Độ giòn của thép: Nguyên nhân, cách phòng ngừa và ý nghĩa về mặt kết cấu

Định nghĩa và khái niệm cơ bản

Độ giòn là một tính chất cơ học đặc trưng cho xu hướng gãy của vật liệu mà không bị biến dạng dẻo đáng kể khi chịu ứng suất. Nó thể hiện tính đối lập với độ dẻo và mô tả vật liệu bị gãy đột ngột, thường là với ít hoặc không có cảnh báo, khi lực vượt quá sức bền tối đa của chúng.

Độ giòn là một cân nhắc quan trọng khi lựa chọn vật liệu cho các ứng dụng kỹ thuật, đặc biệt là trong các thành phần kết cấu mà sự hỏng hóc đột ngột có thể dẫn đến hậu quả thảm khốc. Tính chất này quyết định cách vật liệu phản ứng với tải trọng va đập, biến động nhiệt độ và tập trung ứng suất.

Trong luyện kim, độ giòn chiếm vị trí trung tâm trong việc hiểu hành vi vật liệu trong nhiều điều kiện sử dụng khác nhau. Nó đại diện cho một đầu của phổ dẻo-giòn giúp các kỹ sư phân loại vật liệu và dự đoán hiệu suất của chúng dưới tải trọng cơ học. Hành vi giòn trong thép có thể là vốn có trong cấu trúc vật liệu hoặc do các yếu tố môi trường, phương pháp xử lý hoặc điều kiện sử dụng gây ra.

Bản chất vật lý và cơ sở lý thuyết

Cơ chế vật lý

Ở cấp độ vi cấu trúc, độ giòn biểu hiện là vật liệu không có khả năng thích ứng với ứng suất thông qua chuyển động trật khớp và biến dạng dẻo. Khi tác dụng lực bên ngoài, các liên kết nguyên tử trong vật liệu giòn bị phá vỡ trực tiếp thay vì cho phép các nguyên tử trượt qua nhau.

Cơ chế vi mô liên quan đến sự lan truyền vết nứt qua vật liệu với sự hấp thụ năng lượng tối thiểu. Trong thép giòn, vết nứt có thể di chuyển nhanh dọc theo ranh giới hạt hoặc qua mạng tinh thể với ít sức cản, dẫn đến hỏng hóc thảm khốc. Hành vi này trái ngược với vật liệu dẻo, nơi năng lượng được hấp thụ thông qua biến dạng dẻo trước khi xảy ra gãy.

Độ giòn thường là kết quả của tính di động của sự sai lệch bị hạn chế trong cấu trúc tinh thể. Các yếu tố như liên kết nguyên tử mạnh, cấu trúc tinh thể phức tạp hoặc các đặc điểm cấu trúc vi mô cản trở chuyển động sai lệch góp phần vào hành vi giòn trong thép.

Mô hình lý thuyết

Lý thuyết Griffith về gãy giòn, do AA Griffith phát triển năm 1921, cung cấp nền tảng lý thuyết chính. Mô hình này đề xuất rằng gãy xảy ra khi năng lượng giải phóng do sự phát triển vết nứt vượt quá năng lượng cần thiết để tạo ra bề mặt mới, được thể hiện dưới dạng hệ số cường độ ứng suất tới hạn.

Hiểu biết lịch sử phát triển từ công trình ban đầu của Griffith về thủy tinh đến những sửa đổi của Irwin và Orowan, những người đã kết hợp năng lượng biến dạng dẻo vào mô hình để thể hiện tốt hơn kim loại. Phương pháp tiếp cận cơ học gãy đàn hồi tuyến tính (LEFM) nổi lên như một ứng dụng thực tế của các lý thuyết này.

Các phương pháp tiếp cận lý thuyết thay thế bao gồm mô hình vùng kết dính, tập trung vào vùng quá trình trước đầu vết nứt và phương pháp tích phân J, mở rộng cơ học gãy xương sang vật liệu đàn hồi-dẻo. Mỗi mô hình cung cấp những hiểu biết khác nhau về hành vi giòn dưới các điều kiện tải khác nhau.

Cơ sở khoa học vật liệu

Cấu trúc tinh thể ảnh hưởng đáng kể đến độ giòn, với các cấu trúc lập phương tâm khối (BCC) như trong thép ferritic thường biểu hiện hành vi giòn hơn so với các cấu trúc lập phương tâm mặt (FCC). Các ranh giới hạt thường đóng vai trò là điểm yếu nơi các vết nứt có thể bắt đầu và lan truyền trong các vật liệu giòn.

Cấu trúc vi mô của thép ảnh hưởng trực tiếp đến hành vi giòn-dẻo của nó. Cấu trúc hạt thô, kết tủa ở ranh giới hạt và một số pha như martensite hoặc cementite có thể làm tăng độ giòn. Ngược lại, cấu trúc hạt mịn với phân bố pha đồng nhất thường cải thiện độ dẻo.

Tính giòn kết nối với các nguyên lý khoa học vật liệu cơ bản bao gồm lý thuyết trật khớp, cơ chế tăng cường ranh giới hạt và động học chuyển pha. Sự cạnh tranh giữa quá trình lan truyền vết nứt và quá trình biến dạng dẻo quyết định xem vật liệu có hoạt động theo cách giòn hay dẻo.

Biểu thức toán học và phương pháp tính toán

Công thức định nghĩa cơ bản

Độ giòn của vật liệu có thể được định lượng bằng cách sử dụng chỉ số giòn ($B_i$):

$$B_i = \frac{H}{K_{IC}} $$

Trong đó $H$ biểu thị độ cứng (thường tính bằng GPa) và $K_{IC}$ là độ dẻo dai khi gãy (tính bằng MPa·m$^{1/2}$). Các giá trị cao hơn biểu thị độ giòn lớn hơn.

Công thức tính toán liên quan

Nhiệt độ chuyển tiếp từ dẻo sang giòn (DBTT) có thể được ước tính bằng cách sử dụng mối quan hệ thực nghiệm sau đây đối với thép hợp kim thấp:

$$DBTT (°C) = 75 - 11,5 \cdot (\text{kích thước hạt})^{-1/2} + 2,2 \cdot \text{Mn\%} + 14,3 \cdot \text{Si\%} + 3000 \cdot \text{N\%} $$

Trong đó kích thước hạt được đo bằng số ASTM và phần trăm nguyên tố được đo theo trọng lượng.

Hệ số cường độ ứng suất quan trọng đối với gãy giòn được tính như sau:

$$K_{IC} = Y\sigma\sqrt{\pi a}$$

Trong đó $Y$ là hệ số hình học, $\sigma$ là ứng suất được áp dụng và $a$ là chiều dài vết nứt.

Điều kiện và giới hạn áp dụng

Các công thức này thường có giá trị đối với vật liệu đồng nhất trong điều kiện tải gần như tĩnh. Tải động có thể yêu cầu các phương pháp tiếp cận được sửa đổi để tính đến các hiệu ứng tốc độ biến dạng.

Chỉ số giòn có những hạn chế khi so sánh các vật liệu có cấu trúc vi mô khác biệt đáng kể hoặc khi các yếu tố môi trường ảnh hưởng mạnh đến hành vi gãy. Hiệu ứng nhiệt độ không được đưa trực tiếp vào công thức cơ bản.

Các mô hình toán học này giả định các lỗi hoặc vết nứt đã tồn tại từ trước và có thể không dự đoán chính xác hành vi trong các vật liệu không có lỗi. Ngoài ra, chúng thường giả định hành vi đàn hồi tuyến tính cho đến điểm gãy.

Phương pháp đo lường và đặc tính

Thông số kỹ thuật thử nghiệm tiêu chuẩn

• ASTM E23: Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn cho thử nghiệm va đập thanh khía của vật liệu kim loại
• ASTM E1820: Phương pháp thử tiêu chuẩn để đo độ bền gãy
• ISO 148-1: Vật liệu kim loại - Thử nghiệm va đập con lắc Charpy
• ASTM E399: Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn cho độ bền gãy đàn hồi tuyến tính của vật liệu kim loại

Mỗi tiêu chuẩn cung cấp các quy trình cụ thể để định lượng các khía cạnh của hành vi giòn. ASTM E23 và ISO 148-1 tập trung vào khả năng hấp thụ năng lượng va chạm, trong khi E1820 và E399 giải quyết các thông số cơ học gãy.

Thiết bị và nguyên tắc thử nghiệm

Máy kiểm tra va đập Charpy và Izod thường được sử dụng để đo năng lượng hấp thụ trong quá trình gãy. Những máy dựa trên con lắc này đập vào các mẫu vật có khía và đo sự khác biệt về năng lượng trước và sau khi va chạm.

Kiểm tra độ bền gãy sử dụng máy kiểm tra vạn năng với đồ gá chuyên dụng để áp dụng tải kiểm soát lên các mẫu đã nứt trước. Sự lan truyền vết nứt được theo dõi bằng các phương pháp quang học, phát xạ âm thanh hoặc kỹ thuật giảm điện thế.

Đặc tính nâng cao có thể bao gồm thử nghiệm va chạm bằng dụng cụ để ghi lại các đường cong lực-biến dạng trong quá trình gãy hoặc thử nghiệm xé bằng trọng lượng rơi đối với các phần dày hơn được sử dụng trong bình chịu áp suất và đường ống.

Yêu cầu mẫu

Các mẫu Charpy V-notch tiêu chuẩn có kích thước 10mm × 10mm × 55mm với khía chữ V sâu 2mm, góc 45°. Các mẫu độ bền gãy tuân theo các hình dạng cụ thể bao gồm cấu hình kéo nén (CT), uốn cong khía một cạnh (SENB) hoặc kéo nén hình đĩa (DCT).

Chuẩn bị bề mặt thường đòi hỏi gia công cẩn thận để tránh tạo ra ứng suất dư hoặc thay đổi cấu trúc vi mô. Các khía phải được định kích thước và định vị chính xác, thường đòi hỏi gia công bằng tia lửa điện để tạo vết nứt trước.

Mẫu vật phải đại diện cho vật liệu khối và được định hướng phù hợp với hướng xử lý của vật liệu (dọc, ngang hoặc xuyên qua độ dày) để tính đến các đặc tính dị hướng.

Thông số thử nghiệm

Nhiệt độ thử nghiệm tiêu chuẩn dao động từ nhiệt độ cực thấp (-196°C) đến nhiệt độ cao (>300°C), đặc biệt chú ý đến vùng chuyển tiếp dẻo-giòn đối với thép ferritic. Buồng môi trường duy trì kiểm soát nhiệt độ chính xác trong quá trình thử nghiệm.

Tốc độ tải thay đổi tùy theo phương pháp thử nghiệm, từ tốc độ bán tĩnh (0,1-1 mm/phút) để thử độ bền gãy đến tốc độ động (3-5 m/giây) để thử va đập. Tốc độ biến dạng ảnh hưởng đáng kể đến độ giòn được đo của nhiều loại thép.

Các thông số bổ sung bao gồm hình dạng khía, độ dày mẫu (để đảm bảo điều kiện biến dạng phẳng) và các yếu tố môi trường như hàm lượng hydro hoặc môi trường ăn mòn khi đánh giá vết nứt do môi trường hỗ trợ.

Xử lý dữ liệu

Thu thập dữ liệu chính bao gồm đo năng lượng hấp thụ (đối với thử nghiệm va chạm) hoặc đường cong tải trọng-biến dạng (đối với thử nghiệm cơ học gãy). Hệ thống thu thập dữ liệu tốc độ cao ghi lại các sự kiện gãy nhanh.

Phân tích thống kê thường yêu cầu nhiều mẫu (thường là 3-5) được thử nghiệm trong các điều kiện giống hệt nhau để thiết lập khoảng tin cậy. Thống kê Weibull thường được áp dụng để mô tả sự phân tán trong dữ liệu gãy giòn.

Giá trị cuối cùng được tính bằng cách lấy trung bình các kết quả thử nghiệm hợp lệ sau khi loại trừ các giá trị ngoại lệ. Đối với việc xác định nhiệt độ chuyển tiếp, đường cong sigmoid phù hợp với dữ liệu nhiệt độ năng lượng xác định nhiệt độ mà chế độ gãy thay đổi từ giòn sang dẻo.

Phạm vi giá trị điển hình

Phân loại thép	Phạm vi giá trị điển hình (Năng lượng tác động Charpy)	Điều kiện thử nghiệm	Tiêu chuẩn tham khảo
Thép cacbon thấp (1018)	60-100J	Nhiệt độ phòng	Tiêu chuẩn ASTM E23
Thép Cacbon Trung Bình (1045)	20-40 giờ	Nhiệt độ phòng	Tiêu chuẩn ASTM E23
Thép Cacbon Cao (1095)	5-15 tháng	Nhiệt độ phòng	Tiêu chuẩn ASTM E23
Làm nguội và tôi luyện 4140	15-45 giờ	Nhiệt độ phòng	Tiêu chuẩn ASTM E23
Thép không gỉ Austenitic (304)	100-200J	Nhiệt độ phòng	Tiêu chuẩn ASTM E23
Thép không gỉ Ferritic (430)	20-60J	Nhiệt độ phòng	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự khác biệt trong mỗi phân loại thường là kết quả của sự khác biệt trong xử lý nhiệt, kích thước hạt và sự khác biệt nhỏ về thành phần. Hàm lượng carbon cao hơn thường làm tăng độ giòn, trong khi các nguyên tố hợp kim như niken thường cải thiện độ dẻo dai.

Các giá trị này đóng vai trò là tiêu chí sàng lọc để lựa chọn vật liệu thay vì các thông số thiết kế. Các kỹ sư nên cân nhắc rằng các thành phần thực tế có thể hoạt động khác với các mẫu thử nghiệm do hiệu ứng kích thước, tập trung ứng suất và các biến thể xử lý.

Có một xu hướng rõ ràng giữa cấu trúc tinh thể và độ giòn, trong đó thép BCC (ferritic) nhạy cảm với nhiệt độ hơn và độ dẻo dai thấp hơn thép FCC (austenitic) ở nhiệt độ thấp hơn.

Phân tích ứng dụng kỹ thuật

Những cân nhắc về thiết kế

Các kỹ sư kết hợp các cân nhắc về độ giòn thông qua các phương pháp tiếp cận cơ học gãy, đặc biệt là khi thiết kế các thành phần quan trọng. Các ứng dụng quan trọng về an toàn thường yêu cầu các giá trị độ bền gãy cao hơn nhiều so với mức tối thiểu được chỉ định để tính đến sự thay đổi của vật liệu.

Hệ số an toàn cho vật liệu giòn thường nằm trong khoảng từ 3-5, cao hơn đáng kể so với 1,5-2,5 được sử dụng cho vật liệu dẻo. Các hệ số cao hơn này bù đắp cho bản chất thảm khốc của sự cố giòn và độ nhạy cao hơn đối với các lỗi không được phát hiện.

Quyết định lựa chọn vật liệu cân bằng độ giòn với các đặc tính khác như độ bền, khả năng chống ăn mòn và chi phí. Đối với các ứng dụng có tải trọng va đập hoặc tải trọng tuần hoàn, các kỹ sư thường ưu tiên độ bền hơn độ bền tối đa để tránh các chế độ hỏng giòn.

Các lĩnh vực ứng dụng chính

Thiết kế bình chịu áp suất là một lĩnh vực ứng dụng quan trọng, trong đó việc ngăn ngừa gãy giòn là tối quan trọng. Quy định về nồi hơi và bình chịu áp suất ASME chỉ định các yêu cầu về độ bền tối thiểu và xử lý nhiệt sau khi hàn để giảm thiểu hành vi giòn trong các thành phần quan trọng về an toàn này.

Các thành phần cấu trúc ô tô cần có sự cân bằng cẩn thận giữa độ bền và độ dẻo dai, đặc biệt là để hấp thụ năng lượng va chạm. Thép cường độ cao tiên tiến sử dụng kỹ thuật vi cấu trúc để duy trì độ dẻo dai thích hợp mặc dù có mức độ bền cao.

Các ứng dụng đông lạnh, chẳng hạn như bể chứa LNG, đặt ra những thách thức độc đáo vì hầu hết các loại thép trở nên giòn hơn ở nhiệt độ thấp. Thép hợp kim niken đặc biệt hoặc thép không gỉ austenit được lựa chọn đặc biệt vì độ bền ở nhiệt độ thấp của chúng.

Đánh đổi hiệu suất

Độ bền và độ giòn thường biểu hiện mối quan hệ nghịch đảo trong thép. Khi độ bền kéo và độ bền kéo tăng lên thông qua xử lý nhiệt hoặc hợp kim, độ dẻo dai thường giảm, đòi hỏi phải tối ưu hóa cẩn thận cho các ứng dụng cụ thể.

Cải thiện độ cứng, mặc dù có lợi cho khả năng chống mài mòn, nhưng thường làm tăng độ giòn. Các kỹ sư phải cân bằng các đặc tính cạnh tranh này trong các ứng dụng như dụng cụ cắt, khuôn và tấm chịu mài mòn, nơi cả hai đặc tính đều quan trọng.

Những cân nhắc về chi phí thường thúc đẩy việc lựa chọn vật liệu theo hướng ít tốn kém hơn với các đặc tính giòn vừa phải thay vì tối ưu. Sự cân bằng kinh tế-hiệu suất này đòi hỏi phải đánh giá rủi ro kỹ lưỡng, đặc biệt là đối với các ứng dụng quan trọng về an toàn.

Phân tích lỗi

Gãy giòn là một chế độ hỏng hóc phổ biến được đặc trưng bởi bề mặt gãy phẳng, biến dạng dẻo tối thiểu và thường có các dấu hiệu hình chữ V hướng về nguồn gốc gãy. Những hỏng hóc này thường xảy ra đột ngột và thảm khốc.

Cơ chế hỏng hóc liên quan đến sự khởi đầu của vết nứt tại các điểm tập trung ứng suất hoặc các lỗi đã tồn tại từ trước, sau đó lan truyền nhanh khi cường độ ứng suất vượt quá độ bền gãy của vật liệu. Các yếu tố môi trường như nhiệt độ thấp hoặc giòn do hydro có thể đẩy nhanh quá trình này.

Các chiến lược giảm thiểu bao gồm xử lý nhiệt giảm ứng suất, loại bỏ các góc sắc trong thiết kế, lựa chọn vật liệu phù hợp với nhiệt độ sử dụng và thử nghiệm không phá hủy để phát hiện các lỗi trước khi chúng đạt đến kích thước nghiêm trọng.

Các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp kiểm soát

Ảnh hưởng của thành phần hóa học

Hàm lượng cacbon ảnh hưởng mạnh đến độ giòn, với mức cacbon cao hơn thúc đẩy các cấu trúc vi mô cứng hơn, giòn hơn. Mỗi 0,1% cacbon tăng thường làm tăng nhiệt độ chuyển tiếp từ dẻo sang giòn thêm 10-15°C trong thép cacbon thông thường.

Các nguyên tố vi lượng như phốt pho và lưu huỳnh làm tăng đáng kể độ giòn, đặc biệt là khi tách biệt với ranh giới hạt. Các phương pháp sản xuất thép hiện đại giới hạn các nguyên tố này ở mức <0,02% để giảm thiểu tác động có hại của chúng.

Quá trình tối ưu hóa thành phần thường bao gồm việc bổ sung niken (1-3,5%) để giảm nhiệt độ chuyển tiếp, molypden (0,2-0,5%) để giảm độ giòn do tôi luyện và kiểm soát tỷ lệ mangan/lưu huỳnh để thay đổi hình thái tạp chất.

Ảnh hưởng của cấu trúc vi mô

Tinh chế hạt là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để cải thiện độ dẻo dai mà không làm giảm độ bền. Mỗi lần giảm số lượng hạt ASTM (hạt mịn hơn) thường làm giảm nhiệt độ chuyển tiếp xuống 15-20°C.

Phân bố pha ảnh hưởng đáng kể đến độ giòn, với các mạng liên tục của cacbua hoặc hợp chất liên kim loại dọc theo ranh giới hạt thúc đẩy gãy giòn liên hạt. Pha thứ hai hình cầu hoặc phân tán thường cải thiện độ dẻo dai.

Các tạp chất phi kim loại, đặc biệt là các hạt mangan sulfua dài hoặc các hạt alumina góc cạnh, đóng vai trò là chất tập trung ứng suất và là nơi bắt đầu nứt. Các phương pháp thép sạch hiện đại và kiểm soát hình dạng tạp chất thông qua xử lý canxi giúp giảm thiểu những tác động này.

Xử lý ảnh hưởng

Xử lý nhiệt ảnh hưởng sâu sắc đến độ giòn thông qua ảnh hưởng của nó đến cấu trúc vi mô. Việc tôi luyện thích hợp các cấu trúc martensitic, xử lý chuẩn hóa để tinh chế hạt và ủ giảm ứng suất đều giúp tối ưu hóa độ dẻo dai.

Các quy trình gia công cơ học như cán có kiểm soát kết hợp biến dạng và kết tinh lại để tinh chỉnh cấu trúc hạt. Xử lý nhiệt cơ học có thể giảm nhiệt độ chuyển tiếp xuống 30-50°C so với xử lý thông thường.

Tốc độ làm nguội trong quá trình xử lý nhiệt ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ giòn. Làm nguội nhanh thúc đẩy sự hình thành martensit và tăng độ giòn, trong khi tốc độ làm nguội được kiểm soát có thể phát triển các cấu trúc vi mô tối ưu với độ bền và độ dẻo dai cân bằng.

Các yếu tố môi trường

Nhiệt độ ảnh hưởng đáng kể đến độ giòn ở hầu hết các loại thép, với nhiệt độ thấp hơn làm giảm tính di động của nguyên tử và tăng cường độ bền kéo, hạn chế biến dạng dẻo. Hiệu ứng này đặc biệt rõ rệt ở thép BCC dưới nhiệt độ chuyển tiếp của chúng.

Hydro trong thép, ngay cả ở dạng phần triệu, có thể gây ra hiện tượng giòn nghiêm trọng bằng cách làm giảm độ bền kết dính giữa các nguyên tử hoặc tăng cường tính di động của sự sai lệch. Môi trường ẩm ướt hoặc ăn mòn có thể đưa hydro vào trong quá trình sử dụng.

Tiếp xúc với bức xạ gây ra hiện tượng giòn trong các ứng dụng hạt nhân thông qua hư hỏng do dịch chuyển và các sản phẩm chuyển đổi. Hiệu ứng phụ thuộc thời gian này làm tăng nhiệt độ chuyển đổi từ dẻo sang giòn trong suốt vòng đời sử dụng của các thành phần hạt nhân.

Phương pháp cải tiến

Tinh chế hạt thông qua hợp kim vi mô với các nguyên tố như niobi, titan hoặc vanadi là một phương pháp luyện kim mạnh mẽ để cải thiện độ dẻo dai. Các nguyên tố này tạo thành các chất kết tủa mịn hạn chế sự phát triển của hạt trong quá trình chế biến.

Xử lý nhiệt sau khi hàn có tác dụng làm giảm độ giòn trong các kết cấu hàn một cách hiệu quả bằng cách giảm ứng suất dư, tôi luyện các cấu trúc vi mô cứng và cho phép hydro khuếch tán ra khỏi vật liệu.

Tối ưu hóa thiết kế để giảm thiểu tập trung ứng suất và đảm bảo tải trọng đồng đều cải thiện đáng kể hiệu suất của linh kiện. Chuyển tiếp dần dần, các góc bo tròn rộng rãi và tránh các góc nhọn giúp ngăn ngừa sự bắt đầu gãy giòn.

Các điều khoản và tiêu chuẩn liên quan

Các thuật ngữ liên quan

Độ bền gãy định lượng khả năng chống lại sự lan truyền vết nứt của vật liệu và biểu thị cường độ ứng suất quan trọng tại đó sự phát triển vết nứt không ổn định xảy ra. Tính chất này cung cấp thước đo cơ bản hơn về độ giòn so với các thử nghiệm va đập đơn giản.

Nhiệt độ chuyển tiếp dẻo-giòn (DBTT) xác định phạm vi nhiệt độ mà hành vi gãy của vật liệu thay đổi từ dẻo sang giòn. Khái niệm này đặc biệt quan trọng đối với thép ferritic được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ thấp.

Nhiệt độ không dẻo (NDT) biểu thị nhiệt độ cao nhất mà mẫu thử nghiệm thả trọng lượng tiêu chuẩn bị vỡ theo cách hoàn toàn giòn. Thông số này rất quan trọng đối với thiết kế và vận hành bình chịu áp suất.

Các thuật ngữ này tạo thành một khuôn khổ liên kết để hiểu về hành vi giòn, trong đó độ bền gãy cung cấp đặc tính vật liệu cơ bản, trong khi DBTT và NDT cung cấp các thông số kỹ thuật thực tế để thiết kế.

Tiêu chuẩn chính

ASTM E1921 "Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để xác định nhiệt độ tham chiếu, T₀, đối với thép Ferrit trong phạm vi chuyển tiếp" cung cấp phương pháp tiếp cận thống kê để mô tả quá trình chuyển đổi từ dẻo sang giòn bằng cách sử dụng khái niệm đường cong chính.

Tiêu chuẩn Châu Âu EN 10045 bao gồm thử nghiệm va đập Charpy với một số thay đổi nhỏ so với phương pháp ASTM, bao gồm các kích thước mẫu và thông số thử nghiệm khác nhau cho các ứng dụng cụ thể.

API 579-1/ASME FFS-1 "Phù hợp để sử dụng" cung cấp các quy trình đánh giá toàn diện để đánh giá rủi ro gãy giòn trong các thiết bị hiện có, kết hợp các nguyên tắc cơ học gãy với các phương pháp kỹ thuật thực tế.

Xu hướng phát triển

Nghiên cứu hiện tại tập trung vào việc phát triển thép có độ bền cực cao với độ dẻo dai được cải thiện thông qua kỹ thuật vi cấu trúc mới, bao gồm các cấu trúc đa pha tinh chế và động học chuyển đổi được kiểm soát.

Các công nghệ mới nổi bao gồm các phương pháp thử nghiệm thu nhỏ đòi hỏi mẫu vật nhỏ hơn, cho phép đánh giá độ dẻo dai từ khối lượng vật liệu hạn chế và các kỹ thuật tương quan hình ảnh kỹ thuật số cung cấp khả năng lập bản đồ biến dạng toàn trường trong quá trình gãy.

Những phát triển trong tương lai có thể bao gồm các mô hình tính toán cải tiến để dự đoán hành vi giòn-dẻo ở mọi quy mô, từ mô phỏng nguyên tử đến hiệu suất cấp thành phần, cho phép thiết kế và lựa chọn vật liệu hiệu quả hơn cho các ứng dụng quan trọng.