến một mức độ biến dạng dẻo đáng kể trong tinh thể (chỉ vμi%). 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 toμn 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 lμ những vật liệu ròn. Đối với những kim loại mạng lục ph−ơng xếp chặt nh− Zn , Mg , Cd do số l−ợnghệtr−ợt ít nên th−ờng tạo thμnh song tinh, song ý nghĩa của song tinh đối với biến dạng dẻo không lớn mμ quan trọng hơn lμ do song tinh lμm thay đổi ph−ơng mạng nên có thể lμm xuất hiện một vμiđịnhh−ớng mới có lợi cho tr−ợt. Trong tr−ờng hợp nμy 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 nμy không lớn nên các kim loại mạng lục ph−ơng xếp chặt vẫn lμ nhữngvậtliệucótínhdẻokém. Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 7
8. 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 vμokíchth−ớc của các khuyết tật có thể chia chúng thμnh 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 3- Nguyên tử thay thế 4- Nguyên tử ngoại lai xen kẽ Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 8
9. Khuyết tật đ−ờng (lệch) Lệch xoắn Lệch biên Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 9
10. Khuyết tật mặt Biên giới hạt Khuyết tật xếp Biên giới pha Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 10
11. 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 lμm tăng tải trọng đối với dụng cụ biến dạng, đòi hỏi tiêu hao về lực vμ công biến dạng ngμycμng tăng. Vì vậy, để có thể đạt đ−ợc một mức độ biến dạng mong muốn nμođó trong nhiều tr−ờng hợp phải tiến hμnh các b−ớc nhiệt luyện trung gian nhằm giảm bớt ứng suất chảy vμ 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 vμ chất l−ợng bề mặt của sản phẩm lại kém hơn nhiều so với biến dạng nguội. Nguyên nhân của hiện t−ợng hóa bền: ắLệch không ngừng đ−ợc sinh ra, ắKhi chuyển động, lệch hoặc gặp phải ch−ớng ngại vật hoặc cắt nhau > dồn ứ lại > rừng lệch ắMuốn tiếp tục chuyển động > phải tăng ứng suất. ắtất cả những nhân tố nμo gây cản trở cho sự sản sinh vμ chuyển động của lệch đều lμ nguyên nhân dẫn đến hoá bền biến dạng. Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 11
12. 1.1.3 Các quá trình kích hoạt nhiệt Khi tăng nhiệt độ: > Tinh chất kim loại thay đổi, trở nên mềm vμ dẻo hơn. > Lực vμ 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 (1) hồi phục (1) (2) kết tinh lại (3) lớn lên của hạt (2) (3) Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 12
13. Hồi phục 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 Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 13
14. Kết tinh lại Tổ chức của thép Các bon thấp sau khi biến dạng nguội vμ sau khi ủ một giờ ở những nhiệt độ khác nhau (a) ch−a ủ (b) ủ ở 5250C (c) ủ ở 5500C (d) ủ ở 6500C Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 14
15. Nhiệt độ biến dạng Biếndạng Biếndạng nửa Biếndạng nguội núng núng •Thường thựchiện ở • Nung núng khi biếndạng • Nung núng khi biến nhiệt độ phũng •Nhiệt độ biếndạng ở dạng •Nhiệt độ biếndạng nhỏ khoảng xung quanh nhiệt •Nhiệt độ biếndạng hơn nhiệt độ kếttinhlại độ kếttinhlại cao hơn nhiệt độ kết •Lựcbiếndạng lớn, vật •Giảmlựcbiếndạng, nõng tinh lại liệubị húa bền, khả cao khả năng biếndạng •Giảm đỏng kể lực năng biếndạng dẻo dẻo, ứng suấtchảygiảm biếndạng, tớnh dẻo thấp do cú sự phụchồi, một củavậtliệucao, ứng •Vớdụ vớiThộpC: Biến phầnkếttinhlại suấtchảygiảm nhiều dạng ở Nhiệt độ phũng •Vớdụ vớiThộpC: Biến do kếttinhlại là biếndạng nguội dạng nửanúngở nhiệt độ •Vớdụ vớiThộpC: từ 650-800oC Biếndạng núng ở nhiệt độ từ 1150- 1250oC Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 15
16. Ví dụ nhiệt độ kết tinh lại của một số loại vật liệu Nhiệt độ kết Nhiệt độ kết Vậtliệu Vậtliệu tinh lại tinh lại C-Thộp 550-730oC Sn 0-40oC Al (99,9%) 290-300oC Zn 50-100oC Al hợpkim 360-400oC Mo 870oC Cu 200oC W 900-1000oC Pb -50-50oC Ni 400-600oC Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 16
17. 1.1.4 Ứng suất chảy vμ đ−ờng cong chảy Ứng suấtchảy ứng suất cần thiết (xác định trong trạng thái ứng suất đơn) lμm cho vật liệu đạt đ−ợc trạng thái dẻo hoặc duy trì ở trạng thái dẻo gọi lμ ứng suất chảy (còn gọi lμ độ bền ứ biến dạng- ký hệu lμ kf hoặc σf). ng suất chảy lμ một thông số cơ bản của vật liệu, nó phụ thuộc tr−ớc hết vμo bản thân vật liệu (thμnh phần, tổ chức, cấu trúc, ) vμ các điều kiện biến dạng (nhiệt độ, mức độ biến dạng, tốc độ biến dạng, trạng thái ứng suất). kf = f(vật liệu, nhiệt độ, mức độ biến dạng, tốc độ biến dạng, trạng thái ứng suất) Thộp C15 Đường cong suấtchảy Đ−ờng cong biểu diễn sự phụ thuộc của ứng suất chảy vμo mức độ biến dạng (hoặc tốc độ biến dạng) gọi lμ đ−ờng cong chảy hoặc đ−ờng cong hoá bền. Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 17
18. Đường cong chảy Biếndạng nguội Biếndạng núng Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 18
19. Đường chảy nguội của Đường chảy núng thộp cỏc vật liệu khỏc nhau C25 phụ thuộc vào tốc độ biến dạng Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 19
20. Sự phụ thuộc của ứng suất chảyvμo nhiệt độ, tốc độ biến dạng của thép C15 Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 20
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 Hμ nôi 21
22. Mô hình toán học của đ−ờng cong chảy ĐƯờNG CHảY NGUộI n σ f = Cε C: hệ số phụ thuộc vμo từng vật liệu Extrapolated n: số mũ hóa bền phụ thuộc vμovật liệu tress S Rupture ure T n σ f =+C()εε0 strain n σ f =+A Bε Uniform maximum Uniform Straining Necking 2 σεεf = AA01++ A 2 +K True Strain Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 22
23. Bảng thông số ĐƯờNG CHảY NGUộI 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 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 Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 23
24. Mô hình toán học của đ−ờng cong chảy ĐƯờNG CHảY nóng Đ−ờng chảy nửa nóng: nm& σ f = Kεε n: số mũ húa bền m: số mũ tốc độ hóa bền Đ−ờng chảy nóng: &m σ f = Kε Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 24
25. 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 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 Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 25
26. Ch−ơng 1. Những kiến thức cơ sở về biến dạng dẻo 1.2 Cơ học quá trình biến dạng P 1.2.1 ứng suất Pn 1 P2 Định nghĩa ứng suất tại một điểm P5 P4 P3 ứng suất tại pháp vμ tiếp Nội lực vμ ứng suất trong vật thể ứng suất theo các ph−ơng Trên một mặt phẳng có 3 thμnh phần: một ứng suất pháp vμ hai ứng suất tiếp. Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 26
27. 1.2.1 ứng suất ứng suất kỹ thuật vμ ứng suất thực A0 A F F l 0 dl ứng suất kỹ thuật ứng suất thực F F σ = σ = 0 A A0 Chú ý: trong biến dạng dẻo ta sử dụng ứng suất thực! Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 27
28. 1.2.1 ứng suất ⎛ στ τ⎞ ⎜ xxyxz⎟ ⎜ • στyyz⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ••σ z ⎠ HệtoạđộĐềcác ⎛⎞σ1 00 ⎜⎟ Khi khảo sát bμi toán Hệtoạđộchính σσ= 00 biến dạng dẻo ta ij ⎜⎟2 th−ờng sử dụng hệ tọa ⎜⎟ độ chính. ⎝⎠00σ 3 Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 28
29. 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 Ten xơ ứng suất có 3 bất biến: - Bất biến I1 lμ bất biến bậc nhất I1 =++σσxyzσ = const - Bất biến I2 lμ bất biến bậc hai 222 I2 =−()σσxy + σσ yz + σσ zx + τ xy + τ yz + τ zx = const - Bất biến I3 la bất biến bậc ba 222 Iconst3 =+σσστττστστστx y z2 xy yz zx −−−= x yz y zx z xy σ1 ; σ2 ; σ3 lμ nghiệm của ph−ơng trình: 3 2 σσ−−−=III1 23 σ 0 Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 29
30. 1.2.2 biến dạng Một điểm có toạ độ ban đầu lμ x, y, z, sau khi biến dạng nhỏ có toạ độ lμ x’, y’, z’. Chuyển vị của điểm đó t−ơng ứng theo ph−ơng x, y, z: x’ -x = ux y’ -y = uy z’ -z = uz Biến dạng dμivμ biến dạng góc trên mặt phẳng z Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 30
31. 1.2.2 biến dạng Biến dạng dμivμ biến dạng góc : ∂u x ∂u ∂u ⎫ ε = γ = x + y x ∂x xy ⎪ ∂y ∂x ⎪ ∂u y ∂u ∂u ⎪ ε = y z ⎪ y γ yz = + ⎬ ∂y ∂z ∂y ⎪ ⎪ ∂u z ∂u z ∂u x ε z = γ zx = + ⎪ ∂z ∂x ∂z ⎭⎪ Ten xơ biến dạng: Ten xơ tốc độ biến dạng: ⎛εεε⎞ ⎛εεε&&&⎞ ⎜ xx xy xz ⎟ ⎜ xx xy xz ⎟ & &&& ε ij = ⎜εεεyx yy yz ⎟ ε ij = ⎜εεεyx yy yz ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ &&&⎟ ⎝εεεzx zy zz ⎠ ⎝εεεzx zy zz ⎠ Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 31
32. 1.2.2 biến dạng Biến dạng kỹ thuật vμ biến dạng thực Trạng thái Ban đầu l 0 Trạng thái đang F F biến dạng l d l Trạng thái sau l biến dạng 1 Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 32
33. 1.2.2 biến dạng Biến dạng kỹ thuật (biến dạng dãn dμi): l − l ε = 1 0 l0 Biến dạng thực (biến dạng logarit): dl l dϕ = ⇒ ϕ = ln 1 l l0 Ta có: Chú ý: Biến dạng dẻo trong CN GCAL ϕ = ln()1 + ε lμ biến dạng lớn nên ta sử dụng biến dạng thực Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 33
34. 1.2.3 Quan hệ giữa ứng suất vμ biến dạng Trong biến dạng đμn hồi, quan hệ giữa ứng suất vμ biến dạng tuân theo đinh luật Hooke : ⎫ Eεσνσσxx=−() yz + ⎪ Eεσνσσyy=−() zx +⎪ ⎪ Eεσνσσ=− + ⎪ E - mô đun đμn hồi dọc zz() xy⎬ ν -hệsốPoisson G - mô đun đμn hồi tr−ợt 2Gγτxy= xy ⎪ ⎪ EG= 21+ ν 2Gγτyz= yz ⎪ ( ) ⎪ 2Gγτzx= zx ⎭ Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 34
35. 1.2.3 Quan hệ giữa ứng suất vμ biến dạng Trong biến dạng dẻo, ta có quan hệ giữa ứng suất vμ biến dạng nh− sau: 1 ⎡ 1 ⎤⎫ ε1 = ⎢σ1 − ()σ2 +σ3 ⎥⎪ D⎣ 2 ⎦⎪ 1 ⎡ 1 ⎤⎪ ε2 = ⎢σ2 − ()σ3 +σ1 ⎥⎬ D⎣ 2 ⎦⎪ 1 ⎡ 1 ⎤⎪ ε3 = ⎢σ3 − ()σ1 +σ2 ⎥⎪ D⎣ 2 ⎦⎭ Sự khác nhau cơ bản giữa các mô đun E vμ G trong biến dạng đμn hồi với mô đun D trong biến dạng dẻo lμ ởchỗE vμ G lμ hằng số đối với một vật liệu nhất định còn D thì thay đổi trong suốt quá trình biến dạng. Trong biến dạng đμn hồi E = tgα = const, còn trong biến dạng dẻo D = tgα’ mμ α’ thì luôn luôn thay đổi trong quá trình biến dạng. Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 35
36. 1.2.4 Điều kiện dẻo Lμ điều kiện để kim loại quá độ từ trạng thái đμn hồi sang trạng thái dẻo. Xét tr−ờng hợp kéo một thanh tròn theo h−ớng trục. Thanh sẽ bị biến dạng dẻo nếu nμo 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 ngoμi, bên trong vật thể xuất hiện ứng suất t−ơng đ−ơng đạt tới ứng suất chảy của vật liệu thì vật thể nμybị biến dạng dẻo. Điều kiện dẻo Tresca-Saint Venant: Ten xơ ứng suất trong vật thể: σ max − σ min = k f = 2k ⎛⎞σ1 00 σσ= ⎜⎟00 ij ⎜⎟2 ⎜⎟00σ ⎝⎠3 Điều kiện dẻo Huber-Mises: 2 2 2 22 (σσ12−+−+−==) ( σσ23) ( σσ31) 26kkf Trong các biểu thức trên k gọi lμ 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: 1 kk=≈0, 575 k 3 ff Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 36
37. 1.2.4 Điều kiện dẻo Những biểu thức riêng của điều kiện dẻo - Trạng thái ứng suất phẳng: σ 2 + σ 2 − σ σ + 3τ 2 = k 2 στ=== τ 0 x z x z xz f yxyyz 2 2 2 σσσσ1 +−3 13 =k f - Trạng thái biến dạng phẳng: σσ−+==2 44 τ22kk*2 σx + σz ( xz) xzf σ y = 2 2 * σ1 − σ3 = ± kf = ±kf = ±2k ττxy== yz 0 3 1 1 τ =±kkk =±* =± 13 3 ff2 - Trạng thái ứng suất đối xứng trục: ττρθ== θz 0 2 2 2 22 ()σσρθ−+−+−+=() σσ θzz( σσ ρ) 62 τ zf ρk Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 37
38. 1.2.5 Những nguyên tắc, định luật trong biến dạng dẻo Quan hệ giữa ứng suất chảy vμ 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. Thể tích vật thể không thay đổi tr−ớc Định luật thể tích không đổi vμ sau khi biến dạng. Tổng các thμnh phần biến dạng trên đ−ờng chéo chính bằng không V = X0.Y0.Z0 = Xn.Yn.Zn Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 38
39. Nguyên tắc trở lực biến dạng nhỏ nhất Nếu các chất điểm trong vật thể biến dạng sẽ dịch chuyển trên ph−ơng nμo có trở lực nhỏ nhất. Sơ đồ chảy h−ớng kính của kim loại khi chồn Lấy ví dụ chồn có sát vμ không ma sát; dập khối trên khuôn hở có vμnh biên. Bộ môn Gia công áp lực  VIệN Cơ Khí - ĐHBK Hμ nôi 39