Bài giảng Vật liệu học - Chương 8: Tính chất cơ của vật liệu - Nguyễn Văn Dũng

LOGO 1
2ü Biến dạng kéo
ü Biến dạng nén
ü Biến dạng trượt (cắt)
ü Biến dạng xoắn
3Ø Ứng suất (stress) là lực tác dụng lên một đơn vị
diện tích vật liệu (ví dụ lực kéo hoặc nén).
σ có đơn vị Pascal (Pa) hay N/m2
Area, A
Ft
Ft
Area, A
Ft
Ft
Fs
F
F
Fs
t = Fs
Ao
s = Ft
Ao
Diện tích ban đầu
trước khi tác dụng lực
4d/2
d/2
dL/2dL/2
o
o
e = d
o
hoặc
Độ biến dạng (strain) là sự thay đổi kích thước vật liệu theo phương 
tác dụng lực.
cross 
sectional 
area Ao
DL
length, Lo
F
undeformed
deformed
5Modul đàn hồi E (modul Young): trong một giới hạn nhỏ, độ biến
dạng ε tỉ lệ thuận với ứng suất tác động σ.
E có đơn vị Pa (1 GPa = 109 N/m2) DLF
Ao
= E Lo
6Vật liệu càng cứng thì E càng lớn
Kim cương có E ≈ 1200-1500
7Ø Khi tăng dần ứng suất
(kéo) lên một số vật liệu thì
độ biến dạng thay đổi qua
các giai đoạn:
1. Biến dạng đàn hồi
2. Biến dạng dẻo
3. Xuất hiện chỗ thắt
4. Đứt gãy
8Ø Biến dạng đàn hồi (elastics deformation) là biến dạng bị mất đi
sau khi bỏ tải trọng. Modul biến dạng đàn hồi E = σ/ε
F
d
bonds 
stretch
return to 
initial
Liên kết bị kéo căng ra và trở lại như ban đầu khi bỏ tải trọng.
9Ø Biến dạng dẻo (plastic deformation) là biến dạng của một vật liệu
chịu sự thay đổi hình dạng không thể đảo ngược dưới tác dụng
của một lực bên ngoài.
1: Giới hạn đàn hồi thực
2: Giới hạn tuyến tính
3: Giới hạn đàn hồi
4: Độ bền chảy dẻo tịnh tiến
10
1. Initial 2. Small load 3. Unload
F
d
linear 
elastic
linear 
elastic
dplastic
planes 
still 
sheared
F
delastic + plastic
bonds 
stretch 
& planes 
shear
dplastic
Liên kết bị kéo căng ra và các lớp
trượt lên nhau gây biến dạng, khi
bỏ tải trọng vẫn còn phần biến
dạng do trượt lên nhau.
11
ü Đồ thị quan hệ ứng suất và độ biến
dạng của kim loại cho thấy biến dạng
đàn hồi và biến dạng dẻo có một điểm
giới hạn dẻo P.
ü Độ bền dẻo (yield strength) σy được
xác định ứng với độ biến dạng εp =
0,002.
ü Độ bền dẻo σy của phần lớn vật liệu
gốm > kim loại > polymer.
12
Ø Độ bền kéo (tensile strength) TS là ứng suất σ lớn nhất mà vật
liệu có thể chịu được (điểm M). Giá trị độ bền kéo có thể từ 50
MPa (nhôm) đến 3000 Mpa (thép).
Ø Quan sát thấy tùy theo vật liệu:
ü Kim loại xuất hiện chỗ thắt
ü Gốm sứ các vết nứt lan rộng
ü Polymer mạch chính bị duỗi
thẳng
Ø Trong tính toán thiết kế
thường chọn độ bền dẻo thay
vì độ bền kéo.
13
Ø Độ bền chảy (ductility) là ứng suất kéo tại đó bắt đầu gây hư
hỏng (đứt gãy) vật liệu. Vật liệu được coi là giòn khi %EL < 5% và
là mềm khi %EL > 5%.
%EL =
L f - Lo
Lo
x100
%AR =
Ao - A f
Ao
x100
e
s
giòn, %EL<5%)
mềm,%EL>5%)
14
Độ biến dạng ε (Δl/lo)
41
2
3
5
Vùng 
đàn hồi
Vùng
hóa dẻo
Đứt gãy
Độ bền kéo
Thắt lại
Độ bền dẻo
UTSs
ys
εEσ =
12
y
ε ε
σ
E
-
=
Độ bền chảy
15
Ø Vật liệu kim cương và gốm sứ có %EL=0 cho thấy độ bền dẻo và
độ bền kéo cao nhưng lại rất giòn.
Ø Kim loại và polymer có độ bền dẻo và độ bền kéo tương đối và có
tính mềm dẻo.
Ø Độ bền dẻo và độ bền kéo luôn đồng biến
16
Ø Độ bền (toughness) được xem là năng lượng cần thiết để phá
vỡ một đơn vị thể tích của vật liệu, được đặc trưng bởi phần diện
tích bên dưới đường cong ứng suất và độ biến dạng.
Độ bền nhỏ (chất dẻo)
e
s Độ bền nhỏ (ceramics)
Độ bền lớn (kim loại)
17
Ø Độ cứng (hardness) là thước đo mức độ chống lại sự biến dạng
dẻo trên bề mặt vật liệu (một vết lõm hay trầy xướt nhỏ).
Thang Mohs Khoáng vật
1 Tan (Mg3Si4O10(OH)2)
2 Thạch cao (CaSO4•2H2O)
3 Đá canxit (CaCO3)
4 Đá fluorit (CaF2)
5 Apatit (Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-))
6 Octoclas felspat (KAlSi3O8)
7 Thạch anh (SiO2)
8 Topaz (Al2SiO4(OH-,F-)2)
9 Corundum (Al2O3)
10 Kim cương (C)
Các thang độ cứng:
Mohs
Brinell
Vickers
Knoop
Rockwell
18
Một số thiết bị đo độ cứng
19
Một số phương pháp đo độ cứng
20