Cắt: Cơ chế lực quan trọng trong chế biến thép và thiết kế kết cấu

Định nghĩa và khái niệm cơ bản

Lực cắt trong ngành thép đề cập đến sự biến dạng xảy ra khi vật liệu chịu lực tác dụng song song với bề mặt hoặc mặt cắt ngang, khiến các lớp vật liệu trượt so với nhau. Tính chất cơ học này đặc trưng cho phản ứng của vật liệu đối với các lực khiến các mặt phẳng liền kề trong vật liệu trượt qua nhau theo hướng ngược nhau.

Tính chất cắt là cơ bản trong việc xác định cách các thành phần thép hoạt động trong điều kiện tải phức tạp gặp phải trong các ứng dụng kết cấu, quy trình sản xuất và môi trường dịch vụ. Khả năng chống biến dạng cắt rất quan trọng để dự đoán hành vi vật liệu trong quá trình tạo hình và hiệu suất kết cấu.

Trong luyện kim, lực cắt chiếm vị trí trung tâm trong số các tính chất cơ học, bổ sung cho các hành vi kéo và nén để cung cấp sự hiểu biết đầy đủ về phản ứng của vật liệu. Nó kết nối các đặc điểm cấu trúc vi mô với hiệu suất cơ học vĩ mô và đóng vai trò là thông số chính trong việc lựa chọn vật liệu, tối ưu hóa quá trình và thiết kế cấu trúc.

Bản chất vật lý và cơ sở lý thuyết

Cơ chế vật lý

Ở cấp độ vi cấu trúc, biến dạng cắt trong thép xảy ra thông qua chuyển động của các sai lệch dọc theo các mặt trượt trong mạng tinh thể. Các sai lệch này, là các khuyết tật tuyến tính trong cấu trúc tinh thể, di chuyển khi ứng suất cắt được áp dụng vượt quá giá trị tới hạn được gọi là ứng suất cắt tới hạn đã phân giải.

Sức cản đối với chuyển động trật khớp quyết định độ bền cắt của vật liệu. Các chướng ngại vật như ranh giới hạt, chất kết tủa và các trật khớp khác cản trở chuyển động này, đòi hỏi ứng suất cao hơn để tiếp tục biến dạng. Cơ chế này giải thích tại sao thép hạt mịn thường thể hiện độ bền cắt cao hơn so với các biến thể hạt thô.

Trong thép đa tinh thể, biến dạng cắt trở nên phức tạp hơn vì nó liên quan đến nhiều hạt có định hướng tinh thể khác nhau. Phản ứng cắt tổng thể biểu thị hành vi tập thể của các hạt có định hướng khác nhau, với biến dạng tập trung dọc theo các đường yếu nhất qua cấu trúc vi mô.

Mô hình lý thuyết

Lý thuyết cổ điển về lực cắt trong kim loại dựa trên tiêu chuẩn chảy dẻo von Mises, dự đoán rằng sự chảy dẻo bắt đầu khi bất biến thứ hai của tenxơ ứng suất lệch đạt đến giá trị tới hạn. Mô hình này mô tả hiệu quả sự khởi đầu của biến dạng dẻo dưới các trạng thái ứng suất phức tạp.

Theo lịch sử, hiểu biết về lực cắt đã phát triển từ lý thuyết ứng suất cắt cực đại của Tresca vào thế kỷ 19 thành các mô hình dẻo tinh thể tinh vi hơn trong thời đại hiện đại. Tresca đề xuất rằng sự chảy dẻo xảy ra khi ứng suất cắt cực đại đạt đến giá trị tới hạn, cung cấp một cách tiếp cận đơn giản hơn nhưng kém chính xác hơn so với von Mises.

Các phương pháp tiếp cận hiện đại bao gồm mô hình phần tử hữu hạn dẻo tinh thể (CPFEM), kết hợp các hệ thống trượt tinh thể và tương tác của chúng để dự đoán hành vi cắt ở nhiều thang độ. Các mô hình động lực học lệch cung cấp các mô tả chi tiết hơn bằng cách mô phỏng chuyển động và tương tác của từng lệch.

Cơ sở khoa học vật liệu

Tính chất cắt trong thép có liên quan mật thiết đến cấu trúc tinh thể của nó, với cấu trúc lập phương tâm khối (BCC) trong ferit hoạt động khác với cấu trúc lập phương tâm mặt (FCC) trong austenit. Số lượng và hướng của hệ thống trượt có sẵn trong mỗi cấu trúc ảnh hưởng đáng kể đến phản ứng cắt.

Các ranh giới hạt đóng vai trò như rào cản đối với chuyển động trật khớp, góp phần tăng cường thông qua mối quan hệ Hall-Petch. Khi kích thước hạt giảm, diện tích ranh giới hạt tăng lên tạo ra nhiều rào cản hơn đối với chuyển động trật khớp, tăng cường khả năng chống cắt.

Thành phần và phân bố pha ảnh hưởng mạnh đến hành vi cắt, với thép đa pha thể hiện phản ứng phức tạp dựa trên đặc tính của từng pha và giao diện của chúng. Ví dụ, martensite cung cấp độ bền cắt cao nhưng độ dẻo hạn chế, trong khi ferrite cung cấp độ bền thấp hơn nhưng khả năng biến dạng cắt lớn hơn.

Biểu thức toán học và phương pháp tính toán

Công thức định nghĩa cơ bản

Định nghĩa cơ bản của ứng suất cắt ($\tau$) được thể hiện như sau:

$$\tau = \frac{F}{A}$$

Ở đâu:
- $\tau$ = ứng suất cắt (MPa hoặc psi)
- $F$ = lực tác dụng song song với diện tích mặt cắt ngang (N hoặc lbf)
- $A$ = diện tích mà lực được tác dụng (mm² hoặc in²)

Công thức tính toán liên quan

Biến dạng cắt ($\gamma$) biểu thị sự biến dạng góc và được định nghĩa như sau:

$$\gamma = \tan(\theta) \approx \theta \text{ (đối với các góc nhỏ)}$$

Trong đó $\theta$ là độ dịch chuyển góc tính bằng radian.

Mối quan hệ giữa ứng suất cắt và biến dạng cắt trong vùng đàn hồi được đưa ra bởi:

$$\tau = G\gamma$$

Trong đó $G$ là mô đun cắt (GPa hoặc psi), còn được gọi là mô đun độ cứng.

Đối với các ứng dụng xoắn, ứng suất cắt tối đa trong trục tròn được tính như sau:

$$\tau_{max} = \frac{Tr}{J}$$

Ở đâu:
- $T$ = mô men xoắn được áp dụng (N·m hoặc lbf·in)
- $r$ = khoảng cách từ trục trung hòa (mm hoặc in)
- $J$ = mômen quán tính cực (mm⁴ hoặc in⁴)

Điều kiện và giới hạn áp dụng

Các công thức này giả định vật liệu đồng nhất, đẳng hướng và chỉ có giá trị nghiêm ngặt trong chế độ biến dạng đàn hồi. Ngoài giới hạn đàn hồi, cần có các mô hình cấu thành phức tạp hơn để tính đến biến dạng dẻo.

Công thức ứng suất cắt đơn giản giả định sự phân bố ứng suất đồng đều trên mặt cắt, điều này hiếm khi đạt được trong thực tế do sự tập trung ứng suất và các yếu tố hình học. Các hệ số hiệu chỉnh thường được áp dụng trong các tính toán thực tế.

Các mô hình này thường bỏ qua các hiệu ứng tốc độ biến dạng, trở nên quan trọng trong các hoạt động tạo hình tốc độ cao hoặc điều kiện tải trọng tác động. Các hiệu ứng nhiệt độ cũng không được tính đến trong các công thức cơ bản này, đòi hỏi phải cân nhắc thêm cho các ứng dụng nhiệt độ cao.

Phương pháp đo lường và đặc tính

Thông số kỹ thuật thử nghiệm tiêu chuẩn

ASTM E143: Phương pháp thử tiêu chuẩn về mô đun cắt ở nhiệt độ phòng - Bao gồm các quy trình xác định mô đun cắt bằng thử nghiệm xoắn.

ASTM B769: Phương pháp thử tiêu chuẩn để thử cắt đinh tán nhôm và hợp kim nhôm cũng như dây và thanh hàn nguội - Cung cấp các phương pháp áp dụng cho cả đinh vít thép.

ISO 12579: Vật liệu kim loại - Thử cắt - Chỉ định phương pháp xác định cường độ cắt của vật liệu kim loại.

ASTM A370: Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn và định nghĩa cho thử nghiệm cơ học của các sản phẩm thép - Bao gồm các điều khoản về thử nghiệm cắt của nhiều sản phẩm thép khác nhau.

Thiết bị và nguyên tắc thử nghiệm

Máy thử xoắn áp dụng tải xoắn thuần túy vào mẫu hình trụ, đo mô men xoắn và độ dịch chuyển góc để xác định tính chất cắt. Các máy này thường có các ô mô men xoắn chính xác và bộ chuyển đổi độ dịch chuyển góc.

Thiết bị thử cắt trực tiếp tác dụng lực song song với mặt cắt ngang của mẫu, thường sử dụng các đồ gá chuyên dụng để đảm bảo căn chỉnh thích hợp và giảm thiểu mô men uốn. Thiết lập thử cắt kép thường được sử dụng để tạo ra trạng thái ứng suất đồng đều hơn.

Thiết bị thử nghiệm đột cắt ép một cú đột xuyên qua mẫu tấm, tạo ra trạng thái ứng suất cắt xung quanh chu vi đột. Phương pháp này đặc biệt phù hợp với các ứng dụng kim loại tấm.

Hệ thống tương quan hình ảnh kỹ thuật số tiên tiến (DIC) có thể được sử dụng cùng với thử nghiệm thông thường để lập bản đồ trường biến dạng và xác định các mẫu biến dạng cục bộ trong quá trình thử nghiệm cắt.

Yêu cầu mẫu

Các mẫu thử cắt tiêu chuẩn thường có hình dạng cụ thể tùy thuộc vào phương pháp thử. Đối với các thử nghiệm cắt trực tiếp, các mẫu hình chữ nhật có các khía được gia công chính xác là phổ biến, với các kích thước được chỉ định theo tiêu chuẩn có liên quan.

Yêu cầu chuẩn bị bề mặt bao gồm loại bỏ cặn, khử cacbon và các bất thường bề mặt khác có thể ảnh hưởng đến kết quả. Bề mặt phải không có vết gia công ở các khu vực quan trọng.

Hướng mẫu phải được kiểm soát cẩn thận so với hướng cán trong các sản phẩm rèn, vì tính dị hướng ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính cắt. Đối với các mẫu hàn, việc định vị chính xác so với mối hàn và vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt là điều cần thiết.

Thông số thử nghiệm

Các thử nghiệm tiêu chuẩn thường được tiến hành ở nhiệt độ phòng (20-25°C), mặc dù các thử nghiệm chuyên biệt có thể đánh giá hiệu suất ở nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ cực thấp để mô phỏng các điều kiện dịch vụ.

Tốc độ tải được chỉ định theo tiêu chuẩn để đảm bảo kiểm soát được các hiệu ứng tốc độ biến dạng, thường dao động từ 0,1 đến 1 mm/phút đối với thử nghiệm tĩnh gần đúng. Thử nghiệm cắt động có thể sử dụng tốc độ cao hơn nhiều.

Các điều kiện môi trường như độ ẩm và thành phần khí quyển được kiểm soát trong quá trình thử nghiệm các vật liệu nhạy cảm với môi trường hoặc khi đánh giá tác động của môi trường lên tính chất cắt.

Xử lý dữ liệu

Dữ liệu lực và chuyển dịch được thu thập liên tục trong quá trình thử nghiệm bằng cách sử dụng các cảm biến tải và bộ chuyển đổi chuyển dịch đã hiệu chuẩn. Dữ liệu thô này được chuyển đổi thành mối quan hệ ứng suất-biến dạng bằng cách sử dụng kích thước mẫu.

Phân tích thống kê thường bao gồm tính toán giá trị trung bình, độ lệch chuẩn và khoảng tin cậy từ nhiều mẫu. Thông thường, ít nhất ba đến năm mẫu được thử nghiệm để đảm bảo độ tin cậy.

Giá trị đặc tính cắt cuối cùng được xác định từ các đường cong ứng suất-biến dạng, bao gồm cường độ chịu cắt (thường ở độ lệch 0,2%), cường độ cắt cực đại và mô đun cắt trong vùng đàn hồi.

Phạm vi giá trị điển hình

Phân loại thép	Phạm vi giá trị điển hình (MPa)	Điều kiện thử nghiệm	Tiêu chuẩn tham khảo
Thép cacbon thấp (AISI 1020)	220-280	Nhiệt độ phòng, bán tĩnh	Tiêu chuẩn ASTMA370
Thép cacbon trung bình (AISI 1045)	380-450	Nhiệt độ phòng, bán tĩnh	Tiêu chuẩn ASTMA370
Thép hợp kim (AISI 4140)	550-650	Nhiệt độ phòng, đã làm nguội và tôi luyện	Tiêu chuẩn ASTMA370
Thép không gỉ (AISI 304)	480-550	Nhiệt độ phòng, ủ	Tiêu chuẩn ASTMA370

Sự khác biệt trong mỗi phân loại chủ yếu là do sự khác biệt về xử lý nhiệt, kích thước hạt và sự khác biệt nhỏ về thành phần. Hàm lượng carbon cao hơn thường làm tăng độ bền cắt nhưng làm giảm độ dẻo.

Các giá trị này đóng vai trò là hướng dẫn cho việc lựa chọn vật liệu ban đầu nhưng cần được xác minh thông qua thử nghiệm cho các ứng dụng quan trọng. Tỷ lệ giữa giới hạn chảy cắt và giới hạn chảy kéo thường nằm trong khoảng từ 0,55 đến 0,6 đối với hầu hết các loại thép.

Trong các loại thép khác nhau, độ bền cắt thường tương quan với độ bền kéo, mặc dù mối quan hệ này bị ảnh hưởng bởi cấu trúc vi mô. Thép martensitic thường có độ bền cắt cao hơn so với độ bền kéo so với các loại thép ferritic hoặc austenitic.

Phân tích ứng dụng kỹ thuật

Những cân nhắc về thiết kế

Các kỹ sư thường áp dụng các hệ số an toàn từ 1,5 đến 3,0 cho các giá trị cường độ cắt khi thiết kế các thành phần, với các hệ số cao hơn được sử dụng cho tải trọng động hoặc các ứng dụng an toàn quan trọng. Các yếu tố này tính đến sự thay đổi vật liệu, sự không chắc chắn về tải trọng và các cơ chế suy thoái tiềm ẩn.

Các điểm tập trung ứng suất cắt gần các điểm gián đoạn hình học cần được chú ý cẩn thận, thường đòi hỏi phải phân tích phần tử hữu hạn để xác định các vị trí hỏng hóc tiềm ẩn. Các chuyển tiếp dần dần và các góc bo tròn rộng rãi giúp giảm thiểu các điểm tập trung này.

Quyết định lựa chọn vật liệu cân bằng các yêu cầu về độ bền cắt so với các đặc tính khác như khả năng tạo hình, khả năng hàn và chi phí. Đối với các ứng dụng mà tải trọng cắt chiếm ưu thế, vật liệu có tỷ lệ độ bền cắt trên trọng lượng cao được ưu tiên, đặc biệt là trong các ứng dụng vận chuyển.

Các lĩnh vực ứng dụng chính

Trong kỹ thuật kết cấu, đặc tính cắt rất quan trọng đối với thiết kế dầm, đặc biệt là tại các điểm hỗ trợ nơi lực cắt là cao nhất. Các thành phần kết nối bằng thép như bu lông, đinh tán và mối hàn chủ yếu được thiết kế dựa trên khả năng chịu cắt của chúng.

Sản xuất ô tô phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính cắt để thiết kế khả năng chịu va chạm, trong đó biến dạng được kiểm soát dưới tải trọng va chạm là điều cần thiết. Hoạt động tạo hình tấm kim loại cũng phụ thuộc vào việc hiểu hành vi cắt để tránh bị rách hoặc mỏng quá mức.

Trong các ứng dụng dụng cụ cắt, đặc tính cắt của thép dụng cụ quyết định khả năng chịu được ứng suất cắt cao gặp phải trong quá trình gia công. Các dụng cụ bằng thép tốc độ cao và cacbua cần có độ bền cắt đặc biệt để duy trì tính toàn vẹn của cạnh trong quá trình cắt.

Sự đánh đổi về hiệu suất

Tăng cường độ cắt thường đi kèm với cái giá phải trả là độ dẻo và độ bền. Thép cường độ cao có thể biểu hiện biến dạng dẻo hạn chế trước khi hỏng, làm giảm khả năng hấp thụ năng lượng thông qua biến dạng.

Tính chất cắt thường xung đột với các yêu cầu về khả năng tạo hình, đặc biệt là trong các ứng dụng kim loại tấm. Vật liệu có độ bền cắt cao có thể yêu cầu lực tạo hình cao hơn và có độ đàn hồi lớn hơn.

Các kỹ sư cân bằng các yêu cầu cạnh tranh này bằng cách lựa chọn các cấu trúc vi mô phù hợp thông qua thành phần và quá trình chế biến. Ví dụ, thép hai pha cung cấp sự thỏa hiệp hiệu quả giữa độ bền và khả năng tạo hình thông qua cấu trúc vi mô giống như vật liệu tổng hợp của chúng.

Phân tích lỗi

Phá vỡ cắt thường biểu hiện dưới dạng đứt gãy sạch dọc theo các mặt phẳng có ứng suất cắt tối đa, thường ở khoảng 45° so với hướng ứng suất chính trong tải trọng do lực kéo chi phối. Chế độ phá vỡ này được đặc trưng bởi sự thắt cổ chai hoặc biến dạng dẻo tối thiểu.

Cơ chế phá hủy bắt đầu bằng sự chảy cục bộ dọc theo các mặt trượt có hướng thuận lợi, tiếp theo là sự hình thành hạt rỗng tại các tạp chất hoặc các hạt pha thứ hai. Các lỗ rỗng này phát triển và hợp nhất dưới tải trọng liên tục, cuối cùng tạo thành một vết nứt vĩ mô lan truyền nhanh chóng.

Các chiến lược giảm thiểu bao gồm thiết kế để giữ ứng suất cắt ở mức thấp hơn nhiều so với giá trị tới hạn, cải thiện độ sạch của vật liệu để giảm hàm lượng tạp chất và thực hiện kiểm soát vi cấu trúc thông qua xử lý nhiệt để tăng khả năng chống cắt.

Các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp kiểm soát

Ảnh hưởng của thành phần hóa học

Hàm lượng cacbon ảnh hưởng mạnh đến tính chất cắt, với mỗi lần tăng 0,1% thường làm tăng cường độ cắt lên 30-50 MPa. Tuy nhiên, hàm lượng cacbon quá mức làm giảm độ dẻo và có thể dẫn đến gãy giòn dưới tải cắt.

Mangan tăng cường độ bền cắt thông qua việc gia cường dung dịch rắn và bằng cách tạo thành các cacbua mịn ngăn cản chuyển động trật khớp. Việc bổ sung thông thường 0,5-1,5% mang lại khả năng gia cường đáng kể mà không bị giòn quá mức.

Các nguyên tố vi lượng như phốt pho và lưu huỳnh thường làm giảm tính chất cắt bằng cách hình thành các tạp chất giòn đóng vai trò là vị trí bắt đầu nứt. Các phương pháp sản xuất thép hiện đại giảm thiểu các nguyên tố này để cải thiện hiệu suất cắt.

Ảnh hưởng của cấu trúc vi mô

Quá trình tinh chế hạt làm tăng đáng kể độ bền cắt theo mối quan hệ Hall-Petch, trong đó độ bền tăng theo tỷ lệ nghịch với căn bậc hai của kích thước hạt. Thép hạt mịn thường có khả năng chống cắt tốt hơn so với thép hạt thô.

Phân bố pha ảnh hưởng mạnh đến hành vi cắt, với thép đa pha thể hiện phản ứng phức tạp. Martensite cung cấp độ bền cắt cao nhưng độ dẻo hạn chế, trong khi austenit giữ lại có thể tăng độ dẻo thông qua tính dẻo do biến đổi gây ra trong quá trình biến dạng.

Các tạp chất phi kim loại hoạt động như các chất tập trung ứng suất và các vị trí bắt đầu nứt dưới tải trọng cắt. Kích thước, hình thái và sự phân bố của chúng ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính cắt, trong đó các tạp chất kéo dài đặc biệt có hại khi định hướng vuông góc với mặt cắt.

Xử lý ảnh hưởng

Xử lý nhiệt ảnh hưởng sâu sắc đến tính chất cắt thông qua việc sửa đổi cấu trúc vi mô. Làm nguội và tôi luyện thường tạo ra sự kết hợp tốt nhất giữa độ bền cắt và độ dẻo dai bằng cách tạo ra các cấu trúc martensite tôi luyện.

Làm nguội làm tăng cường độ cắt thông qua quá trình làm cứng biến dạng nhưng làm giảm độ dẻo. Hiệu ứng này là dị hướng, với các đặc tính thay đổi đáng kể theo hướng so với hướng làm việc.

Tốc độ làm mát trong quá trình xử lý ảnh hưởng đến các chuyển đổi pha và các cấu trúc vi mô kết quả. Làm mát nhanh thúc đẩy các cấu trúc vi mô mịn hơn với độ bền cắt cao hơn, trong khi làm mát chậm hơn cho phép tạo ra nhiều cấu trúc cân bằng hơn với độ bền thấp hơn nhưng độ dẻo cao hơn.

Các yếu tố môi trường

Nhiệt độ cao thường làm giảm độ bền cắt và mô đun, với những tác động đáng kể thường bắt đầu ở mức trên 300°C đối với thép cacbon. Độ nhạy nhiệt độ này phải được xem xét trong các ứng dụng nhiệt độ cao.

Môi trường ăn mòn có thể làm giảm đáng kể cường độ cắt hiệu quả thông qua cơ chế nứt ăn mòn ứng suất, đặc biệt là trong thép cường độ cao trong điều kiện tải liên tục.

Tải trọng tuần hoàn có thể dẫn đến tích tụ hư hỏng do mỏi và cuối cùng là hỏng hóc ở mức ứng suất cắt thấp hơn nhiều so với cường độ cắt tĩnh. Hiệu ứng phụ thuộc vào thời gian này trở nên rõ rệt hơn ở mức ứng suất cao hơn và trong môi trường ăn mòn.

Phương pháp cải tiến

Hợp kim vi mô với các nguyên tố như vanadi, niobi và titan tăng cường tính chất cắt thông qua quá trình gia cường kết tủa và tinh chế hạt. Các nguyên tố này tạo thành các cacbua và nitrua mịn có tác dụng ngăn cản hiệu quả chuyển động trật khớp.

Xử lý nhiệt cơ kết hợp biến dạng có kiểm soát và xử lý nhiệt để tối ưu hóa cấu trúc vi mô. Cán có kiểm soát tiếp theo là làm mát nhanh có thể tạo ra các cấu trúc hạt mịn với đặc tính cắt tuyệt vời.

Các phương pháp xử lý làm cứng bề mặt như thấm cacbon hoặc thấm nitơ tạo ra các lớp cứng bề mặt có khả năng chống cắt được tăng cường trong khi vẫn duy trì được lõi cứng. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả đối với các bộ phận chịu ứng suất cắt bề mặt, chẳng hạn như bánh răng và trục.

Các điều khoản và tiêu chuẩn liên quan

Các thuật ngữ liên quan

Mô đun cắt (G) biểu thị tỷ lệ ứng suất cắt trên biến dạng cắt trong vùng đàn hồi, định lượng độ cứng của vật liệu dưới tải trọng cắt. Đây là hằng số đàn hồi cơ bản liên quan đến mô đun Young và tỷ lệ Poisson.

Độ bền xoắn mô tả khả năng chống lại lực xoắn của vật liệu, tạo ra ứng suất cắt trong các thành phần hình trụ. Điều này đặc biệt quan trọng đối với thiết kế trục và liên quan trực tiếp đến tính chất cắt.

Độ bền xuyên thủng đặc trưng cho khả năng chịu lực cắt cục bộ của vật liệu trong quá trình đột. Tính chất này rất quan trọng trong quá trình tạo hình tấm kim loại và chịu ảnh hưởng của cả độ bền cắt và độ dẻo.

Các tính chất này có mối quan hệ liên quan nhưng khác biệt, trong đó cường độ cắt biểu thị ứng suất bền vững tối đa, mô đun cắt biểu thị hành vi đàn hồi và tính chất xoắn áp dụng cụ thể cho tải xoắn.

Tiêu chuẩn chính

ASTM A1038: Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để kiểm tra độ cứng di động bằng phương pháp trở kháng tiếp xúc siêu âm bao gồm mối tương quan với các đặc tính cắt cho nhiều loại thép khác nhau.

EN 10002: Vật liệu kim loại - Thử nghiệm kéo cung cấp các tiêu chuẩn Châu Âu về thử nghiệm cơ học bổ sung cho các phương pháp thử nghiệm cắt.

JIS G 0801: Phương pháp thử cắt cho vật liệu kim loại, chi tiết về tiêu chuẩn thử nghiệm của Nhật Bản được sử dụng rộng rãi trong bối cảnh sản xuất ở Châu Á.

Các tiêu chuẩn này khác nhau chủ yếu ở hình dạng mẫu, quy trình thử nghiệm và yêu cầu báo cáo dữ liệu. Các tiêu chuẩn ASTM thường cho phép linh hoạt hơn trong các thông số thử nghiệm, trong khi các tiêu chuẩn ISO thường cung cấp các chi tiết quy trình chính xác hơn.

Xu hướng phát triển

Nghiên cứu hiện tại tập trung vào việc phát triển thép cường độ cao tiên tiến với các đặc tính cắt được tối ưu hóa thông qua kỹ thuật vi cấu trúc. Những nỗ lực này nhằm mục đích cân bằng độ bền và độ dẻo thông qua các chuyển đổi pha được kiểm soát và tinh chế hạt.

Các kỹ thuật đánh giá không phá hủy mới nổi sử dụng phương pháp siêu âm và điện từ cho thấy triển vọng đánh giá nhanh các đặc tính cắt trong môi trường sản xuất. Các công nghệ này có thể cho phép kiểm tra 100% các thành phần quan trọng.

Các phát triển trong tương lai có thể bao gồm các mô hình tính toán dự đoán hành vi cắt trên nhiều thang độ dài, từ tương tác nguyên tử đến hiệu suất cấp thành phần. Các mô hình này sẽ đẩy nhanh quá trình phát triển vật liệu và cho phép thiết kế thành phần chính xác hơn cho các ứng dụng cắt quan trọng.