Giới hạn biến dạng: Ngưỡng quan trọng đối với hiệu suất thép nhiệt độ cao

Định nghĩa và khái niệm cơ bản

Giới hạn biến dạng là mức ứng suất tối đa mà vật liệu có thể chịu được tải trọng kéo dài ở nhiệt độ cao mà không bị biến dạng vĩnh viễn đáng kể trong suốt thời gian sử dụng dự kiến. Nó đại diện cho ngưỡng quan trọng trong các ứng dụng nhiệt độ cao, trong đó biến dạng phụ thuộc thời gian trở thành yếu tố thiết kế kiểm soát thay vì biến dạng hoặc gãy tức thời.

Tính chất này là cơ bản trong kỹ thuật vật liệu cho các thành phần hoạt động ở nhiệt độ cao trong thời gian dài, chẳng hạn như nhà máy điện, động cơ phản lực và thiết bị xử lý hóa chất. Giới hạn biến dạng thường xác định ứng suất tối đa cho phép cho mục đích thiết kế trong các ứng dụng nhiệt độ cao.

Trong ngành luyện kim, giới hạn biến dạng nằm ở giao điểm của các tính chất cơ học, nhiệt động lực học và hành vi phụ thuộc vào thời gian. Không giống như các tính chất cơ học ở nhiệt độ phòng vẫn tương đối ổn định theo thời gian, hành vi biến dạng đưa chiều thứ tư—thời gian—vào các cân nhắc về hiệu suất vật liệu, khiến nó trở nên cần thiết cho các dự đoán độ tin cậy dài hạn trong dịch vụ nhiệt độ cao.

Bản chất vật lý và cơ sở lý thuyết

Cơ chế vật lý

Ở cấp độ vi cấu trúc, hiện tượng rão xảy ra thông qua chuyển động được kích hoạt bởi nhiệt của các vị trí sai lệch và sự khuếch tán của các nguyên tử dưới ứng suất. Ở nhiệt độ trên khoảng 0,4Tm (trong đó Tm là nhiệt độ nóng chảy tuyệt đối), các nguyên tử đạt được đủ năng lượng nhiệt để vượt qua các rào cản khuếch tán, cho phép biến dạng phụ thuộc vào thời gian ngay cả ở ứng suất dưới giới hạn chảy thông thường.

Trong vật liệu thép, biến dạng biến dạng do rão thường diễn ra qua ba giai đoạn riêng biệt: rão sơ cấp (tạm thời) với tốc độ biến dạng giảm, rão thứ cấp (ổn định) với tốc độ biến dạng không đổi và rão bậc ba với tốc độ biến dạng tăng tốc dẫn đến hỏng hóc. Giới hạn rão liên quan đến ứng suất tối thiểu cần thiết để bắt đầu rão ổn định đáng kể.

Về mặt vi cấu trúc, sự biến dạng liên quan đến một số cơ chế cạnh tranh bao gồm sự leo lên của sự dịch chuyển, sự trượt ranh giới hạt và dòng khuếch tán. Cơ chế chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ, mức độ ứng suất và các đặc điểm vi cấu trúc như kích thước hạt và sự phân bố kết tủa.

Mô hình lý thuyết

Mô hình lý thuyết chính để mô tả hành vi biến dạng là phương trình biến dạng theo luật lũy thừa, liên hệ tốc độ biến dạng ở trạng thái ổn định với ứng suất và nhiệt độ được áp dụng. Mối quan hệ này tạo thành nền tảng để ngoại suy các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm ngắn hạn nhằm dự đoán hành vi dịch vụ dài hạn.

Hiểu biết lịch sử về sự biến dạng đã phát triển đáng kể vào đầu thế kỷ 20 với công trình tiên phong của các nhà nghiên cứu như Norton, Bailey và Andrade. Các quan sát thực nghiệm của họ đã dẫn đến các công thức toán học vẫn còn phù hợp cho đến ngày nay.

Các phương pháp tiếp cận hiện đại bao gồm phương pháp tham số Larson-Miller, kết hợp các hiệu ứng nhiệt độ và thời gian thành một tham số duy nhất để dự đoán tuổi thọ biến dạng, và các mô hình cấu thành phức tạp hơn như mối quan hệ Monkman-Grant và phương pháp Omega tính đến sự tiến hóa của cấu trúc vi mô trong quá trình biến dạng.

Cơ sở khoa học vật liệu

Khả năng chống biến dạng trong thép có liên quan mật thiết đến độ ổn định của cấu trúc tinh thể và đặc điểm ranh giới hạt. Cấu trúc lập phương tâm khối (BCC) thường thể hiện khả năng chống biến dạng tốt hơn cấu trúc lập phương tâm mặt (FCC) do tỷ lệ tự khuếch tán thấp hơn.

Ranh giới hạt đóng vai trò quan trọng trong hành vi biến dạng, thường đóng vai trò là vị trí ưu tiên cho sự khuếch tán và trượt. Kích thước hạt lớn hơn thường cải thiện khả năng chống biến dạng bằng cách giảm tổng diện tích ranh giới hạt, mặc dù điều này phải được cân bằng với các yêu cầu về tính chất cơ học khác.

Tăng cường kết tủa là một phương pháp khoa học vật liệu cơ bản để cải thiện khả năng chống biến dạng. Các kết tủa mịn, ổn định ngăn cản chuyển động lệch và trượt ranh giới hạt trong khi vẫn cung cấp độ ổn định vi cấu trúc ở nhiệt độ cao. Nguyên lý này hướng dẫn quá trình phát triển thép hợp kim chống biến dạng có chứa các nguyên tố như crom, molypden và vanadi.

Biểu thức toán học và phương pháp tính toán

Công thức định nghĩa cơ bản

Tốc độ biến dạng ở trạng thái ổn định ($\dot{\varepsilon}_{ss}$) thường được biểu thị bằng phương trình biến dạng theo quy luật lũy thừa:

$$\dot{\varepsilon__{ss} = A\sigma^ne^{-Q/RT}$$

Ở đâu:
- $\dot{\varepsilon}_{ss}$ là tốc độ biến dạng trạng thái ổn định
- $A$ là hằng số phụ thuộc vào vật liệu
- $\sigma$ là ứng suất được áp dụng
- $n$ là số mũ ứng suất (thường là 3-8 đối với kim loại)
- $Q$ là năng lượng hoạt hóa cho sự biến dạng
- $R$ là hằng số khí phổ biến
- $T$ là nhiệt độ tuyệt đối

Công thức tính toán liên quan

Tham số Larson-Miller (LMP) thường được sử dụng để ngoại suy dữ liệu thử nghiệm độ biến dạng:

$$LMP = T(C + \log t_r)$$

Ở đâu:
- $T$ là nhiệt độ tuyệt đối
- $C$ là hằng số vật liệu (thường là 20 đối với thép)
- $t_r$ là thời gian vỡ

Mối quan hệ Monkman-Grant liên quan đến tốc độ biến dạng và thời gian đứt gãy:

$$\dot{\varepsilon} {ss} \cdot t_r = C {MG}$$

Ở đâu:
- $\dot{\varepsilon} {ss}$ là tốc độ biến dạng tối thiểu
- $t_r$ là thời gian vỡ
- $C {MG}$ là hằng số Monkman-Grant

Điều kiện và giới hạn áp dụng

Các công thức này thường có giá trị đối với nhiệt độ trên 0,4Tm, nơi cơ chế kiểm soát khuếch tán chiếm ưu thế. Dưới ngưỡng nhiệt độ này, các cơ chế biến dạng khác có thể chiếm ưu thế.

Mối quan hệ theo quy luật lũy thừa bị phá vỡ ở ứng suất rất cao (phá vỡ theo quy luật lũy thừa) và ứng suất rất thấp (sự thống trị của hiện tượng biến dạng khuếch tán), đòi hỏi các mô hình toán học khác nhau trong các chế độ này.

Các mô hình này giả định các cấu trúc vi mô ổn định, trong khi các điều kiện dịch vụ thực tế có thể liên quan đến sự tiến hóa của cấu trúc vi mô, quá trình oxy hóa hoặc các cơ chế suy thoái khác làm thay đổi hành vi biến dạng theo thời gian.

Phương pháp đo lường và đặc tính

Thông số kỹ thuật thử nghiệm tiêu chuẩn

• ASTM E139: Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để tiến hành thử nghiệm độ biến dạng, độ biến dạng đứt gãy và độ đứt gãy ứng suất của vật liệu kim loại
• ISO 204: Vật liệu kim loại — Thử nghiệm độ rão đơn trục khi kéo — Phương pháp thử
• ASTM E1291: Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để tiến hành thử nghiệm độ biến dạng của vật liệu kim loại trong điều kiện gia nhiệt nhanh và thời gian ngắn

ASTM E139 bao gồm các quy trình thử nghiệm độ rão và độ rão-đứt tiêu chuẩn cho vật liệu kim loại. ISO 204 cung cấp hướng dẫn tương tự với một số khác biệt về quy trình. ASTM E1291 đề cập đến các phương pháp thử nghiệm ngắn hạn chuyên biệt.

Thiết bị và nguyên tắc thử nghiệm

Kiểm tra độ biến dạng thường sử dụng khung tải không đổi với máy đo độ giãn dài chính xác để đo độ biến dạng. Các hệ thống này duy trì ứng suất không đổi trên mẫu trong khi liên tục theo dõi biến dạng trong thời gian dài.

Nguyên lý cơ bản bao gồm việc đưa mẫu vật vào tải trọng không đổi ở nhiệt độ cao trong khi đo độ giãn dài theo thời gian. Các hệ thống hiện đại kết hợp hệ thống thu thập dữ liệu kỹ thuật số để theo dõi liên tục.

Thiết bị tiên tiến có thể bao gồm buồng chân không hoặc buồng có kiểm soát khí quyển để ngăn ngừa quá trình oxy hóa, khả năng chịu tải đa trục hoặc các kỹ thuật quan sát tại chỗ như kính hiển vi nhiệt độ cao.

Yêu cầu mẫu

Các mẫu vật có độ biến dạng chuẩn thường có hình trụ với các đầu ren hoặc hình học có vai. Các kích thước phổ biến bao gồm chiều dài đo 25-50mm và đường kính 6-12mm, mặc dù các mẫu vật thu nhỏ ngày càng được sử dụng nhiều hơn.

Chuẩn bị bề mặt phải đảm bảo không có hư hỏng do gia công, khía hoặc các bộ phận tập trung ứng suất khác có thể gây ra hỏng hóc sớm. Thường cần đánh bóng để loại bỏ các khuyết tật bề mặt.

Mẫu vật phải đại diện cho cấu trúc vi mô thực tế của thành phần, bao gồm lịch sử xử lý nhiệt và chế biến thích hợp. Có thể cần kiểm soát hướng hạt đối với vật liệu dị hướng.

Thông số thử nghiệm

Nhiệt độ thử nghiệm thường nằm trong khoảng từ 0,4Tm đến 0,7Tm (khoảng 450-650°C đối với nhiều loại thép). Kiểm soát nhiệt độ phải được duy trì trong phạm vi ±3°C trong suốt thời gian thử nghiệm.

Ứng suất được áp dụng được lựa chọn để tạo ra sự hỏng hóc trong khung thời gian hợp lý trong khi vẫn cho phép ngoại suy sang các điều kiện dịch vụ. Nhiều mức ứng suất được thử nghiệm để thiết lập mối quan hệ ứng suất-đứt gãy.

Thời gian thử nghiệm thay đổi từ vài trăm giờ đối với các thử nghiệm tăng tốc đến hàng chục nghìn giờ đối với các thử nghiệm đại diện hơn cho các điều kiện dịch vụ. Các điều kiện môi trường phải được kiểm soát để ngăn ngừa quá trình oxy hóa hoặc các tương tác khác.

Xử lý dữ liệu

Thu thập dữ liệu chính bao gồm thời gian, nhiệt độ, độ giãn dài và các phép đo tải trọng áp dụng. Các hệ thống hiện đại ghi lại dữ liệu liên tục, trong khi các phương pháp cũ dựa vào các phép đo thủ công định kỳ.

Phân tích thống kê thường liên quan đến hồi quy tốc độ biến dạng logarit so với dữ liệu ứng suất để xác định số mũ ứng suất và năng lượng kích hoạt. Các khoảng tin cậy được thiết lập để tính đến sự thay đổi của vật liệu.

Giá trị giới hạn biến dạng cuối cùng thường được xác định bằng cách ngoại suy dữ liệu thử nghiệm theo tuổi thọ thiết kế sử dụng các thông số thời gian-nhiệt độ, với các hệ số an toàn thích hợp được áp dụng để tính đến sự phân tán dữ liệu và sự không chắc chắn khi ngoại suy.

Phạm vi giá trị điển hình

Phân loại thép	Phạm vi giá trị điển hình	Điều kiện thử nghiệm	Tiêu chuẩn tham khảo
Thép Cacbon (A106)	35-60MPa	450°C, 100.000 giờ	ASME BPVC Phần II
1Cr-0,5Mo (A387 Lớp 2)	55-85MPa	500°C, 100.000 giờ	ASME BPVC Phần II
2.25Cr-1Mo (A387 Lớp 22)	70-100MPa	550°C, 100.000 giờ	ASME BPVC Phần II
9Cr-1Mo-V (P91)	90-120MPa	600°C, 100.000 giờ	ASME BPVC Phần II

Sự khác biệt trong mỗi phân loại thường là kết quả của sự khác biệt trong xử lý nhiệt, kích thước hạt và các điều chỉnh thành phần nhỏ. Hàm lượng crom cao hơn thường tương quan với khả năng chống biến dạng được cải thiện ở nhiệt độ cao.

Các giá trị này biểu thị ứng suất cho phép cho mục đích thiết kế thay vì ứng suất hỏng thực tế. Các kỹ sư phải cân nhắc rằng các thành phần thực tế có thể gặp phải tải trọng thay đổi, biến động nhiệt độ và tác động môi trường không được ghi nhận trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.

Sự tiến triển từ thép cacbon sang thép ferritic có hàm lượng crom cao cho thấy xu hướng rõ ràng về khả năng chống biến dạng ngày càng tăng, phản ánh sự phát triển của các hợp kim được thiết kế riêng cho ứng dụng ở nhiệt độ cao.

Phân tích ứng dụng kỹ thuật

Những cân nhắc về thiết kế

Các kỹ sư kết hợp dữ liệu giới hạn biến dạng vào các tính toán thiết kế thông qua ứng suất cho phép theo thời gian giảm dần theo tuổi thọ thiết kế và nhiệt độ tăng. Các giá trị này thường được tìm thấy trong các quy tắc về bình chịu áp suất và nồi hơi.

Hệ số an toàn cho các thiết kế giới hạn độ biến dạng thường nằm trong khoảng từ 1,5 đến 3,0 về ứng suất, tùy thuộc vào hậu quả của lỗi, chất lượng dữ liệu và khoảng cách ngoại suy từ dữ liệu thử nghiệm đến các điều kiện thiết kế.

Quyết định lựa chọn vật liệu cân bằng khả năng chống biến dạng với chi phí, khả năng chế tạo và các yêu cầu hiệu suất khác. Đối với các ứng dụng nhiệt độ cao quan trọng, khả năng chống biến dạng thường trở thành tiêu chí lựa chọn chính, biện minh cho việc sử dụng các hợp kim đắt tiền hơn.

Các lĩnh vực ứng dụng chính

Thiết bị phát điện là một lĩnh vực ứng dụng quan trọng, với ống nồi hơi, ống hơi và các thành phần tua bin hoạt động liên tục ở nhiệt độ mà độ biến dạng là yếu tố thiết kế hạn chế. Tuổi thọ sử dụng hơn 30 năm đòi hỏi phải cân nhắc cẩn thận về hành vi biến dạng dài hạn.

Thiết bị xử lý hóa dầu, bao gồm ống cải cách, lò cracking và bình phản ứng, hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cao, áp suất cao, trong đó khả năng chống biến dạng là rất cần thiết để duy trì độ ổn định về kích thước và ngăn ngừa hư hỏng nghiêm trọng.

Các ứng dụng hàng không vũ trụ như các thành phần động cơ phản lực phải cân bằng khả năng chống biến dạng với các cân nhắc về trọng lượng. Các cánh và đĩa tuabin phải chịu cả nhiệt độ cao và ứng suất ly tâm cao, khiến khả năng chống biến dạng trở nên quan trọng để duy trì khoảng hở và ngăn ngừa vỡ.

Đánh đổi hiệu suất

Khả năng chống biến dạng thường xung đột với các yêu cầu về độ dẻo dai, vì các đặc điểm cấu trúc vi mô làm tăng khả năng chống biến dạng (kích thước hạt lớn, kết tủa ổn định) có thể làm giảm khả năng chống va đập và tăng nhiệt độ chuyển tiếp từ dẻo sang giòn.

Khả năng chống biến dạng cao hơn thường tương quan với khả năng hàn giảm vì các nguyên tố hợp kim giúp cải thiện độ bền nhiệt độ cao có thể gây nứt trong quá trình hàn và đòi hỏi các quy trình chuyên biệt.

Kỹ sư phải cân bằng các yêu cầu về độ bền tức thời với khả năng chống biến dạng dài hạn. Các vật liệu được tối ưu hóa cho độ bền ngắn hạn có thể bị biến dạng biến dạng quá mức trong quá trình sử dụng kéo dài, trong khi các vật liệu được tối ưu hóa cho khả năng chống biến dạng có thể được thiết kế quá mức cho tải ngắn hạn.

Phân tích lỗi

Sự đứt gãy do biến dạng là một chế độ hỏng hóc phổ biến được đặc trưng bởi sự đứt gãy giữa các hạt với sự thắt cổ chai đáng kể và sự hình thành lỗ rỗng bên trong. Điều này trái ngược với sự đứt gãy xuyên hạt điển hình của sự hỏng hóc do kéo ở nhiệt độ phòng.

Cơ chế hỏng hóc thường tiến triển thông qua quá trình hình thành hạt rỗng ở ranh giới hạt, sau đó là sự phát triển và liên kết của lỗ rỗng để tạo thành các vết nứt nhỏ. Các vết nứt nhỏ này cuối cùng kết nối với nhau để tạo thành một vết nứt vĩ mô lan truyền đến hỏng hóc.

Các chiến lược giảm thiểu bao gồm kiểm tra định kỳ để phát hiện những thay đổi về kích thước, vận hành dưới giới hạn biến dạng đã thiết lập và triển khai các kỹ thuật theo dõi tình trạng như đo độ biến dạng và kiểm tra cấu trúc vi mô để phát hiện sớm các dấu hiệu hư hỏng do biến dạng.

Các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp kiểm soát

Ảnh hưởng của thành phần hóa học

Crom tăng cường đáng kể khả năng chống biến dạng bằng cách tạo thành cacbua ổn định và cung cấp khả năng gia cường dung dịch rắn. Tăng hàm lượng crom từ 1% lên 9% có thể tăng gấp đôi độ bền đứt biến dạng ở nhiệt độ cao.

Các nguyên tố vi lượng như phốt pho và lưu huỳnh có thể làm giảm nghiêm trọng tính chất biến dạng bằng cách phân tách thành ranh giới hạt và thúc đẩy sự phá hủy liên hạt sớm. Các phương pháp sản xuất thép hiện đại giảm thiểu các nguyên tố này để cải thiện khả năng chống biến dạng.

Tối ưu hóa thành phần thường bao gồm việc cân bằng nhiều nguyên tố hợp kim bao gồm molypden để tăng cường dung dịch rắn, vanadi và niobi để tăng cường kết tủa và bổ sung nitơ có kiểm soát để ổn định cấu trúc vi mô.

Ảnh hưởng của cấu trúc vi mô

Kích thước hạt ảnh hưởng đáng kể đến hành vi biến dạng, với các hạt lớn hơn thường cải thiện khả năng chống biến dạng bằng cách giảm sự trượt và khuếch tán ranh giới hạt. Tuy nhiên, các hạt quá lớn có thể làm giảm các đặc tính cơ học khác.

Phân bố pha, đặc biệt là hình thái và độ ổn định của carbide, quyết định khả năng chống biến dạng kéo dài. Các chất kết tủa phân tán mịn, ổn định nhiệt cung cấp khả năng gia cường hiệu quả nhất chống lại biến dạng kéo dài.

Các tạp chất và khuyết tật đóng vai trò là chất tập trung ứng suất và các vị trí hình thành lỗ rỗng, làm tăng tốc độ hư hỏng do biến dạng. Các quy trình luyện thép có độ tinh khiết cao giúp giảm thiểu hàm lượng tạp chất có thể cải thiện đáng kể khả năng chống biến dạng.

Xử lý ảnh hưởng

Xử lý nhiệt ảnh hưởng sâu sắc đến đặc tính biến dạng bằng cách kiểm soát kích thước, sự phân bố và độ ổn định của kết tủa. Các cấu trúc được chuẩn hóa và tôi luyện thường có khả năng chống biến dạng tốt hơn các cấu trúc được tôi luyện và tôi luyện để sử dụng lâu dài.

Các quy trình làm việc cơ học ảnh hưởng đến mật độ sai lệch và cấu trúc hạt. Làm việc lạnh thường làm giảm khả năng chống biến dạng bằng cách đưa vào các sai lệch dư thừa giúp đẩy nhanh quá trình phục hồi ở nhiệt độ cao.

Tốc độ làm mát trong quá trình xử lý ảnh hưởng đến sự hình thành và phân phối kết tủa. Tốc độ làm mát chậm hơn thường tạo ra kết tủa thô hơn với hiệu quả gia cường độ rão giảm nhưng có khả năng ổn định nhiệt cao hơn.

Các yếu tố môi trường

Nhiệt độ có tác động theo cấp số nhân đến tốc độ biến dạng, với mức tăng nhiệt độ tương đối nhỏ làm tăng đáng kể tốc độ biến dạng biến dạng. Nhiệt độ hoạt động tăng 20°C có thể làm giảm tuổi thọ của linh kiện tới 50% hoặc hơn.

Môi trường ăn mòn có thể tương tác với ứng suất cơ học để đẩy nhanh quá trình hư hỏng do biến dạng thông qua các cơ chế như nứt ăn mòn do ứng suất hoặc biến dạng do oxy hóa. Có thể cần lớp phủ bảo vệ hoặc kiểm soát môi trường trong những điều kiện như vậy.

Những thay đổi về cấu trúc vi mô theo thời gian như kết tủa thô hơn, chuyển pha hoặc lão hóa nhiệt có thể làm giảm dần khả năng chống biến dạng trong quá trình sử dụng, đòi hỏi phải xem xét trong các tính toán thiết kế dài hạn.

Phương pháp cải tiến

Những cải tiến về luyện kim bao gồm việc bổ sung có kiểm soát các nguyên tố tạo thành cacbua như vanadi, niobi và titan để tạo ra các chất kết tủa ổn định có khả năng chống lại sự thô hóa ở nhiệt độ cao.

Các phương pháp tiếp cận dựa trên chế biến bao gồm các phương pháp xử lý nhiệt cơ học giúp tối ưu hóa cấu trúc hạt và phân phối kết tủa. Tốc độ làm mát được kiểm soát và xử lý nhiệt nhiều giai đoạn có thể cải thiện đáng kể khả năng chống biến dạng.

Những cân nhắc về thiết kế như giảm nhiệt độ vận hành, giảm thiểu ứng suất tập trung và triển khai hệ thống làm mát chủ động có thể kéo dài hiệu quả tuổi thọ linh kiện trong các ứng dụng hạn chế biến dạng.

Các điều khoản và tiêu chuẩn liên quan

Các thuật ngữ liên quan

Đứt gãy ứng suất đề cập đến sự hỏng hoàn toàn của vật liệu dưới tải trọng và nhiệt độ không đổi, biểu thị điểm cuối của quá trình biến dạng. Trong khi giới hạn biến dạng tập trung vào biến dạng cho phép, đứt gãy ứng suất giải quyết sự hỏng hóc cuối cùng.

Tương tác giữa độ rão và độ mỏi mô tả thiệt hại tăng tốc xảy ra khi vật liệu chịu cả tải tuần hoàn và nhiệt độ cao cùng lúc. Hiện tượng này đặc biệt quan trọng trong thiết bị phát điện trải qua chu kỳ nhiệt.

Lão hóa nhiệt bao gồm những thay đổi về cấu trúc vi mô xảy ra ở nhiệt độ cao không phụ thuộc vào ứng suất, bao gồm hiện tượng kết tủa thô, chuyển pha và hiện tượng giòn có thể làm thay đổi hành vi biến dạng theo thời gian.

Các thuật ngữ này là những khía cạnh liên quan đến hành vi của vật liệu ở nhiệt độ cao, trong đó giới hạn biến dạng thường được xác định bằng cách xem xét cả giới hạn biến dạng và thời gian đứt gãy.

Tiêu chuẩn chính

Tiêu chuẩn ASME về nồi hơi và bình chịu áp suất, Mục II, đưa ra các giá trị ứng suất cho phép đối với vật liệu ở nhiệt độ cao dựa trên dữ liệu về độ biến dạng, thể hiện tiêu chuẩn chính cho các ứng dụng trong ngành sản xuất điện và quy trình.

Tiêu chuẩn Châu Âu EN 13445 đưa ra một phương pháp tiếp cận thay thế cho thiết kế nhiệt độ cao với một số khác biệt về phương pháp luận trong cách dữ liệu biến dạng được kết hợp vào ứng suất cho phép.

Tiêu chuẩn API 579-1/ASME FFS-1 Fitness-For-Service cung cấp các phương pháp để đánh giá thiết bị đã bị hư hỏng do biến dạng, với các cách tiếp cận khác với quy định thiết kế để đánh giá tuổi thọ còn lại.

Xu hướng phát triển

Nghiên cứu hiện tại tập trung vào các phương pháp tính toán để dự đoán hành vi biến dạng dài hạn từ các thử nghiệm ngắn hạn, bao gồm các phương pháp học máy xác định các mẫu trong dữ liệu biến dạng trên nhiều vật liệu.

Các công nghệ mới nổi bao gồm các kỹ thuật thử nghiệm thu nhỏ cho phép đánh giá độ biến dạng từ các mẫu nhỏ được lấy từ các thành phần đang hoạt động, giúp dự đoán tuổi thọ còn lại chính xác hơn.

Những phát triển trong tương lai có thể bao gồm các phương pháp tiếp cận mô hình đa thang độ tinh vi hơn, kết nối các quá trình khuếch tán cấp độ nguyên tử với các dự đoán hiệu suất cấp độ thành phần, giảm sự phụ thuộc vào các thử nghiệm dài hạn mở rộng.