BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Bùi Thị Ngọc Mai
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẤT HIẾM
ĐẾN TÍNH DẺO CAO CỦA HỢP KIM Al-Zn-Mg-Cu
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU
Hà Nội – 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Bùi Thị Ngọc Mai
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẤT HIẾM
ĐẾN TÍNH DẺO CAO CỦA HỢP KIM Al-Zn-Mg-Cu
Ngành: Kỹ thuật Vật liệu
Mã số: 9520309
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Trần Đức Huy
2. PGS.TS. Phạm Mai Khánh
Hà Nội – 2022
i
LỜI CAM ĐOAN
n án Ti thut Vt liNghiên cứu ảnh hưởng của đất
hiếm đến tính dẻo cao của hợp kim Al-Zn-Mg-Cuu và
thc hii s ng dn khoa hc ca PGS. TS. Trc Huy và PGS. TS. Phm
Mai Khánh.
Các s liu và kt qu c trình bày trong lun án này hoàn toàn trung th
tc tác gi khác công b i bt kì hình thc nào. Các thông tin trích dc
ghi rõ ngun gc.
Tôi xin chu trách nhim v nghiên cu ca mình.
Hà Ni, ngày 17 tháng 10
Giáo viên hướng dẫn Tác giả
PGS. TS. Trần Đức Huy PGS. TS. Phạm Mai Khánh Bùi Thị Ngọc Mai
ii
LỜI CẢM ƠN
Lu tiên, tôi xin bày t lòng cc và chân thành ti hai thy giáo ca
tôi là PGS. TS. Trc Huy và PGS. TS. Phm Mai Khánh ng
dn tôi trong sut thi gian thc hin lun án.
Tôi xin cng i hc Bách Khoa Hà Ni, Vin Khoa hc và K thut
vt lio mu kin thun li cho tôi trong thi gian tôi hc tp tng.
Tôi xin chân thành cy cô giáo ti B môn Vt liu và Công ngh
Vin Khoa hc và K thut Vt liu i hc Bách khoa Hà Nt tình
, tu king viên trong sut thi gian sinh hot chuyên môn ti B môn.
ng thi, tôi xin bày t lòng bi i hc
Hàng hi Vit Nam, B môn Lý thuyt thit k u kin tt nht cho tôi trong thi
gian làm nghiên cu sinh.
Cui cùng, tôi mun cình tôi, luôn bên cng viên tinh thn giúp tôi
t qua m hoàn thin lun án.
Hà Ni, ngày 17 tháng 10 m 2022
Nghiên cu sinh
Bùi Thị Ngọc Mai
iii
MỤC LỤC
MC LC ............................................................................................................. iii
DANH MC CÁC KÝ HIU VÀ CH VIT TT ............................................ v
DANH MC HÌNH .............................................................................................. vi
DANH MC BNG ............................................................................................. ix
M U ................................................................................................................ 1
TNG QUAN HP KIM H Al-Zn-Mg- DO CAO . 4
1. 1. Gii thiu chung v hp kim Al-Zn ....................................................... 4
1.1.1. n ca hp kim Al-Zn-Mg-Cu .............................. 5
1.1.2. ng ca các nguyên t có ln hp kim Al-Zn-Mg-Cu .. 7
1.1.3. ng ca tp cht ................................................................. 10
1. 2. Lý thuyt vt li do cao .......................................................... 12
1.2.1. ..................................................................................... 12
1.2.2. m ca vt li do cao .................................................. 12
1.2.3. So sánh cu trúc vt ling và vt li do cao ............... 13
1. 3. Tình hình nghiên cu v làm nh ht và nâng cao tính do hp kim Al-
Zn-Mg-Cu ............................................................................................................. 17
1.3.1. Nghiên cu c ngoài .............................................................. 17
1.3.2. Tình hình nghiên cc .................................................. 27
VT LI DO CAO VÀ S MN HOÁ HT ............ 32
bin d do cao ............................................................... 32 2. 1.
Làm nh mn ht bng cht bin tính ................................................... 38 2. 2.
Làm nh mn ht b - nhit luyn ............................................... 45 2. 3.
X lý nhit hp kim Al-Zn-Mg-Cu...................................................... 46 2. 4.
THC NGHIM ........................................................................... 49
3.1. Quy trình thí nghim ............................................................................ 49
3.1.1. Quy trình thí nghim .......................................................................... 49
ng nghiên cu ........................................................................ 49
3.2. Ch to hp kim Al-Zn-Mg-Cu ........................................................... 50
3.2.1. Quá trình nu luyn ............................................................................ 50
nhit. ....................................................... 54
3.2.3. Thí nghinh góc tht .................................................... 55
3.2.4. Chun b mu phân tích t ch ........................................ 55
3.3. n nguyên t và t chc t vi .... 56
3.3.1. ............................................... 56
iv
n t quét, ph tán x ng tia X ....... 57
u x -ray) ........................................... 58
c ht trung bình ........................................ 59
3.4. ....................................................... 60
KT QU VÀ THO LUN....................................................... 62
4. 1. Vai trò ca các pha liên kim ................................................................. 62
4. 2. S i t chc hp kim Al-Zn-Mg-Cu ........................................ 79
4.2.1. T chc t vi ca h ................................................ 79
4.2.2. T chc t vi ca hp kim sau u hóa .................................. 86
4.2.3. T chc t vi ca hp kim sau cán ..................................................... 90
4.2.4. T chc t vi ca hp kim sau kt tinh li ...................................... 93
4.2.5. T chc t vi ca hp kim sau khi th kéo ...................................... 101
4. 3. S a hp kim Al-Zn-Mg-Cu ................................. 102
KT LUN ........................................................................................................ 109
KIN NGH ....................................................................................................... 110
DANH MC CÁC CÔNG TRÌNH CA LUN ÁN ....................................... 111
TÀI LIU THAM KHO .................................................................................. 112
v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
T
nc
: Nhi nóng chy
Al: nhôm
Zn: Km
Mg: Ma-gie
ng
La: Latan
Ce: Ce-ri
TEM: Hin t truyn qua
SEM: Hin t quét
EDS: Phân tích ph nguyên t
FESEM: Hin t phân gii cao
XRD: nhiu x
t him Vit Nam
GRF: ng t do
ch rn ca nhôm
vi
DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1 Gi pha hp kim Al-Zn [1] ............................................................. 9
Hình 1. 2 T chc t vi ca hp kim Al-Zn-Mg-Cu khi ngui chm (a) và ngui
nhanh (b)[27] ............................................................................................................ 13
Hình 1. 3 T chc t vi hp kim nhôm tr.............................. 13
Hình 1. 4 Gi pha ba nguyên hp kim Al-Cu-Zn và Al-Mg-Zn [1] ............. 14
Hình 1. 5 Gi pha hp kim Al-Zn-Mg-Cu-Sc-Zr [15] ................................. 15
Hình 1. 6 T chc t vi ca hp kim khi : hp kim vng Cu < 2% (c;
e) và vng Cu > 2% (d và f)[28] ............................................................... 15
Hình 1. 7 giãn dài ca hp kim nhôm các nhi khác nhau [33] ............. 8
Hình 1. 8 S ph thuc ng sut ch ng s m
vào t bin dng ca hp kim tr do cao (1) và trng thái thông
ng (2). [4] ............................................................................................................ 5
Hình 1. 9 T chc t vi ca hp kim Al Mg 5Mg, phi
Al 5Mg 0,5Er [49] .............................................................................................. 17
Hình 1. 10 T chc t vi ca hp kim Al 4Cu, phi Al
4Cu 0,2Er [49] ....................................................................................................... 17
Hình 1. 11 nh t chc t vi (a) Al-Zn-Mg-Cu; (b) Al-Zn-Mg-Cu-0.18Zr; (c)
Al-Zn-Mg-Cu-0.18Sc; (d) Al-Zn-Mg-Cu-0.30Sc-0.18Zr [50] ................................ 18
Hình 1.12 nh SEM và phân tích ph nguyên t[50] ......................................... 18
Hình 1. 13 nh TEM ca Al
3
Zr, Al
3
Sc và Al
3
(Sc,Zr) trong hp kim nghiên cu
[50] ............................................................................................................................ 19
Hình 1. 14 T chc t vi ca hp kim nghiên cu sau khi cán nóng: (a) Al-Zn-
Mg-Cu-0.18%Sc; (b) Al-Zn-Mg-Cu-0.18%Zr; (c) Al-Zn-Mg-Cu-0.1%Sc-
0.18%Zr[50] ............................................................................................................. 19
Hình 1. 15 nh TEM ca ht Al
3
(Sc1-xZrx) nano trong khi bin d do
cao ti 500
o
C và 0.01s
-1
....................................................................... 20
Hình 1. 16 nh EBSD, TEM và SEM ca 2 h bin dng thc
khác nhau ti 500
o
C và 0.01s
-1
, hp kim Al-Zn-Mg bin dng ti phá h
[53] ............................................................................................................................ 21
Hình 1. 17 ................................................... 22
Hình 1. 18 ................................... 23
Hình 1. 19 Mu hp kim A và b sau khi bin d do cao [21] .................. 23
Hình 1. 20 Các mu thc nghim và t chc t vi [21]....................................... 24
Hình 1. 21 a. T chc ca vt lic x lí, b. T chc t vi ca vt liu nn, c
và d. T chc t vi ca vùng hàn [46] ...................................................................... 24
Hình 1. 22 nh chp SEM cho hp kim Al-7475 hóa già trong 20 phút, (a)490
o
K, (b) 520
o
K, (c) 575
o
K và (d) 620
o
K
[57] ......................................................... 25
Hình 1. 23 T chc t vi ca hp kim ti các nhi khác nhau [57] .............. 26
Hình 1. 24 th ca ng sut v bin di vi (a) h
n AA7010 [6]. ..................................... 26
Hình 1. 25 u sau th kéo [35] ....................... 27
Hình 1. 26 T chc t vi hp kim Al-Zn-Mg-c và sau bin tính [59] .... 28
Hình 1. 27 T chc t vi hp kim Al-Zn-Mg-Cu sau 2 ln x lý nhit .............. 29
Hình 1. 28 nh t chc ca silumin AlSi20 sau bin tính vng P khác
nhau[60] .................................................................................................................... 30
vii
Hình 2. 1 S phân b hi hình thái ca chúng khi bin dng
(a,b) và bin d do cao (c,d) [34] ................................................................... 32
Hình 2. 2 Mô hình Raj-Ashby v t biên ht .................................................. 33
Hình 2. 3 Mô hình thêm ht ca Dzifkins [60] ................................................... 34
Hình 2. 4 Mi v trí, th hin s i v trí các ht lin k khi
c bin d do cao [60] ............................................................................... 34
Hình 2. 6 S t t bin dng ht và quá trình bin d do cao. Y-
[60] ....................................................................................................... 35
Hình 2. 7 t biên ht Ashby - c u chnh bi dòng
khuch tán [4] ........................................................................................................... 36
Hình 2. 8 t biên ht bng khuch tán biên ht [34] ..................................... 37
Hình 2. 9 t biên ht Ball- Hutchinson [34] ..................................... 37
Hình 2. 10 Mô hình lõi và lp áo ca Gifkins [34] ............................................. 37
Hình 2. 11 Vai trò c bin d di vi hp kim MA8 (a)
-II-III [60] ........................................................................ 38
Hình 2. 12 Góc tht [61] .......................................................................... 41
Hình 2. 13 Tr t him trên th gii [68]............................................. 43
Hình 2. 14 Cu trúc mng tinh th mt s pha liên kim Al-Re [69] ................... 44
Hình 2. 15 Cu trúc tinh th ca các pha liên kim [70] ....................................... 44
Hình 2. 16 Gi trng thái ca a) Al-La và b) Al-Ce [1] ............................... 45
Hình 2. 17 Kt tinh li ca vt liu kim lon ht tinh th
................................................................................................................ 47
Hình 2. 18 Kt tinh li cng sch[17] ........................................................... 47
Hình 2. 19 Mô hình hp kim sau bin dng (a) và kt tinh li (b) [17] .............. 48
Hình 3. 1 thí nghim.................................................................................. 49
Hình 3. 2 Hp kim Al-Zn-Mg-Cu dng thi ....................................................... 50
Hình 3. 3 c ct. ............................................................... 51
Hình 3. 4 Kim loi Mg và Zn .............................................................................. 51
Hình 3. 5 t him cha 65 % La và 35 % Ce ................................................... 52
Hình 3. 6 Khuôn ch to phôi tm ....................................................................... 52
Hình 3. 7 Mui criolit .......................................................................................... 53
Hình 3. 8 Lò nhit luyn ...................................................................................... 55
Hình 3. 9 Thí nghinh góc tht ...................................................... 55
Hình 3. 10 ....................................................................................... 56
Hình 3. 11 Kính hin vi quang hc Axiovert 25A .............................................. 57
Hình 3. 12 Kính hin t quét FESEM Jeol 7600 ..................................... 58
Hình 3. 13 Mô t c ht trung bình ................... 60
Hình 3. 14 Thit b th kéo ................................................................................. 61
Hình 4. 1 T chc t vi ca các mu tr ......................................... 63
Hình 4. 2 Ph ng mu sau c tip .............. 64
Hình 4. 3 Ph ng mc tip .............. 66
Hình 4. 4 Gi nhiu x hp kim trung gian .................................................. 67
Hình 4. 5 nh SEM mu hp kim trung gian ..................................................... 68
viii
Hình 4. 6 Kt qu EDS mu hp kim trung gian ................................................ 70
Hình 4. 7 Kt qu phân tích mapping mu hp kim trung gian .......................... 70
Hình 4. 8 nh hin t và ph ng mu M3 ............................... 72
Hình 4. 9 Mô hình cu trúc Al
11
Ce
3
và -Al ....................................................... 73
Hình 4. 10 Gi nhiu x phân tích pha liên kim RE và Al ........................... 75
Hình 4. 11 Kt qu phân tích mapping mu M3 ................................................. 76
Hình 4. 12 hình thành quá trình quá ngui c ca mt phân cách
rn lng ................................................................................................................... 77
Hình 4. 13 Phân tích góc tht git kim loi lng ........................................ 79
Hình 4. 14 nh hin vi quang hc t chc t vi mu tr ....... 80
Hình 4. 15 nh hin t quét m ............................................... 81
Hình 4. 16 nh hin t và ph ng mu M3 .............................. 82
Hình 4. 17 nh hin t quét mu M3 ...................................................... 83
Hình 4. 18 Ph ng nguyên t ca mu M3 ............................................ 85
Hình 4. 19 Ph nguyên t ng quét ca mu M3 .................................... 85
Hình 4. 20 nh t chc t vi ca mu sau u hóa, x200. ...................... 86
Hình 4. 21 Gi nhiu x hp kim các ch khác nhau ........................... 87
Hình 4. 22 nh hin t quét t chc t vi mu hóa .......... 88
Hình 4. 23 B nguyên t bu có La và Ce) .. 90
Hình 4. 24 nh hin vi quang hc t chc t vi mu bin dng ......................... 91
Hình 4. 25 nh hi quét mu sau bin d ......... 92
Hình 4. 26 ng quét ph nguyên t mu sau bin d .... 93
Hình 4. 27 T chc t vi mu M3 sau khi kt tinh li 350
o
C .......................... 94
Hình 4. 28 T chc t vi mu sau kt tinh li 400
o
C ...................................... 96
Hình 4. 29 T chc t vi mu sau kt tinh li 450
o
C trong 2 gi .................... 99
Hình 4. 30 T chc t vi mu sau kt tinh li ................................................ 100
Hình 4. 31 nh t chc t vi mu sau th kéo 400
o
C ti v t ............... 101
Hình 4. 32 Mu sau cán: a) Mu M1 (không cha La, Ce); b) Mu M3 (cha La,
Ce). ......................................................................................................................... 103
Hình 4. 33 Bi giãn dài các tc kéo khác nhau ............................. 104
Hình 4. 34 Bi giãn dài các ch khác nhau ................................... 105
Hình 4. 35 Gi kéo các mu M1 và M3 khi kéo 400
o
C ......................... 106
Hình 4. 36 nh mc và sau khi kéo ......................................................... 107
ix
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1 Các pha trong hp kim Al-Zn-Mg và Al-Cu-Mg [13], [14], [16], [23]
.................................................................................................................................. 12
Bảng 1. 2 S ph thuc các giá tr i t chc khi bin dng hp
kim u kin nhi 450
0
C, t bin d
-3
c
-1
..................................... 7
Bảng 1. 3 p kim có cha Sc [6]. ................... 27
Bảng 1. 4 Kt qu a các mu ............................................................... 30
Bảng 2. 1 ..................................................... 42
Bảng 2. 2Thành pht him Vit Nam ........................................................... 43
Bảng 3. 1 Các ch mu nghiên cu ................................................................ 49
Bảng 3. 2 Thành phn hóa hc ca hp kim nghiên cu .................................... 49
Bảng 3. 3 ng cháy hao ca các nguyên t trong quá trình nu luyn ........... 50
Bảng 3. 4 Tính toán phi liu cho 7 kg sn ph l cháy hao là 3%)
.................................................................................................................................. 50
Bảng 3. 5 Thành phn phi liu cho RE trc tip ............................................... 53
Bảng 3. 6 Phi liu thành phn hp kim trung gian: .......................................... 54
Bảng 3. 7 Phi liu nu hp kim Al-Zn-Mg-Cu khi s dng hp kim trung gian
.................................................................................................................................. 54
Bảng 4. 1 Ký hiu các mu .................................................................................. 63
Bảng 4. 2 Thành phn hóa hc ca hp kim trung gian ...................................... 67
Bảng 4. 3 Hàm ng La, Ce (% khng) ..................................................... 72
Bảng 4. 4 Kt qu tính toán giá tr ca thành phn làm ngui vng Ce
khác nhau: ................................................................................................................. 78
Bảng 4. 5 Thành phn hp kim ca hai mu nghiên cu .................................... 79
Bảng 4. 6 Chiu dày ca mu bin dng không và có La, Ce ........................... 102
Bảng 4. 7 Kc mu th kéo .................................................................... 103
Bảng 4. 8 giãn dài mu th kéo u hoá (%) .......... 103
Bảng 4. 9 giãn dài mu th kéo sau các+ kt tinh li (%) ........................ 104
Bảng 4. 10 giãn dài mu th kéo (%) .......................................................... 104
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
c tính do cao ca vt li bin dng ca vt
liu u kin nhi bin d
nc
và vn tc bin dng nm trong
khong (10
-4
-10
-1
)
s
-1
giãn dài ln (t 200% tr giãn
dài ln trong khi vm b bn nên cho phép ch tc các chi tit mng,
làm gig k khng, bn riêng, tit king và gim chi
phí sn xuu kin quan trng quyn kh n dng do cao
ca vt liu là t chc ht nh mn i 10m u. Vic to ra t chc ht
nh bn l dc bi dai, vt liu khó b
phá hy giòn. Khi c ht càng nh thì t bin d xut hin
hiu ng do cao trong vt liu càng thp. Do ht nh nên có tng din tích biên
ht l kt hp vc hu góp ph do cho hp
kim nghiên cun dng nhi cao, liên kt gia các ht y
cùng vi m ht cao (s ht thích nghi vi s t cao) thì s t biên gii
ht xy ra d bin dng do c gii thích là s h tr ca
ng thi c : t xy ra các biên gii ht, s dch chuyn ca các lch
ni ht và s khuch tánt trên biên gii hc ghi nhn là s dch chuyn
ln nhau gia các ht lin k theo toàn b biên gii, chúng phát trin và
thay th các ht lân cn. S thay th n dng do cao, him
khi xut hiu king. Khi bin dng kim loi có kích
c ht l giãn dài ca mu thí nghiu, kt qu có s
kéo dài ca các ht và vì th trong mt ct ngang mu s ng ht h
gim. Trong bin dng do cao hình dng ca tng hi rt ít. Nu mt
vài ht b kéo dài thì s t nhiu so v i
ca mu kéo. Khi hình dng hi ho
th ch ca các ht lân cn, dn s ht theo chiu kéo mu và gim
trên tit din ngang, n ti m bin dng ln.
Trong s các hp kim do cao, hc ng dng rng rãi trong
công nghip ch to p ráp ô tô xe máy do tính ng di
ph bin, giá thành vt li c ch to thi
nhng hp kim do cao khác. vt lic tính dc ht
trong t chc kim loi phi nh m, thm chí mc nano. Hin có nhiu
bin pháp làm nh hn tính, x -nhit hoc kt hp c hai ph
c hp kim vc ht nh mn, hp kim s tip tc
x n dng, tip tc làm nh mn ht,
hoàn thin sn phm vi các yêu ct ra c v do l bn.
Vì vy, vic nghiên cu làm nh mn ht hp kim Al-Zn bt him Vit Nam
kt hp v u kin, thit b
ch to ra hp kim do cao cn phi có nhng nghiên cu thc
o ra vt liu mi s dng trong công nghi ch to các chi tit mng
c sn xun thoi...nhm nâng cao t l ni
o xu th ng dng hp kim do cao trong công nghip.
2
2. Mục tiêu, đối tượng và nội dung nghiên cứu
T nhng phân tích trên lut ra mc tiêu:
Xác định vai trò của đất hiếm Việt Nam (La, Ce) đến khả năng làm nhỏ mịn hạt
hợp kim Al-Zn-Mg-Cu. Chỉ ra pha liên kim được hình thành và vai trò của pha đó.
Đưa ra thông số quá trình xử lý cơ nhiệt đối với hợp kim Al-Zn-Mg-Cu để làm
nhỏ hạt và tăng độ dẻo hợp kim.
Xác định được điều kiện để thử nghiệm tính dẻo hợp kim.
Ni dung nghiên cu ca lun án:
T ng và mt ra trên ni dung nghiên cu ca lu
1. Tng quan v h hp kim Al-Zn
2. Nghiên c lý thuyt v làm nh mn ht , các ch x lý
t, và bin dng siêu do hp kim Al-Zn-Mg-Cu
3. Phân tích kt qu nghiên cu ca lun án v ng ca cht làm nh mn
ht him Vit Nam; ch x n t chc và tính cht ca hp kim
nghiên cu
3. Những đóng góp mới của luận án
a) Ý nghĩa khoa học
ác nh nh hng ca cht bin tính t him Vit Namn c tính v
do cao ca hp kim Al-Zn-Mg-Cu. Cho thc vai trò ca Ce, La trong vic
hình thành các pha liên kim có th m kt tinh d th (Al
11
Ce
3
) cho α-
Al và có th kìm hãm s thô ra ca các ht tinh th nhôm (Al
3
La), tu kin cho
quá trình kt tinh li và ng tn tính do ca hp kim.
Xác nh nh hng ca nhi và thi gian kt tinh li sau bin dng ngui
n c tính do ca hp kim Al-Zn.
b) Ý nghĩa thực tiễn
Ch to thành công mt hp kim thuc h hp kim 4 nguyên Al-Zn-Mg-Cu có
do nâng cao sau khi thc hin các bin pháp k thut hp lý, vi m
phn tham gia vào quá trình na hoá các sn phm công nghic.
c quy trình biu hóa; bin dng và kt tinh l
nâ do ca hp kim nghiên cu
Xây d c công ngh nu luyn và bin tính b t him Vit Nam
(65%La+35%Ce) ch to thành công hp kim 4 nguyên Al-Zn-Mg-Cu.
Xác c quy trình x i vi hp kim Al-Zn-Mg-Cu vi s có
mt ca Ce và La.
i quyc v tính do cao ca hp kim Al-Zn-Mg-Cu (667%).
4. Bố cục của luận án
Lun án bao gm phn m u; kt lu
Tng quan hp kim h Al-Zn-Mg-Cu do cao
Vt li do cao và s mn hoá ht
c nghim
t qu và tho lun
3
Chương 1. TỔNG QUAN HỢP KIM HỆ Al-Zn-Mg-Cu CÓ
ĐỘ DẺO CAO
1. 1. Khái quát về vật liệu có độ dẻo cao
1.1.1. Định nghĩa
Vt li do cao là vt liu khi th nghim tính vi u kin c th (t
bin dng trong khong 10
-4
- 10
-1
s
-1
và nhi bin dng
nc
giãn dài trên 200 %.
Vt liu siêu dc sn xut là mt thành công lt
liu siêu do có nhim nhnh so vi nhng kim loi truyn th
ta có th gia công ch to nhng chi tit m
dáng phc tt kim nguyên vt liu, gim khu qu s
dng ca chi tit trong quá trình s dn xut : quá trình dp, quá
trình thi kim lot c u tit kim chi phí dng ci sn
phm va bp, chính xác mang li hiu qu kinh t cao
1.1.2. Đặc điểm của vật liệu có độ dẻo cao
Vic to ra vt li do cao vi t chc ht nh bn l do
và c bi t liu khó b phá hy giòn. Khi c ht
càng nh thì t bin d xut hin hiu do cao trong
vt liu càng thp. Do ht nh nên có tng din tích biên ht l ct
m bn dng nhi cao, liên kt gia các ht
yi m ht cao (s ht thích nghi vi s t cao) thì s t
biên gii ht xy ra d t li do cao phm bc
u kin sau [4], [32], [34]:
- T chc ht nh mc ht <10-u.
- u kin nhi bin d
nc
và vn tc bin dng nm
trong khong (10
-4
- 10
-1
) s
-1
vt vt li giãn dài l
Trong s các h do cao, hc ng dng rng rãi trong
công nghip ch to do tính ng di ph bin, giá thành vt liu
c ch to th i nhng h do cao
khác.
(1.1)
: t bin dng
d : c ht
E: modun Young
p : s c ht
4
b: vector Burger
: ng sut áp dng
k: hng s Boltzman
n : s ng su i ng v
nhy cm t bin dng
T: nhi tuyi
D
0
: h s khuch tán
Q: ng ca quá trình khuch
tán hot hoá
R : hng s khí thc
quan tr quy bin dng.
Nng vng kích hot khuch tán biên h
trình trên, có th c mt s kt lun v quan h ca ng sut, t bin
dng, nhi c h
-
-
-
1.1.3. So sánh cấu trúc vật liệu thường và vật liệu độ dẻo cao
Thc t vt li do cao có tt c c tính chung ca vt liu thông
ng. S khác bit ln nht gia bin dng và bin dng do cao là:
i vi bin dng ng sut chy ph thuc mnh m vào m bin dng
và ph thui yu vào t bin di vi bin d do
c li, ng sut chy ph thuc ít vào m bin d
thuc rt ln vào t bin d vào t chc vt li do cao có th
c kh a kim loi và hi vi bin dng do mà không b
phá hu u ki nhy cm ng sut t cao. Mt trong nhng tính
cht ca vt li do cao chính là kh ng li bin dng
cao ca mu, tc là kh ng li s hình thành và phát trin nút tht trong khi
b kéo. Theo nghiên cu ca Hart [4], [33], [35] bn ca vt liu da vào s ph
thuc ca ng sut chy vào m và t bin du king nhit
(1.2)
- hng s thc nghim
n,m: tham s nh s ph thu cng vt liu vào m và tc
bin dng
i vi vt liu mà ng sut chy ít ph thuc vào t bin dng thì tham s
m gn b cng bin dnh bng công thc:
(1.3)
i vi vt li cng kém khi chu bin dng thì công thc (1.2c vit
i dng
5
(1.4)
tham s
(1.5)
S nh ca dòng chy dng các thông s trên khi n
u có t và m bin di phn còn li ca mn
ng hoá cng ca phn hp kim này xy ra do các giá tr
khác nhau ca dòng ch do cao và dòng chy dng cn
tính cht c ca hp kim u kin th nghim khác nhau. Dòng chy do
ng có kèm theo hoá cng liên tn
dng cc b và hình thành nút tht ri b phá hung thng
cong ng sut bin dng cho thng hp bin d do cao, bin dng
có th i tác dng ca ng sut thc
nh i mà không b hoá cng, thm chí có th quan sát thy s bin
mng hp này s bin dng cc b mà hình thành nút tht có th b
dng li, hoc din ra t t trong quá trình giãn dài.
Hình 1. 1 Sự phụ thuộc ứng suất chảy σ, độ giãn dài tương đối (δ) và hằng số m vào tốc độ
biến dạng của hợp kim ở trạng thái độ dẻo cao (1) và trạng thái thông thường (2). [4]
S ph thuc t cc ca vt li do cao khác rt
nhiu so vi vt ling (Hình 1.1i vi bin d do cao, ng
sut chy ph thuc mnh vào t bin dng có dng bi ng sut và logarit
ca t bin dc Hình 1.8a chia làm 3 vùng: i vi
t bin dng nh c s ph thui yu c (Hình
1.8a - vùng I) và giá tr (Hình 1.8- , s ph thuc ca
ng sut chy vào t bin dng tr
chuy d t hiu qu nht. Phm vi t bin
dnng vi vùng II có giá tr khác nhau vi các hp kim khác nhau, và nm
trong khong 10
-4
-10
-2
s
-1
. Tip t làm gim giá tr vùng 3 vi
t bin dng l i, ng sut chy m tim cn
vi giá tr a vt liu có tính dng cong biu din s
ph thu-lg c g dc chia làm 3
vùng rõ rt, mt liu khác nhau tr do cao.
Các kt qu nghiên cu thc nghim trên nhiu hp kim khác nhau cho thy hp
