Gia công cơ khí: Định hình lại các đặc tính của thép thông qua lực tác dụng

Định nghĩa và khái niệm cơ bản

Gia công cơ học là quá trình thay đổi hình dạng, kích thước hoặc tính chất vật lý của kim loại thông qua việc áp dụng các lực cơ học. Nó bao gồm nhiều hoạt động sản xuất khác nhau làm biến dạng kim loại theo phương pháp dẻo để đạt được hình dạng mong muốn và tăng cường các tính chất cơ học. Quá trình này bao gồm việc áp dụng các ứng suất vượt quá giới hạn đàn hồi của vật liệu nhưng dưới điểm gãy của nó.

Gia công cơ khí là nền tảng của quá trình gia công thép vì nó biến đổi các cấu trúc đúc thành các sản phẩm rèn có độ bền, độ dẻo và độ dai được cải thiện. Nó đóng vai trò là mắt xích quan trọng giữa quá trình luyện thép sơ cấp và thành phẩm, cho phép sản xuất các thành phần có yêu cầu về kích thước và cơ học cụ thể.

Trong luyện kim, gia công cơ học thu hẹp khoảng cách giữa thành phần vật liệu và hiệu suất cuối cùng. Đây là một trong những phương pháp chính để kiểm soát cấu trúc vi mô và do đó, kiểm soát các tính chất cơ học của sản phẩm thép. Quá trình này bổ sung cho các phương pháp xử lý luyện kim khác như xử lý nhiệt và hợp kim để đạt được hiệu suất vật liệu tối ưu.

Bản chất vật lý và cơ sở lý thuyết

Cơ chế vật lý

Ở cấp độ vi cấu trúc, hoạt động cơ học gây ra biến dạng dẻo thông qua chuyển động của các vị trí sai lệch trong mạng tinh thể. Các vị trí sai lệch là các khuyết tật đường thẳng cho phép các mặt phẳng nguyên tử trượt qua nhau khi có ứng suất. Chuyển động này dẫn đến thay đổi hình dạng vĩnh viễn mà không bị gãy.

Quá trình này làm tăng mật độ sai lệch trong vật liệu, dẫn đến sự cứng hóa do biến dạng (làm cứng do làm việc). Khi các sai lệch nhân lên và tương tác, chúng cản trở chuyển động của nhau, đòi hỏi ứng suất cao hơn để tiếp tục biến dạng. Hiện tượng này giải thích tại sao kim loại gia công nguội trở nên cứng hơn nhưng ít dẻo hơn.

Gia công cơ học cũng phá vỡ cấu trúc dạng cây đúc, tinh chỉnh kích thước hạt và loại bỏ độ xốp. Ở nhiệt độ cao (gia công nóng), quá trình phục hồi động và kết tinh lại xảy ra đồng thời với biến dạng, cho phép tinh chỉnh liên tục cấu trúc vi mô mà không bị cứng quá mức.

Mô hình lý thuyết

Lý thuyết dẻo tạo thành nền tảng lý thuyết chính cho hoạt động cơ học. Lý thuyết này mô tả cách vật liệu biến dạng dẻo dưới tải trọng tác dụng và dự đoán dòng vật liệu trong quá trình tạo hình. Những đóng góp ban đầu đến từ Tresca (1864) và von Mises (1913), những người đã phát triển các tiêu chí về độ dẻo vẫn là nền tảng cho lý thuyết dẻo hiện đại.

Hiểu biết lịch sử phát triển từ kiến ​​thức thủ công thực nghiệm thành các nguyên lý khoa học trong Cách mạng Công nghiệp. Sự phát triển của các kỹ thuật nhiễu xạ tia X vào đầu thế kỷ 20 cho phép các nhà nghiên cứu quan sát những thay đổi về tinh thể trong quá trình biến dạng, dẫn đến lý thuyết trật khớp vào những năm 1930.

Các phương pháp tiếp cận hiện đại bao gồm các mô hình dẻo tinh thể xem xét các hướng và tương tác của từng hạt, các phương pháp phần tử hữu hạn mô phỏng các quá trình biến dạng phức tạp và các mô hình dựa trên vật lý kết hợp sự tiến hóa của cấu trúc vi mô trong quá trình biến dạng. Các phương pháp tiếp cận này cung cấp các dự đoán ngày càng chính xác về hành vi của vật liệu trong quá trình làm việc cơ học.

Cơ sở khoa học vật liệu

Quá trình gia công cơ học ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc tinh thể bằng cách đưa vào các sai lệch và các khuyết tật khác. Trong sắt lập phương tâm khối (BCC), biến dạng xảy ra chủ yếu dọc theo các mặt trượt {110}, trong khi austenit lập phương tâm mặt (FCC) biến dạng dọc theo các mặt phẳng {111}. Các sở thích về tinh thể học này ảnh hưởng đến cách các pha thép khác nhau phản ứng với quá trình gia công cơ học.

Các ranh giới hạt đóng vai trò quan trọng trong quá trình gia công cơ học. Chúng hoạt động như rào cản đối với chuyển động trật khớp, góp phần tăng cường độ. Các quy trình gia công có thể phân mảnh các hạt, tạo ra các ranh giới mới và tinh chỉnh cấu trúc vi mô tổng thể. Mối quan hệ Hall-Petch định lượng cách tinh chỉnh hạt tăng cường độ bền.

Nguyên lý khoa học vật liệu cơ bản về mối quan hệ cấu trúc-tính chất được minh họa trong hoạt động cơ học. Bằng cách thao tác cấu trúc vi mô thông qua biến dạng có kiểm soát, có thể đạt được các cấu hình tính chất cụ thể. Mối quan hệ này cho phép các kỹ sư thiết kế các quy trình làm việc cơ học tối ưu hóa hiệu suất vật liệu cho các ứng dụng cụ thể.

Biểu thức toán học và phương pháp tính toán

Công thức định nghĩa cơ bản

Biến dạng thực ($\varepsilon$) trong quá trình làm việc cơ học được định nghĩa là:

$$\varepsilon = \ln\frac{A_0}{A_f} = \ln\frac{l_f}{l_0}$$

Trong đó $A_0$ là diện tích mặt cắt ngang ban đầu, $A_f$ là diện tích cuối cùng, $l_0$ là chiều dài ban đầu và $l_f$ là chiều dài cuối cùng. Định nghĩa logarit này tính đến bản chất liên tục của biến dạng.

Công thức tính toán liên quan

Ứng suất chảy ($\sigma_f$) trong quá trình làm việc cơ học có thể được biểu thị bằng mối quan hệ theo định luật lũy thừa:

$$\sigma_f = K\varepsilon^n$$

Trong đó $K$ là hệ số cường độ và $n$ là số mũ độ cứng biến dạng. Phương trình này mô tả cách vật liệu tăng cường khi biến dạng tiến triển.

Đối với gia công nóng, tham số Zener-Hollomon ($Z$) liên quan đến tốc độ biến dạng và nhiệt độ:

$$Z = \dot{\varepsilon}\exp\left(\frac{Q}{RT}\right)$$

Trong đó $\dot{\varepsilon}$ là tốc độ biến dạng, $Q$ là năng lượng hoạt hóa cho biến dạng, $R$ là hằng số khí và $T$ là nhiệt độ tuyệt đối. Tham số này giúp dự đoán sự tiến hóa của cấu trúc vi mô trong quá trình gia công nóng.

Điều kiện và giới hạn áp dụng

Các công thức này giả định sự biến dạng đồng nhất trên toàn bộ vật liệu, điều này hiếm khi xảy ra trong các quy trình công nghiệp phức tạp. Hiệu ứng cạnh, ma sát và tính dị hướng của vật liệu tạo ra các mẫu biến dạng không đồng nhất.

Giới hạn nhiệt độ là rất quan trọng—công thức gia công nguội thường áp dụng ở nhiệt độ dưới 0,3Tm (nhiệt độ nóng chảy tính bằng Kelvin), trong khi công thức gia công nóng áp dụng ở nhiệt độ trên 0,6Tm. Phạm vi gia công ấm trung gian đòi hỏi các phương pháp tiếp cận đã được sửa đổi.

Hầu hết các mô hình đều giả định hành vi vật liệu đẳng hướng, mặc dù thép thực tế thường thể hiện tính dị hướng do lịch sử xử lý trước đó. Các mô hình tiên tiến kết hợp kết cấu tinh thể là cần thiết để dự đoán chính xác trong những trường hợp này.

Phương pháp đo lường và đặc tính

Thông số kỹ thuật thử nghiệm tiêu chuẩn

ASTM E8/E8M chuẩn hóa thử nghiệm kéo của vật liệu kim loại, cung cấp dữ liệu về độ bền, độ dẻo và hành vi làm cứng sau khi gia công cơ học.

ISO 6892-1 bao gồm thử nghiệm kéo vật liệu kim loại ở nhiệt độ phòng, với các quy trình xác định các tính chất cơ học bị ảnh hưởng bởi quy trình làm việc.

ASTM E18 chỉ định các phương pháp thử độ cứng Rockwell, thường được sử dụng để đo độ cứng tăng lên do làm việc nguội.

ASTM E112 chuẩn hóa các phương pháp đo kích thước hạt, cần thiết để định lượng độ tinh chế hạt đạt được thông qua quá trình gia công cơ học.

Thiết bị và nguyên tắc thử nghiệm

Máy kiểm tra vạn năng áp dụng lực được kiểm soát vào mẫu vật trong khi đo độ dịch chuyển, cho phép xác định mối quan hệ ứng suất-biến dạng. Cảm biến lực đo lực trong khi máy đo độ giãn dài hoặc hệ thống quang học theo dõi các thay đổi về kích thước.

Máy kiểm tra độ cứng (Rockwell, Brinell, Vickers) đo khả năng chống lại vết lõm, cung cấp đánh giá nhanh về hiệu ứng làm cứng khi làm việc. Các thiết bị này áp dụng tải trọng chuẩn thông qua các đầu ấn cụ thể và đo độ sâu thâm nhập hoặc kích thước vết lõm.

Kính hiển vi quang học và điện tử cho thấy những thay đổi về cấu trúc vi mô do hoạt động cơ học gây ra. Kính hiển vi quang học kiểm tra cấu trúc hạt sau khi khắc, trong khi kính hiển vi điện tử quét cung cấp độ phân giải cao hơn và có thể kết hợp với nhiễu xạ tán xạ ngược điện tử (EBSD) để phân tích những thay đổi về định hướng tinh thể.

Yêu cầu mẫu

Mẫu kéo tiêu chuẩn thường có chiều dài đo là 50mm với mặt cắt ngang hình chữ nhật hoặc hình tròn tương ứng. Đối với vật liệu dạng tấm, ASTM E8 chỉ định mẫu phẳng có kích thước chuẩn dựa trên độ dày vật liệu.

Chuẩn bị bề mặt đòi hỏi phải mài và đánh bóng để loại bỏ các vết gia công hoặc lớp khử cacbon bề mặt có thể ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm. Đối với kiểm tra cấu trúc vi mô, mẫu vật phải được đánh bóng đến độ bóng như gương và được khắc bằng thuốc thử thích hợp.

Mẫu vật phải đại diện cho vật liệu khối và không có bất thường trong quá trình gia công. Đối với vật liệu gia công, phải chỉ rõ hướng mẫu vật so với hướng gia công vì các đặc tính thường thay đổi theo hướng.

Thông số thử nghiệm

Kiểm tra tiêu chuẩn thường diễn ra ở nhiệt độ phòng (20-25°C) và áp suất khí quyển. Đối với vật liệu dùng cho dịch vụ nhiệt độ cao hoặc thấp, các thử nghiệm có thể được tiến hành ở nhiệt độ ứng dụng cụ thể.

Tốc độ biến dạng cho thử nghiệm kéo được chuẩn hóa, thường là 0,001-0,008 mỗi phút trong quá trình biến dạng đàn hồi và 0,05-0,5 mỗi phút trong quá trình biến dạng dẻo. Tốc độ biến dạng nhất quán là điều cần thiết vì hành vi của thép có thể nhạy cảm với tốc độ biến dạng.

Các yếu tố môi trường như độ ẩm phải được kiểm soát theo các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn. Đối với các ứng dụng chuyên biệt, có thể cần phải thử nghiệm trong các môi trường cụ thể (môi trường ăn mòn, hydro, v.v.) để đánh giá hiệu suất.

Xử lý dữ liệu

Dữ liệu lực-biến dạng từ các thử nghiệm kéo được chuyển đổi thành các đường cong ứng suất-biến dạng kỹ thuật, sau đó thành các đường cong ứng suất-biến dạng thực sự thể hiện tốt hơn hành vi vật liệu trong quá trình tạo hình. Các hệ thống thu thập dữ liệu kỹ thuật số thường ghi lại hàng nghìn điểm dữ liệu cho mỗi thử nghiệm.

Phân tích thống kê bao gồm việc thử nghiệm nhiều mẫu để thiết lập các giá trị trung bình và độ lệch chuẩn. Đối với các ứng dụng quan trọng, các phương pháp thống kê Weibull có thể được áp dụng để mô tả tính biến thiên và thiết lập các giá trị thiết kế cho phép.

Số mũ làm cứng được tính toán từ độ dốc của biểu đồ ứng suất log-true so với biểu đồ biến dạng log-true. Tỷ lệ dị hướng (giá trị r) được xác định bằng cách đo độ biến dạng chiều rộng và độ dày trong quá trình thử kéo theo các hướng khác nhau so với hướng làm việc.

Phạm vi giá trị điển hình

Phân loại thép	Phạm vi giá trị điển hình (Giảm diện tích)	Điều kiện thử nghiệm	Tiêu chuẩn tham khảo
Thép cacbon thấp (1018)	Giảm lạnh 40-60%	Cán nguội, nhiệt độ phòng	Tiêu chuẩn ASTM A1011
Thép Cacbon Trung Bình (1045)	Giảm lạnh 30-45%	Cán nguội, nhiệt độ phòng	Tiêu chuẩn ASTMA510
Thép không gỉ Austenitic (304)	Giảm nhiệt 60-80%	Cán nóng, 1000-1200°C	Tiêu chuẩn ASTMA240
Hợp kim thấp cường độ cao	Giảm tổng cộng 50-70%	Xử lý nhiệt cơ, 800-900°C	Tiêu chuẩn ASTMA572

Sự khác biệt trong mỗi phân loại bắt nguồn từ sự khác biệt về cấu trúc vi mô ban đầu, thành phần hóa học chính xác và lịch sử xử lý. Hàm lượng carbon cao hơn thường làm giảm khả năng gia công, trong khi các nguyên tố như lưu huỳnh và phốt pho có thể gây ra độ giòn nóng hoặc độ giòn lạnh tương ứng.

Các giá trị này hướng dẫn thiết kế quy trình nhưng cần điều chỉnh dựa trên khả năng thiết bị cụ thể và yêu cầu sản phẩm. Mức giảm tối đa một lần thường thấp hơn tổng mức giảm có thể đạt được, đòi hỏi nhiều bước xử lý để có những thay đổi hình dạng đáng kể.

Mối quan hệ giữa sự giảm và thay đổi tính chất là không tuyến tính—sự giảm ban đầu gây ra sự thay đổi tính chất nhanh chóng, trong khi làm việc thêm mang lại lợi nhuận giảm dần. Mẫu này ảnh hưởng đến các chiến lược tối ưu hóa quy trình.

Phân tích ứng dụng kỹ thuật

Những cân nhắc về thiết kế

Các kỹ sư phải tính đến ứng suất dư do gia công cơ học gây ra, có thể ảnh hưởng đến độ ổn định kích thước và hiệu suất chịu mỏi. Có thể cần xử lý giảm ứng suất cho các thành phần chính xác.

Hệ số an toàn cho vật liệu gia công thường nằm trong khoảng từ 1,5-2,5 tùy thuộc vào mức độ quan trọng của ứng dụng. Các yếu tố này bù đắp cho sự thay đổi của vật liệu, các khiếm khuyết vi cấu trúc tiềm ẩn và sự không chắc chắn trong điều kiện tải.

Quyết định lựa chọn vật liệu cân bằng giữa khả năng gia công với các yêu cầu về tính chất cuối cùng. Thép hợp kim cao có thể cung cấp các tính chất dịch vụ vượt trội nhưng lại đặt ra những thách thức trong quá trình gia công làm tăng chi phí sản xuất và hạn chế hình dạng có thể đạt được.

Các lĩnh vực ứng dụng chính

Sản xuất ô tô phụ thuộc rất nhiều vào các quy trình làm việc cơ khí như dập, kéo và cán để sản xuất các tấm thân xe, các thành phần cấu trúc và các bộ phận khung gầm. Các ứng dụng này đòi hỏi khả năng định hình tuyệt vời trong khi vẫn duy trì độ bền cho hiệu suất va chạm.

Các ứng dụng xây dựng và cơ sở hạ tầng sử dụng các hình dạng kết cấu cán nóng và cán nguội. Các thành phần này yêu cầu các đặc tính cơ học nhất quán trên toàn bộ mặt cắt ngang lớn và khả năng hàn tốt để lắp ráp tại hiện trường.

Các ứng dụng hàng không vũ trụ sử dụng các quy trình làm việc cơ học chuyên biệt như rèn đẳng nhiệt và tạo hình siêu dẻo cho các thành phần quan trọng. Các ứng dụng hiệu suất cao này đòi hỏi tính nhất quán về đặc tính và cấu trúc vi mô không có khuyết tật.

Đánh đổi hiệu suất

Độ bền và độ dẻo thường biểu hiện mối quan hệ nghịch đảo trong quá trình gia công cơ học. Gia công nguội làm tăng độ bền nhưng làm giảm độ dẻo, đòi hỏi phải kiểm soát quy trình cẩn thận để đạt được các đặc tính cân bằng.

Khả năng định hình so với độ bền cuối cùng là một sự đánh đổi khác. Vật liệu có đặc tính định hình tuyệt vời thường có độ bền ban đầu thấp hơn, đòi hỏi các quy trình gia cường thứ cấp như xử lý nhiệt hoặc làm cứng biến dạng.

Các kỹ sư cân bằng các yêu cầu cạnh tranh này thông qua trình tự quy trình—kết hợp biến dạng và xử lý nhiệt để đạt được sự kết hợp tính chất tối ưu. Xử lý nhiệt cơ học hiện đại minh họa cho cách tiếp cận này, kiểm soát biến dạng và chuyển đổi đồng thời.

Phân tích lỗi

Sự kiệt sức do làm việc cứng dẫn đến hiện tượng thắt nút cục bộ và hỏng sớm trong quá trình tạo hình. Hiện tượng này xảy ra khi vật liệu đạt đến khả năng làm cứng biến dạng tối đa và không thể phân phối biến dạng đồng đều.

Cơ chế hỏng hóc thường tiến triển từ sự mỏng cục bộ đến sự hình thành lỗ rỗng tại các tạp chất hoặc các hạt pha thứ hai, sau đó là sự hợp nhất lỗ rỗng và gãy. Kiểm tra bằng kính hiển vi các thành phần hỏng hóc cho thấy bề mặt gãy có vết lõm đặc trưng.

Các chiến lược giảm thiểu bao gồm các bước ủ trung gian để khôi phục độ dẻo, tối ưu hóa đường dẫn ứng suất để phân bổ biến dạng đồng đều hơn và cải thiện độ sạch của thép để giảm sự hình thành lỗ rỗng do tạp chất gây ra.

Các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp kiểm soát

Ảnh hưởng của thành phần hóa học

Hàm lượng carbon ảnh hưởng đáng kể đến khả năng gia công—carbon cao hơn làm giảm độ dẻo và tăng độ bền, khiến biến dạng khó khăn hơn. Hầu hết các hoạt động tạo hình đều thích hàm lượng carbon dưới 0,25% để xử lý tối ưu.

Các nguyên tố vết như lưu huỳnh và phốt pho làm giảm nghiêm trọng khả năng gia công nóng bằng cách tạo thành các pha ranh giới hạt có điểm nóng chảy thấp. Quá trình sản xuất thép hiện đại kiểm soát các nguyên tố này ở mức rất thấp (thường là <0,02%) để đảm bảo khả năng gia công tốt.

Tối ưu hóa thành phần thường bao gồm hợp kim hóa vi mô với các nguyên tố như niobi, titan và vanadi. Các nguyên tố này tạo thành các chất kết tủa mịn kiểm soát sự phát triển của hạt trong quá trình gia công nóng, cho phép gia cường tinh chế hạt mà không làm giảm khả năng tạo hình.

Ảnh hưởng của cấu trúc vi mô

Kích thước hạt ban đầu mịn hơn thường cải thiện khả năng gia công bằng cách phân phối biến dạng đồng đều hơn. Tuy nhiên, hạt rất mịn có thể đẩy nhanh quá trình làm cứng, có khả năng hạn chế tổng biến dạng có thể đạt được trong quá trình gia công nguội.

Phân bố pha ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động cơ học—các cấu trúc vi mô ferritic-pearlitic thể hiện hành vi chảy khác với các cấu trúc martensitic hoặc bainit. Thép hai pha tận dụng sự khác biệt này để đạt được sự kết hợp tuyệt vời giữa độ bền và khả năng tạo hình.

Các tạp chất và khuyết tật đóng vai trò là chất tập trung ứng suất trong quá trình biến dạng, có khả năng gây nứt hoặc hỏng sớm. Các tạp chất phi kim loại có tỷ lệ khía cạnh cao đặc biệt có hại, tạo ra các đặc tính cơ học dị hướng.

Xử lý ảnh hưởng

Xử lý nhiệt trước khi gia công cơ học thiết lập cấu trúc vi mô ban đầu và tác động đáng kể đến khả năng gia công. Xử lý ủ tạo ra cacbua hình cầu cải thiện khả năng gia công nguội của thép cacbon trung bình và cao.

Bản thân các quá trình gia công cơ học ảnh hưởng đến khả năng gia công sau này. Cán nguội tạo ra tính dị hướng thông qua sự phát triển kết cấu tinh thể, ảnh hưởng đến khả năng tạo hình theo các hướng khác nhau so với hướng cán.

Tốc độ làm mát trong quá trình gia công nóng ảnh hưởng đến quá trình biến đổi pha và phản ứng kết tủa. Làm mát có kiểm soát cho phép tăng cường kết tủa mà không làm cứng quá mức, tối ưu hóa cả quá trình xử lý và tính chất cuối cùng.

Các yếu tố môi trường

Nhiệt độ ảnh hưởng đáng kể đến ứng suất chảy—gia công nóng ở 0,7-0,8Tm thường chỉ cần 10-20% lực cần thiết cho gia công nguội. Tuy nhiên, nhiệt độ cao làm tăng tốc quá trình oxy hóa và khử cacbon, đòi hỏi phải có bầu khí quyển bảo vệ hoặc hợp kim chống cáu cặn.

Độ ẩm và môi trường ăn mòn có thể gây ra hiện tượng giòn do hydro hoặc nứt do ăn mòn ứng suất ở các bộ phận gia công chịu ứng suất. Có thể cần xử lý bề mặt hoặc kiểm soát môi trường trong quá trình gia công hợp kim dễ bị ảnh hưởng.

Các hiệu ứng phụ thuộc thời gian bao gồm lão hóa biến dạng, trong đó các nguyên tử xen kẽ di chuyển đến các vị trí sai lệch sau khi biến dạng, gây ra độ bền tăng và độ dẻo giảm. Hiện tượng này có thể gây ra vấn đề trong các hoạt động tạo hình có độ trễ giữa các bước quy trình.

Phương pháp cải tiến

Xử lý nhiệt cơ kết hợp biến dạng có kiểm soát và chuyển đổi pha để tối ưu hóa cấu trúc vi mô. Các kỹ thuật như cán có kiểm soát với làm mát tăng tốc tạo ra các cấu trúc vi mô hạt mịn với sự kết hợp độ bền-độ dai tuyệt vời.

Các quá trình biến dạng dẻo nghiêm trọng như ép góc kênh bằng nhau (ECAP) và xoắn áp suất cao tạo ra các cấu trúc hạt siêu mịn với các đặc tính cơ học đặc biệt. Các kỹ thuật này áp dụng các biến dạng cực độ mà không làm thay đổi kích thước phôi.

Các phương pháp thiết kế như phôi tùy chỉnh và xử lý nhiệt khác biệt tạo ra các thành phần có đặc tính riêng theo vị trí. Các phương pháp này tối ưu hóa hiệu suất bằng cách đặt các vùng được gia công nhiều, mạnh hơn ở nơi cần thiết trong khi vẫn duy trì độ dẻo ở nơi khác.

Các điều khoản và tiêu chuẩn liên quan

Các thuật ngữ liên quan

Làm cứng bằng cách làm việc (làm cứng bằng cách biến dạng) đề cập đến sự gia tăng độ bền do biến dạng dẻo ở nhiệt độ dưới mức kết tinh lại. Hiện tượng này là kết quả trực tiếp của sự nhân lên và tương tác của sự sai lệch trong quá trình làm việc cơ học.

Tính dị hướng mô tả sự phụ thuộc theo hướng của các tính chất trong vật liệu gia công. Các quy trình gia công cơ học thường tạo ra các hướng tinh thể ưa thích (kết cấu) gây ra các phản ứng cơ học khác nhau tùy thuộc vào hướng tải.

Kết tinh lại là quá trình hình thành các hạt mới, không bị biến dạng trong hoặc sau khi biến dạng ở nhiệt độ cao. Quá trình này là cơ bản đối với các hoạt động gia công nóng và xử lý ủ giúp phục hồi độ dẻo sau khi gia công nguội.

Tiêu chuẩn chính

ASTM A1011/A1011M bao gồm thép tấm và thép dải cacbon cán nóng và cán nguội, quy định thành phần hóa học, tính chất cơ học và dung sai kích thước cho các sản phẩm được sản xuất thông qua quá trình gia công cơ khí.

EN 10025 cung cấp các thông số kỹ thuật của Châu Âu cho các sản phẩm thép kết cấu cán nóng, bao gồm các yêu cầu về tính chất và phương pháp thử nghiệm cho nhiều loại thép khác nhau được sản xuất thông qua các quy trình gia công cơ học được kiểm soát.

JIS G3141 thiết lập các tiêu chuẩn của Nhật Bản cho thép tấm và thép dải cacbon cán nguội, nêu chi tiết các yêu cầu đối với các sản phẩm phẳng gia công cơ học có đặc tính tạo hình cụ thể.

Xu hướng phát triển

Sự phát triển của thép cường độ cao tiên tiến (AHSS) tập trung vào việc tối ưu hóa các trình tự làm việc cơ học để tạo ra các cấu trúc vi mô đa pha phức tạp. Những vật liệu này đạt được sự kết hợp chưa từng có về độ bền và khả năng tạo hình thông qua biến dạng và chuyển đổi được kiểm soát chính xác.

Công nghệ song sinh kỹ thuật số đang nổi lên cho các quy trình làm việc cơ khí, tạo ra các mô hình ảo mô phỏng và dự đoán hành vi vật liệu trong quá trình tạo hình. Các mô hình này kết hợp sự tiến hóa của cấu trúc vi mô để tối ưu hóa các thông số quy trình theo thời gian thực.

Sản xuất bồi đắp kết hợp với gia công cơ khí là một phương pháp kết hợp đang được chú ý. Các phôi in 3D sau đó được cải tiến thông qua rèn hoặc cán kết hợp tính tự do về hình học với các đặc tính vật liệu rèn, có khả năng cách mạng hóa sản xuất linh kiện.