Độ dẻo trong thép: Tính chất quan trọng cho việc tạo hình và tính toàn vẹn của kết cấu

Định nghĩa và khái niệm cơ bản

Độ dẻo là khả năng của vật liệu chịu biến dạng dẻo đáng kể trước khi đứt hoặc gãy, thường được đặc trưng bởi khả năng kéo giãn, kéo dài hoặc uốn cong mà không bị gãy của vật liệu. Tính chất cơ học này là cơ bản trong khoa học và kỹ thuật vật liệu vì nó xác định cách vật liệu sẽ hoạt động dưới ứng suất kéo và chỉ ra khả năng định hình của vật liệu cho các quy trình sản xuất.

Trong luyện kim, độ dẻo là một thông số hiệu suất quan trọng phân biệt giữa vật liệu phù hợp cho hoạt động tạo hình so với vật liệu phù hợp hơn cho đúc hoặc luyện kim bột. Nó đóng vai trò là điểm đối trọng với độ giòn và hoạt động kết hợp với các đặc tính về độ bền để xác định hồ sơ hành vi cơ học tổng thể của thép. Sự cân bằng giữa độ bền và độ dẻo thường là một cân nhắc thiết kế quan trọng trong việc lựa chọn vật liệu cho các ứng dụng kết cấu.

Bản chất vật lý và cơ sở lý thuyết

Cơ chế vật lý

Ở cấp độ vi cấu trúc, tính dẻo biểu hiện thông qua chuyển động của các vị trí sai lệch trong mạng tinh thể của thép. Khi ứng suất được áp dụng, các khuyết tật đường này lan truyền qua cấu trúc tinh thể, cho phép các lớp nguyên tử trượt qua nhau mà không phá vỡ hoàn toàn các liên kết nguyên tử.

Chuyển động lệch này cho phép biến dạng dẻo thông qua cơ chế trượt dọc theo các mặt phẳng tinh thể ưa thích. Trong thép, cấu trúc lập phương tâm khối (BCC) của ferit và cấu trúc lập phương tâm mặt (FCC) của austenit tạo ra các hệ thống trượt khác nhau ảnh hưởng đến độ dẻo tổng thể. Khả năng nhân lên và di chuyển tự do của các lệch xác định mức độ biến dạng dẻo có thể xảy ra trước khi xảy ra gãy.

Mô hình lý thuyết

Mô hình lý thuyết chính mô tả độ dẻo là lý thuyết trật khớp, được phát triển vào đầu thế kỷ 20 bởi Taylor, Orowan và Polanyi. Lý thuyết này giải thích cách biến dạng dẻo xảy ra thông qua chuyển động của các trật khớp thay vì thông qua sự phá vỡ đồng thời của tất cả các liên kết nguyên tử trên một mặt phẳng.

Theo truyền thống, hiểu biết về độ dẻo phát triển từ các quan sát thực nghiệm thành các mô hình định lượng. Các nhà luyện kim học đầu tiên đã lưu ý mối quan hệ giữa xử lý nhiệt và tính dễ uốn mà không hiểu các cơ chế cơ bản. Các phương pháp tiếp cận hiện đại bao gồm các mô hình dẻo tinh thể kết hợp các hiệu ứng định hướng hạt và các lý thuyết dẻo liên tục mô tả hành vi vĩ mô.

Các phương pháp tiếp cận lý thuyết cạnh tranh bao gồm các mô hình nguyên tử mô phỏng chuyển động của từng nguyên tử so với các mô hình liên tục coi vật liệu là phương tiện liên tục với các đặc tính trung bình. Mỗi phương pháp cung cấp những hiểu biết khác nhau tùy thuộc vào quy mô quan tâm.

Cơ sở khoa học vật liệu

Độ dẻo dai có mối tương quan mạnh mẽ với cấu trúc tinh thể, với kim loại lập phương tâm mặt (FCC) thường thể hiện độ dẻo dai cao hơn so với cấu trúc lập phương tâm khối (BCC) hoặc cấu trúc lục giác đóng gói chặt (HCP) do có nhiều hệ thống trượt hơn. Trong thép, ranh giới hạt đóng vai trò là rào cản đối với chuyển động trật khớp, với vật liệu hạt mịn thường thể hiện các đặc tính dẻo dai khác so với các biến thể hạt thô.

Cấu trúc vi mô của thép—bao gồm phân bố pha, kích thước hạt và hàm lượng tạp chất—ảnh hưởng trực tiếp đến độ dẻo. Các pha ferit và austenit thường thể hiện độ dẻo cao hơn các cấu trúc martensit. Pearlit, với cấu trúc phiến của ferit và cementit, thể hiện độ dẻo trung gian.

Tính chất này liên quan đến các nguyên lý khoa học vật liệu cơ bản bao gồm Định luật Schmid, dự đoán ứng suất cắt quan trọng cần thiết để bắt đầu trượt, và mối quan hệ Hall-Petch, mô tả cách kích thước hạt ảnh hưởng đến giới hạn chảy và theo đó là sự khởi đầu của biến dạng dẻo.

Biểu thức toán học và phương pháp tính toán

Công thức định nghĩa cơ bản

Độ dẻo thường được thể hiện bằng phần trăm kéo dài hoặc phần trăm giảm diện tích:

Phần trăm kéo dài: $\epsilon = \frac{L_f - L_0}{L_0} \times 100\%$

Ở đâu:
- $\epsilon$ là phần trăm kéo dài
- $L_0$ là chiều dài chuẩn ban đầu
- $L_f$ là chiều dài đo cuối cùng tại điểm gãy

Công thức tính toán liên quan

Phần trăm giảm diện tích: $RA = \frac{A_0 - A_f}{A_0} \times 100\%$

Ở đâu:
- $RA$ là phần trăm giảm diện tích
- $A_0$ là diện tích mặt cắt ngang ban đầu
- $A_f$ là diện tích mặt cắt ngang cuối cùng tại điểm gãy

Độ giãn dài đồng đều có thể được tính như sau: $\epsilon_u = \ln\left(\frac{A_0}{A_u}\right)$

Ở đâu:
- $\epsilon_u$ là độ giãn dài đồng đều
- $A_u$ là diện tích mặt cắt ngang khi chịu tải trọng lớn nhất

Điều kiện và giới hạn áp dụng

Các công thức này áp dụng trong điều kiện tải kéo đơn trục và giả định biến dạng đồng nhất trong chiều dài đo. Chúng có giá trị đối với hình dạng mẫu chuẩn như được chỉ định trong các tiêu chuẩn thử nghiệm.

Các phép tính giả định các điều kiện đẳng nhiệt và tốc độ biến dạng trong các thông số thử nghiệm tiêu chuẩn. Ở nhiệt độ cao hoặc tốc độ biến dạng cao, cần phải xem xét các yếu tố bổ sung, bao gồm độ nhạy tốc độ biến dạng và hiệu ứng làm mềm nhiệt.

Các mô hình toán học này giả định vật liệu liên tục mà không có khuyết tật đáng kể nào tồn tại trước đó. Các tạp chất, lỗ rỗng hoặc vết nứt lớn có thể làm mất hiệu lực giả định biến dạng đồng đều cơ bản của các công thức này.

Phương pháp đo lường và đặc tính

Thông số kỹ thuật thử nghiệm tiêu chuẩn

• ASTM E8/E8M: Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để thử độ căng của vật liệu kim loại (bao gồm các quy trình thử nghiệm độ căng ở nhiệt độ phòng để xác định độ giãn dài và độ giảm diện tích)
• ISO 6892-1: Vật liệu kim loại — Thử kéo — Phần 1: Phương pháp thử ở nhiệt độ phòng
• ASTM A370: Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn và định nghĩa cho thử nghiệm cơ học của sản phẩm thép
• ISO 2566: Thép — Chuyển đổi giá trị độ giãn dài (cung cấp các phương pháp chuyển đổi giá trị độ giãn dài giữa các chiều dài đo khác nhau)

Thiết bị và nguyên tắc thử nghiệm

Máy thử vạn năng (UTM) có khả năng chịu tải từ 5 kN đến 1000 kN thường được sử dụng để thử kéo. Những máy này áp dụng lực kéo được kiểm soát trong khi đo tải và độ dịch chuyển đồng thời.

Nguyên lý cơ bản bao gồm việc áp dụng ứng suất kéo đơn trục ở tốc độ được kiểm soát cho đến khi mẫu vật bị gãy. Máy đo độ giãn dài hoặc máy đo ứng suất đo độ giãn dài trong quá trình thử nghiệm, với các hệ thống hiện đại thường kết hợp tương quan hình ảnh kỹ thuật số (DIC) để lập bản đồ ứng suất toàn trường.

Đặc tính nâng cao có thể sử dụng các giai đoạn kéo SEM tại chỗ để quan sát những thay đổi về cấu trúc vi mô trong quá trình biến dạng hoặc nhiễu xạ tia X synchrotron để theo dõi những thay đổi về tinh thể trong quá trình kéo căng.

Yêu cầu mẫu

Các mẫu kéo tiêu chuẩn thường có phần đo giảm với kích thước được chỉ định theo tiêu chuẩn thử nghiệm. Các mẫu tròn thường có đường kính đo là 6-12,5 mm, trong khi các mẫu phẳng có tỷ lệ chiều rộng trên độ dày được chuẩn hóa.

Chuẩn bị bề mặt đòi hỏi phải loại bỏ các vết gia công, loại bỏ gờ ở các cạnh và đôi khi đánh bóng để loại bỏ sự tập trung ứng suất. Độ nhám bề mặt thường phải là Ra ≤ 0,8 μm trong phần đo.

Mẫu vật phải không có ứng suất dư có thể ảnh hưởng đến kết quả, thường đòi hỏi phải xử lý nhiệt giảm ứng suất sau khi gia công. Các dấu hiệu nhận dạng phải được đặt bên ngoài chiều dài đo để tránh ảnh hưởng đến hành vi biến dạng.

Thông số thử nghiệm

Kiểm tra tiêu chuẩn thường được tiến hành ở nhiệt độ phòng (23 ± 5°C) với độ ẩm tương đối dưới 90%. Đối với các ứng dụng chuyên biệt, kiểm tra có thể diễn ra ở nhiệt độ cao hoặc điều kiện đông lạnh.

Tiêu chuẩn ASTM chỉ định tốc độ biến dạng trong khoảng từ 0,001 đến 0,015 phút⁻¹ trong quá trình chảy dẻo, với tốc độ có thể cao hơn được phép sau đó. Tương tự như vậy, tiêu chuẩn ISO xác định phạm vi tốc độ biến dạng cụ thể cho các giai đoạn thử nghiệm khác nhau.

Các thông số quan trọng bao gồm tải trước (thường là 2-5% tải trọng tối đa dự kiến), tốc độ thu thập dữ liệu (tối thiểu 10 Hz cho các thử nghiệm tiêu chuẩn) và căn chỉnh (căn chỉnh trục trong vòng 0,25° để ngăn ngừa ứng suất uốn).

Xử lý dữ liệu

Thu thập dữ liệu chính bao gồm việc ghi lại liên tục lực, độ dịch chuyển và thời gian ở tốc độ lấy mẫu phù hợp với hành vi của vật liệu. Các hệ thống hiện đại số hóa dữ liệu này ở tần số 100-1000 Hz.

Phân tích thống kê thường bao gồm tính toán giá trị trung bình và độ lệch chuẩn từ nhiều mẫu (tối thiểu ba mẫu cho mỗi điều kiện). Phân tích giá trị ngoại lệ sử dụng tiêu chuẩn Chauvenet hoặc các phương pháp tương tự xác định kết quả xét nghiệm có khả năng không hợp lệ.

Giá trị độ dẻo cuối cùng được tính toán từ các phép đo trực tiếp kích thước ban đầu và cuối cùng. Đối với độ giãn dài theo phần trăm, các vạch đo được đo trước và sau khi thử nghiệm. Đối với việc giảm diện tích, các phép đo đường kính hoặc độ dày tại điểm gãy được so sánh với các kích thước ban đầu.

Phạm vi giá trị điển hình

Phân loại thép	Phạm vi giá trị điển hình (% Độ giãn dài)	Điều kiện thử nghiệm	Tiêu chuẩn tham khảo
Thép cacbon thấp (AISI 1020)	25-30%	Nhiệt độ phòng, thước đo 50mm	Tiêu chuẩn ASTMA370
Thép cacbon trung bình (AISI 1045)	12-20%	Nhiệt độ phòng, thước đo 50mm	Tiêu chuẩn ASTMA370
Thép không gỉ Austenitic (304)	40-60%	Nhiệt độ phòng, thước đo 50mm	Tiêu chuẩn ASTMA240
Thép không gỉ Martensitic (410)	15-25%	Nhiệt độ phòng, thước đo 50mm	Tiêu chuẩn ASTMA240

Sự khác biệt trong mỗi phân loại thường là kết quả của sự khác biệt trong lịch sử xử lý, kích thước hạt và sự khác biệt nhỏ về thành phần. Điều kiện xử lý nhiệt ảnh hưởng đáng kể đến độ dẻo, đặc biệt là ở thép cacbon trung bình và cao.

Khi diễn giải các giá trị này, các kỹ sư phải xem xét chiều dài đo được sử dụng để thử nghiệm, vì giá trị độ giãn dài giảm khi chiều dài đo tăng. Các giá trị phải được chuyển đổi thành chiều dài đo chuẩn để so sánh trực tiếp bằng cách sử dụng công thức chuyển đổi trong ISO 2566.

Có một xu hướng rõ ràng giữa hàm lượng cacbon và độ dẻo, với thép cacbon cao hơn thường biểu hiện giá trị độ giãn dài thấp hơn. Các nguyên tố hợp kim thúc đẩy độ ổn định austenit thường làm tăng độ dẻo, trong khi các nguyên tố tạo thành kết tủa cứng hoặc thúc đẩy cấu trúc martensitic làm giảm độ dẻo.

Phân tích ứng dụng kỹ thuật

Những cân nhắc về thiết kế

Các kỹ sư kết hợp độ dẻo vào các tính toán thiết kế thông qua các phương pháp thiết kế dựa trên ứng suất, đặc biệt đối với các thành phần chịu biến dạng dẻo trong quá trình bảo dưỡng hoặc sản xuất. Hệ số an toàn cho độ dẻo thường nằm trong khoảng từ 1,5 đến 3, tùy thuộc vào mức độ quan trọng của ứng dụng.

Khi thiết kế các thành phần sẽ trải qua các hoạt động tạo hình, các yêu cầu về độ giãn dài tối thiểu được thiết lập dựa trên mức độ nghiêm trọng của biến dạng. Đối với các ứng dụng kết cấu, các yêu cầu về độ dẻo đảm bảo biến dạng dẻo trước khi hỏng, cung cấp cảnh báo trực quan về sự sụp đổ sắp xảy ra.

Quyết định lựa chọn vật liệu cân bằng giữa độ dẻo dai với độ bền, chi phí và khả năng chống chịu với môi trường. Trong các ứng dụng quan trọng như bình chịu áp suất và kết cấu chống va chạm ô tô, vật liệu có độ dẻo dai có thể dự đoán được sẽ được lựa chọn để đảm bảo biến dạng được kiểm soát trong điều kiện khắc nghiệt.

Các lĩnh vực ứng dụng chính

Trong sản xuất ô tô, độ dẻo là yếu tố quan trọng đối với các hoạt động tạo hình kim loại tấm tạo ra các tấm thân xe phức tạp. Thép cường độ cao tiên tiến phải duy trì giá trị độ giãn dài tối thiểu (thường là 10-20%) mặc dù có độ bền cao để có thể kéo sâu và kéo giãn.

Thép đường ống đòi hỏi độ dẻo tuyệt vời kết hợp với độ bền cao để thích ứng với chuyển động của mặt đất và ngăn ngừa gãy giòn. Các cấp API X70 và X80 thường chỉ định giá trị độ giãn dài tối thiểu là 20-25% để đảm bảo khả năng uốn cong tại hiện trường và khả năng chống hư hỏng do ứng suất.

Các ứng dụng kết cấu trong vùng động đất dựa vào độ dẻo của thép để hấp thụ năng lượng động đất thông qua biến dạng dẻo. Thép kết cấu trong các ứng dụng này phải duy trì giá trị độ giãn dài trên 20% trong khi vẫn đáp ứng các yêu cầu về độ bền để ngăn ngừa sự sụp đổ thảm khốc của tòa nhà.

Đánh đổi hiệu suất

Độ dẻo thường biểu hiện mối quan hệ nghịch đảo với độ bền—khi độ bền kéo và độ bền kéo tăng, độ giãn dài thường giảm. Sự đánh đổi cơ bản này đòi hỏi phải lựa chọn vật liệu cẩn thận dựa trên việc độ bền hay khả năng tạo hình là yêu cầu chính.

Độ dai và độ dẻo dai có liên quan nhưng là những đặc tính riêng biệt, với một số vật liệu có độ giãn dài cao nhưng khả năng chống va đập kém. Các kỹ sư phải cân bằng các đặc tính này, đặc biệt là trong các ứng dụng nhiệt độ thấp, khi độ dẻo dai có thể giảm đáng kể trong khi độ dẻo dai trở nên quan trọng.

Sự phát triển thép hiện đại tập trung vào việc tối ưu hóa nhiều tính chất cùng lúc thông qua kỹ thuật vi cấu trúc. Thép pha kép và TRIP (Độ dẻo do biến đổi) là những phương pháp duy trì độ dẻo tốt mặc dù có mức độ bền cao thông qua phân phối pha được kiểm soát.

Phân tích lỗi

Gãy dẻo là một chế độ hỏng hóc phổ biến được đặc trưng bởi biến dạng dẻo đáng kể trước khi tách rời cuối cùng. Quá trình bắt đầu bằng sự hình thành hạt rỗng (thường là ở các tạp chất), sau đó là sự phát triển và hợp nhất của lỗ rỗng dẫn đến bề mặt gãy "hình cốc và hình nón" đặc trưng.

Tiến trình từ sự chảy ban đầu đến gãy cuối cùng liên quan đến sự thắt cổ chai (giảm cục bộ diện tích mặt cắt ngang), tiếp theo là sự hình thành và phát triển lỗ rỗng bên trong. Cơ chế này cung cấp cảnh báo trước khi hỏng hóc thảm khốc, không giống như gãy giòn xảy ra đột ngột.

Các chiến lược giảm thiểu bao gồm giảm hàm lượng tạp chất thông qua các biện pháp sản xuất thép sạch, tối ưu hóa cấu trúc vi mô thông qua xử lý nhiệt và thiết kế để hạn chế sự tập trung ứng suất có thể gây ra hiện tượng thắt cổ chai sớm.

Các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp kiểm soát

Ảnh hưởng của thành phần hóa học

Hàm lượng carbon có tác động đáng kể nhất đến độ dẻo của thép, với mỗi lần tăng 0,1% thường làm giảm độ giãn dài từ 2-5%. Điều này xảy ra vì carbon thúc đẩy các pha cứng hơn, kém dẻo hơn như perlit và martensit.

Các nguyên tố vi lượng như lưu huỳnh và phốt pho làm giảm đáng kể độ dẻo bằng cách tạo thành các kết tủa ranh giới hạt giòn. Sản xuất thép hiện đại giới hạn các nguyên tố này xuống dưới 0,025% và 0,030% tương ứng để duy trì độ dẻo chấp nhận được.

Các phương pháp tối ưu hóa thành phần bao gồm việc thêm một lượng nhỏ các nguyên tố như vanadi và niobi để tinh chỉnh kích thước hạt, cân bằng tỷ lệ mangan/lưu huỳnh để kiểm soát hình dạng tạp chất và sử dụng các nguyên tố hợp kim vi mô để đạt được độ bền mà không làm giảm độ dẻo.

Ảnh hưởng của cấu trúc vi mô

Kích thước hạt ảnh hưởng đáng kể đến độ dẻo, với các hạt mịn hơn thường cải thiện độ giãn dài đồng đều nhưng có khả năng làm giảm độ giãn dài tổng thể. Kích thước hạt tối ưu thường nằm trong khoảng từ ASTM 7-10 cho hầu hết các ứng dụng kết cấu.

Phân bố pha ảnh hưởng đáng kể đến độ dẻo, với các vi cấu trúc ferritic và austenitic cung cấp độ dẻo tuyệt vời, trong khi tỷ lệ perlite, bainit hoặc martensite tăng dần làm giảm giá trị độ giãn dài. Các vi cấu trúc pha kép với các đảo martensite được kiểm soát trong ma trận ferritic cung cấp các kết hợp độ bền-độ dẻo tối ưu.

Các tạp chất phi kim loại hoạt động như các chất tập trung ứng suất và các vị trí tạo hạt rỗng, làm giảm độ dẻo. Tác động của chúng phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, sự phân bố và hướng so với trục ứng suất, trong đó các tạp chất kéo dài vuông góc với trục ứng suất đặc biệt có hại.

Xử lý ảnh hưởng

Xử lý nhiệt ảnh hưởng sâu sắc đến độ dẻo thông qua kiểm soát chuyển đổi pha. Ủ tối đa hóa độ dẻo bằng cách tạo ra cấu trúc vi mô cân bằng, không ứng suất, trong khi làm nguội và ram cân bằng độ bền và độ dẻo thông qua quá trình hình thành martensite được kiểm soát và ram sau đó.

Các quy trình gia công cơ học như cán và rèn có thể tăng cường độ dẻo bằng cách phá vỡ cấu trúc đúc và tinh chỉnh kích thước hạt. Tuy nhiên, gia công nguội quá mức mà không ủ tiếp theo sẽ làm giảm độ dẻo thông qua cơ chế làm cứng.

Tốc độ làm mát trong quá trình xử lý ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc vi mô và độ dẻo dai kết quả. Làm mát chậm thúc đẩy sự hình thành các pha cân bằng có độ dẻo dai cao hơn, trong khi làm mát nhanh tạo ra các pha bán bền thường có giá trị độ giãn dài thấp hơn nhưng độ bền cao hơn.

Các yếu tố môi trường

Nhiệt độ ảnh hưởng đáng kể đến độ dẻo, với hầu hết các loại thép đều có độ dẻo giảm ở nhiệt độ thấp hơn. Sự chuyển đổi từ dẻo sang giòn này đặc biệt rõ rệt ở thép lập phương tâm khối (BCC) như thép ferritic.

Hydro trong thép làm giảm đáng kể độ dẻo thông qua cơ chế giòn hydro. Ngay cả một lượng nhỏ (vài ppm) cũng có thể gây mất độ dẻo đáng kể, đặc biệt là ở thép cường độ cao tiếp xúc với môi trường ăn mòn hoặc quy trình mạ không đúng cách.

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 theo thời gian, làm giảm độ dẻo dai sau đó. Hiện tượng này đặc biệt có liên quan đến thép chứa nitơ hoặc cacbon tự do đã trải qua các hoạt động gia công nguội.

Phương pháp cải tiến

Các phương pháp luyện kim để tăng cường độ dẻo bao gồm tinh chế hạt thông qua cán có kiểm soát và hợp kim hóa vi mô, kiểm soát hình dạng tạp chất thông qua xử lý canxi và tối ưu hóa cân bằng pha thông qua kiểm soát thành phần chính xác và xử lý nhiệt.

Những cải tiến dựa trên quy trình xử lý bao gồm ủ liên quan để phát triển các cấu trúc vi mô hai pha, làm mát có kiểm soát để tối ưu hóa sự phân bố pha và xử lý nhiệt cơ học để đồng thời tinh chỉnh kích thước hạt trong khi kiểm soát hành vi chuyển đổi.

Những cân nhắc về thiết kế nhằm tối ưu hóa việc sử dụng độ dẻo bao gồm tránh các khía sắc nhọn tạo ra sự tập trung ứng suất, kết hợp các chuyển tiếp tiết diện dần dần và thiết kế đường dẫn tải phân bổ biến dạng dẻo thay vì tập trung nó vào các vùng cục bộ.

Các điều khoản và tiêu chuẩn liên quan

Các thuật ngữ liên quan

Tính dễ uốn đề cập cụ thể đến khả năng biến dạng của vật liệu dưới ứng suất nén mà không bị đứt gãy, phân biệt với tính dẻo liên quan đến biến dạng kéo. Mặc dù có liên quan, vật liệu có thể thể hiện thứ hạng khác nhau về các đặc tính này.

Độ dai thể hiện khả năng hấp thụ năng lượng của vật liệu trước khi gãy, kết hợp các khía cạnh của cả độ bền và độ dẻo. Độ dai được định lượng thông qua thử nghiệm va đập hoặc bằng cách tính diện tích dưới đường cong ứng suất-biến dạng.

Làm cứng bằng cách làm việc (làm cứng bằng biến dạng) mô tả cách độ bền của vật liệu tăng lên trong quá trình biến dạng dẻo. Số mũ làm cứng bằng cách làm việc (giá trị n) liên quan trực tiếp đến khả năng phân phối biến dạng của vật liệu trong quá trình tạo hình và ảnh hưởng đến độ giãn dài đồng đều.

Mối quan hệ giữa các tính chất này rất phức tạp—vật liệu có độ dẻo cao thường có độ bền tốt, nhưng quá trình làm cứng cao có thể hạn chế độ giãn dài tổng thể trong khi cải thiện độ giãn dài đồng đều.

Tiêu chuẩn chính

ASTM E8/E8M là tiêu chuẩn quốc tế chính để xác định các đặc tính kéo bao gồm độ giãn dài và giảm diện tích. Tiêu chuẩn này chỉ định hình dạng mẫu, quy trình thử nghiệm và phương pháp tính toán để đo độ dẻo dai nhất quán.

Tiêu chuẩn Châu Âu EN ISO 6892-1 bao gồm các giao thức thử nghiệm tương tự nhưng bao gồm các điều khoản bổ sung cho các tốc độ biến dạng khác nhau và các yêu cầu chi tiết hơn về phép đo độ giãn dài. Tiêu chuẩn Nhật Bản JIS Z 2241 cung cấp một cách tiếp cận khu vực khác với các yêu cầu cụ thể để báo cáo các giá trị độ giãn dài.

Sự khác biệt chính giữa các tiêu chuẩn bao gồm thông số kỹ thuật về chiều dài khổ (ASTM thường sử dụng chiều dài khổ 50 mm hoặc 2 inch trong khi ISO có thể chỉ định chiều dài khổ theo tỷ lệ), phương pháp kiểm soát tốc độ biến dạng và quy trình xác định hiện tượng giới hạn chảy.

Xu hướng phát triển

Nghiên cứu hiện tại tập trung vào việc phát triển thép cường độ cao tiên tiến với độ dẻo được cải thiện thông qua các cấu trúc vi mô đa pha phức tạp. Thép mangan trung bình và AHSS thế hệ thứ ba nhằm khắc phục sự đánh đổi độ bền-độ dẻo truyền thống.

Các công nghệ mới nổi để đo độ dẻo bao gồm tương quan hình ảnh kỹ thuật số để lập bản đồ biến dạng toàn trường và các phương pháp thử nghiệm thông lượng cao cho phép đánh giá nhanh mối quan hệ giữa thành phần-xử lý-tính chất.

Những phát triển trong tương lai có thể bao gồm việc tăng cường tích hợp mô hình tính toán với các phương pháp tiếp cận thử nghiệm, cho phép dự đoán độ dẻo dựa trên các thông số về thành phần và chế biến. Các phương pháp tiếp cận trí tuệ nhân tạo có thể cho phép khám phá ra các thành phần hợp kim mới giúp tối ưu hóa độ dẻo cùng với các đặc tính quan trọng khác.