Độ giãn dài sau khi gãy: Chỉ số độ dẻo chính trong hiệu suất của thép

Định nghĩa và khái niệm cơ bản

Độ giãn dài sau khi đứt gãy là một đặc tính cơ học cơ bản định lượng độ dẻo của vật liệu bằng cách đo biến dạng dẻo vĩnh viễn khi đứt, được thể hiện dưới dạng phần trăm chiều dài đo ban đầu. Nó biểu thị khả năng biến dạng dẻo của vật liệu trước khi đứt gãy xảy ra trong quá trình thử kéo. Đặc tính này cho biết vật liệu có thể kéo dài bao nhiêu trước khi đứt, đóng vai trò là thông số quan trọng để đánh giá khả năng định hình và dự đoán hành vi trong quá trình sản xuất.

Trong bối cảnh rộng hơn của ngành luyện kim, Độ giãn dài sau khi gãy là một trong những tính chất kéo chính cùng với giới hạn chảy, độ bền kéo và giảm diện tích. Nó cung cấp thông tin cần thiết về khả năng phân phối ứng suất và hấp thụ năng lượng trước khi hỏng của vật liệu, khiến nó trở nên không thể thiếu trong việc lựa chọn vật liệu trong các ứng dụng yêu cầu biến dạng dẻo mà không gãy.

Bản chất vật lý và cơ sở lý thuyết

Cơ chế vật lý

Ở cấp độ vi cấu trúc, Độ giãn dài sau khi gãy thể hiện qua chuyển động và tương tác của các vị trí sai lệch trong mạng tinh thể của thép. Khi ứng suất được áp dụng, các khuyết tật tuyến tính này di chuyển qua cấu trúc tinh thể, cho phép các nguyên tử trượt qua nhau mà không phá vỡ các liên kết nguyên tử. Chuyển động sai lệch này cho phép biến dạng dẻo xảy ra trong khi vẫn duy trì tính toàn vẹn về mặt cấu trúc của vật liệu.

Khả năng kéo dài phụ thuộc vào mức độ tự do mà các sai lệch có thể di chuyển qua cấu trúc vi mô. Trong thép, các yếu tố như nguyên tử dung dịch rắn, chất kết tủa, ranh giới hạt và các đặc điểm cấu trúc vi mô khác đóng vai trò là chướng ngại vật đối với chuyển động sai lệch. Sự cân bằng giữa việc tạo ra sai lệch và sự cản trở xác định khả năng kéo dài cuối cùng.

Mô hình lý thuyết

Khung lý thuyết chính để hiểu về Độ giãn dài sau khi gãy bắt nguồn từ lý thuyết trật khớp, lần đầu tiên được Taylor, Orowan và Polanyi đề xuất độc lập vào những năm 1930. Lý thuyết này giải thích cách biến dạng dẻo xảy ra thông qua chuyển động của các trật khớp thay vì sự dịch chuyển đồng thời của toàn bộ mặt phẳng nguyên tử.

Theo lịch sử, sự hiểu biết về độ giãn dài phát triển từ các quan sát thực nghiệm thành các mô hình tinh vi kết hợp tính dẻo của tinh thể. Công trình đầu tiên của Considère vào những năm 1880 đã thiết lập mối quan hệ toán học giữa ứng suất và biến dạng trong quá trình thắt nút, tạo nền tảng cho phân tích hiện đại.

Các phương pháp tiếp cận hiện đại bao gồm các mô hình làm cứng biến dạng như phương trình Hollomon ($\sigma = K\varepsilon^n$), trong đó số mũ làm cứng biến dạng (n) tương quan trực tiếp với khả năng kéo dài. Mô hình Kocks-Mecking đã tinh chỉnh thêm sự hiểu biết này bằng cách kết hợp sự tiến hóa mật độ sai lệch trong quá trình biến dạng.

Cơ sở khoa học vật liệu

Độ giãn dài sau khi gãy có liên quan mật thiết đến cấu trúc tinh thể, với kim loại lập phương tâm mặt (FCC) thường biểu hiện độ giãn dài lớn hơn cấu trúc lập phương tâm khối (BCC) do có nhiều hệ thống trượt hơn. Các ranh giới hạt đóng vai trò kép—chúng tăng cường vật liệu bằng cách cản trở chuyển động sai lệch nhưng cũng có thể đóng vai trò là vị trí hình thành lỗ rỗng trong quá trình biến dạng rộng.

Cấu trúc vi mô của thép ảnh hưởng sâu sắc đến tính chất kéo dài. Các cấu trúc hạt mịn thường cung cấp sự kết hợp tốt hơn giữa độ bền và độ dẻo so với các cấu trúc hạt thô. Thành phần pha cũng quan trọng đáng kể—ferrite góp phần vào độ dẻo trong khi cementite và martensite thường làm giảm độ kéo dài.

Tính chất này minh họa cho nguyên lý khoa học vật liệu cơ bản về mối quan hệ cấu trúc-tính chất, trong đó sự sắp xếp nguyên tử và cấu trúc khuyết tật quyết định trực tiếp hành vi cơ học vĩ mô. Sự cân bằng giữa độ bền và độ dẻo là một trong những thách thức cốt lõi trong kỹ thuật vật liệu.

Biểu thức toán học và phương pháp tính toán

Công thức định nghĩa cơ bản

Phương trình cơ bản cho độ giãn dài sau khi gãy là:

$$\varepsilon = \frac{L_f - L_0}{L_0} \lần 100\%$$

Ở đâu:
- $\varepsilon$ là phần trăm độ giãn dài sau khi gãy
- $L_f$ là chiều dài đo cuối cùng sau khi gãy
- $L_0$ là chiều dài đo ban đầu trước khi thử nghiệm

Công thức tính toán liên quan

Đối với các mẫu không tỷ lệ thuận, định luật Barba đưa ra mối quan hệ giữa độ giãn dài và chiều dài chuẩn:

$$\varepsilon_1 = \varepsilon_2 \lần \sqrt{\frac{L_2}{L_1}} $$

Ở đâu:
- $\varepsilon_1$ là độ giãn dài tại chiều dài đo $L_1$
- $\varepsilon_2$ là độ giãn dài tại chiều dài đo $L_2$

Độ giãn dài đồng đều (trước khi bắt đầu thắt nút) có thể được tính như sau:

$$\varepsilon_u = \frac{L_u - L_0}{L_0} \times 100\%$$

Trong đó $L_u$ là chiều dài đo ở tải trọng tối đa trước khi bắt đầu thắt cổ chai.

Điều kiện và giới hạn áp dụng

Các công thức này giả định biến dạng đồng nhất trong chiều dài đo, biến dạng này trở nên không hợp lệ sau khi bắt đầu thắt cổ. Các phép tính chỉ có giá trị đối với thử nghiệm được tiến hành trong điều kiện gần như tĩnh ở tốc độ biến dạng không đổi.

Các phép đo độ giãn dài tiêu chuẩn phụ thuộc đáng kể vào hình dạng mẫu, đặc biệt là tỷ lệ giữa chiều dài đo và diện tích mặt cắt ngang. Kết quả từ các hình dạng mẫu khác nhau không thể được so sánh trực tiếp nếu không có các hệ số chuyển đổi thích hợp.

Các công thức giả định các đặc tính vật liệu đẳng hướng, có thể không đúng đối với thép được xử lý nhiều với kết cấu hoặc đặc tính định hướng đáng kể. Các hiệu ứng nhiệt độ không được tính đến trong các công thức cơ bản này, đòi hỏi phải có các hiệu chỉnh bổ sung cho các điều kiện thử nghiệm không phải môi trường xung quanh.

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 nghiệm độ căng của vật liệu kim loại (bao gồm chuẩn bị mẫu, quy trình thử nghiệm và phương pháp tính toán cho nhiều loại kim loại bao gồm cả thép)
• ISO 6892-1: Vật liệu kim loại — Thử kéo — Phần 1: Phương pháp thử ở nhiệt độ phòng (cung cấp hướng dẫn toàn diện về thử kéo bao gồm phép đo độ giãn dài)
• EN 10002-1: Vật liệu kim loại - Thử kéo - Phần 1: Phương pháp thử ở nhiệt độ môi trường (Tiêu chuẩn Châu Âu có phạm vi tương tự như ISO 6892-1)
• JIS Z 2241: Phương pháp thử kéo cho vật liệu kim loại (Tiêu chuẩn Nhật Bản chỉ định các quy trình thử kéo)

Thiết bị và nguyên tắc thử nghiệm

Máy thử vạn năng (UTM) là thiết bị chính để đo Độ giãn dài sau khi gãy. Các máy này áp dụng lực kéo được kiểm soát trong khi ghi lại dữ liệu tải và dịch chuyển. Các hệ thống hiện đại kết hợp các cảm biến lực để đo lực và máy đo độ giãn dài để xác định độ biến dạng chính xác.

Nguyên lý cơ bản bao gồm việc áp dụng lực căng đơn trục ở tốc độ được kiểm soát cho đến khi mẫu vật bị gãy. Trong suốt quá trình thử nghiệm, lực tác dụng và độ giãn dài tương ứng được ghi lại liên tục để tạo ra các đường cong ứng suất-biến dạng.

Các kỹ thuật đo lường tiên tiến bao gồm hệ thống tương quan hình ảnh kỹ thuật số (DIC) theo dõi các mẫu bề mặt để đo phân bố biến dạng toàn trường và máy đo độ giãn dài laser cung cấp phép đo không tiếp xúc để thử nghiệm trong buồng môi trường.

Yêu cầu mẫu

Các mẫu kéo phẳng tiêu chuẩn thường có chiều dài đo là 50mm với mặt cắt hình chữ nhật, trong khi các mẫu tròn thường sử dụng chiều dài đo là 50mm với đường kính từ 6-12,5mm. Tỷ lệ giữa chiều dài đo và diện tích mặt cắt phải tuân thủ các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn.

Chuẩn bị bề mặt đòi hỏi phải loại bỏ các vết gia công, gờ và các khuyết tật khác có thể hoạt động như bộ tập trung ứng suất. Các mẫu vật phải không có ứng suất dư có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo.

Các điểm đánh dấu chiều dài đo phải được áp dụng chính xác để có thể đo chính xác độ giãn dài cuối cùng. Đối với thử nghiệm có độ chính xác cao, mẫu vật có thể cần được đánh bóng để tạo điều kiện đo độ biến dạng bằng các kỹ thuật quang học.

Thông số thử nghiệm

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

Tốc độ tải được chỉ định là tốc độ biến dạng, thường nằm trong khoảng từ 0,001/phút đến 0,008/phút trong quá trình biến dạng đàn hồi, với tốc độ có khả năng cao hơn trong quá trình biến dạng dẻo theo các tiêu chuẩn có liên quan.

Điều kiện tải trước, phương pháp kẹp và căn chỉnh phải được kiểm soát cẩn thận để tránh hỏng hóc sớm hoặc kết quả không chính xác.

Xử lý dữ liệu

Thu thập dữ liệu chính bao gồm ghi lại các đường cong lực-biến dạng trong suốt quá trình thử nghiệm. Các hệ thống hiện đại số hóa dữ liệu này ở tốc độ lấy mẫu cao để phân tích sau này.

Các phương pháp thống kê thường bao gồm việc thử nghiệm nhiều mẫu (tối thiểu là ba mẫu) và báo cáo các giá trị trung bình với độ lệch chuẩn. Các giá trị ngoại lệ có thể được xác định bằng các phương pháp thống kê như tiêu chuẩn Chauvenet.

Giá trị độ giãn dài cuối cùng được tính bằng cách đo khoảng cách giữa các vạch đo sau khi cẩn thận lắp các mảnh mẫu bị gãy lại với nhau. Đối với các hệ thống tự động, độ giãn dài khi gãy được xác định từ độ dịch chuyển cuối cùng được hệ thống thử nghiệm ghi lại, với các hiệu chỉnh phù hợp để máy tuân thủ.

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 thấp (AISI 1020)	25-30%	Nhiệt độ phòng, chiều dài đo 50mm	Tiêu chuẩn ASTM E8/E8M
Thép cacbon trung bình (AISI 1045)	12-20%	Nhiệt độ phòng, chiều dài đo 50mm	Tiêu chuẩn ASTM E8/E8M
Thép cacbon cao (AISI 1095)	8-15%	Nhiệt độ phòng, chiều dài đo 50mm	Tiêu chuẩn ASTM E8/E8M
Thép không gỉ Austenitic (304)	40-60%	Nhiệt độ phòng, chiều dài đo 50mm	Tiêu chuẩn ASTMA370
Thép không gỉ Martensitic (410)	15-25%	Nhiệt độ phòng, chiều dài đo 50mm	Tiêu chuẩn ASTMA370
Thép HSLA (ASTM A572 Gr.50)	18-23%	Nhiệt độ phòng, chiều dài đo 200mm	Tiêu chuẩn ASTMA572
Thép cường độ cao tiên tiến (DP600)	20-25%	Nhiệt độ phòng, chiều dài đo 80mm	Tiêu chuẩn ISO6892-1

Sự khác biệt trong mỗi phân loại chủ yếu là do sự khác biệt về lịch sử xử lý, kích thước hạt và thành phần hóa học chính xác. Điều kiện xử lý nhiệt ảnh hưởng đáng kể đến giá trị độ giãn dài, đặc biệt là ở thép cacbon trung bình và cao.

Khi diễn giải các giá trị này cho các ứng dụng thực tế, các kỹ sư phải cân nhắc rằng các mẫu thử nghiệm tiêu chuẩn thường cho thấy độ giãn dài cao hơn các thành phần thực tế do các ràng buộc về hình học. Mối quan hệ giữa độ giãn dài đồng đều (trước khi thắt cổ chai) và độ giãn dài tổng thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về hành vi làm cứng và khả năng tạo hình của vật liệu.

Trong các loại thép khác nhau, có mối quan hệ nghịch đảo chung giữa độ bền và độ giãn dài, mặc dù thép hợp kim vi mô và thép đa pha hiện đại ngày càng khắc phục được sự đánh đổi truyền thống này.

Phân tích ứng dụng kỹ thuật

Những cân nhắc về thiết kế

Các kỹ sư kết hợp Độ giãn dài sau khi gãy vào các tính toán thiết kế bằng cách thiết lập các giá trị tối thiểu có thể chấp nhận được dựa trên biến dạng dự kiến ​​trong quá trình sản xuất và dịch vụ. Tính chất này giúp dự đoán khả năng tạo hình trong các quá trình như dập, uốn và kéo.

Hệ số an toàn cho độ giãn dài thường nằm trong khoảng từ 1,5 đến 3, tùy thuộc vào mức độ quan trọng của ứng dụng và điều kiện tải. Các hệ số cao hơn được áp dụng cho điều kiện tải động hoặc khi hậu quả hỏng hóc nghiêm trọng.

Quyết định lựa chọn vật liệu thường liên quan đến việc cân bằng độ giãn dài với yêu cầu về độ bền. Đối với các thành phần đòi hỏi hoạt động tạo hình đáng kể, vật liệu có giá trị độ giãn dài trên 18-20% thường được ưu tiên, trong khi các ứng dụng kết cấu có thể chấp nhận các giá trị thấp hơn nếu yêu cầu về độ bền chiếm ưu thế.

Các lĩnh vực ứng dụng chính

Trong sản xuất ô tô, Độ giãn dài sau khi gãy rất quan trọng đối với sản xuất tấm thân xe, nơi vật liệu phải chịu được các hoạt động kéo sâu mà không bị rách. Thép cường độ cao tiên tiến hiện đại được thiết kế đặc biệt để duy trì độ giãn dài thích hợp (>15%) đồng thời tăng cường độ cho hiệu suất va chạm.

Thép đường ống là một lĩnh vực ứng dụng quan trọng khác, đòi hỏi độ giãn dài đủ (thường >20%) để thích ứng với chuyển động của mặt đất và ứng suất lắp đặt. Những vật liệu này phải đồng thời duy trì độ bền và độ dẻo dai cao để đảm bảo an toàn vận hành.

Trong kỹ thuật kết cấu, đặc tính giãn dài đảm bảo rằng các thành phần thép có thể trải qua biến dạng dẻo trước khi hỏng, cung cấp cảnh báo trực quan về tình trạng quá tải. Độ dẻo này đặc biệt quan trọng trong thiết kế chống động đất, nơi hấp thụ năng lượng thông qua biến dạng dẻo ngăn ngừa sự sụp đổ thảm khốc.

Đánh đổi hiệu suất

Độ giãn dài thường biểu hiện mối quan hệ nghịch đảo với giới hạn chảy và độ bền kéo. Khi độ bền tăng lên thông qua quá trình hợp kim hóa hoặc xử lý nhiệt, chuyển động trật khớp trở nên hạn chế hơn, làm giảm khả năng giãn dài. Sự đánh đổi cơ bản này thúc đẩy phần lớn sự phát triển hợp kim thép.

Độ dai và độ giãn dài thường có mối tương quan tích cực, vì cả hai đặc tính đều dựa vào khả năng hấp thụ năng lượng của vật liệu thông qua biến dạng dẻo. Tuy nhiên, việc tối ưu hóa để kéo dài tối đa đôi khi có thể làm giảm độ dai gãy tại các khía hoặc tập trung ứng suất.

Các kỹ sư cân bằng các yêu cầu cạnh tranh này thông qua kỹ thuật vi cấu trúc, phát triển các cấu trúc đa pha kết hợp các pha có độ bền cao với các ma trận dẻo hơn. Thép pha kép hiện đại, TRIP và TWIP minh họa cho cách tiếp cận này, đạt được sự kết hợp không thể có trước đây về độ bền và độ giãn dài.

Phân tích lỗi

Độ giãn dài không đủ thường dẫn đến gãy sớm trong quá trình tạo hình, đặc biệt là tại các khu vực tập trung biến dạng cục bộ. Những hỏng hóc này thường bắt đầu tại điểm biến dạng tối đa và lan truyền nhanh chóng khi khả năng kéo dài của vật liệu bị vượt quá.

Cơ chế hỏng hóc thường liên quan đến sự hình thành hạt rỗng tại các tạp chất hoặc các hạt pha thứ hai, sau đó là sự phát triển và hợp nhất của lỗ rỗng dẫn đến gãy cuối cùng. Quá trình này tăng tốc khi khả năng làm cứng biến dạng của vật liệu bị cạn kiệt.

Các chiến lược giảm thiểu bao gồm chỉ định vật liệu có biên độ giãn dài thích hợp, tối ưu hóa quy trình tạo hình để phân phối ứng suất đều hơn và triển khai các bước ủ trung gian cho các hoạt động tạo hình phức tạp. Kiểm soát cẩn thận tốc độ ứng suất và nhiệt độ trong quá trình tạo hình cũng có thể mở rộng giới hạn khả năng tạo hình.

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 giãn dài, với mỗi lần tăng 0,1% thường làm giảm độ giãn dài 3-5% do sự hình thành cementit tăng lên. Hiệu ứng này trở nên rõ rệt hơn khi hàm lượng cacbon trên 0,3%.

Mangan thường cải thiện độ giãn dài ở nồng độ thấp (0,5-1,5%) bằng cách thúc đẩy sự gia cố dung dịch rắn trong khi vẫn duy trì độ dẻo tốt. Tuy nhiên, mangan quá mức có thể tạo thành các pha giòn làm giảm độ giãn dài.

Các nguyên tố vi lượng như lưu huỳnh và phốt pho làm giảm đáng kể độ giãn dài bằng cách hình thành các tạp chất giòn và sự phân tách ranh giới hạt. Các phương pháp sản xuất thép sạch hiện đại giới hạn các nguyên tố này ở mức dưới 0,02% để duy trì độ dẻo.

Ảnh hưởng của cấu trúc vi mô

Kích thước hạt ảnh hưởng đáng kể đến độ giãn dài, với các hạt mịn hơn thường cung cấp sự kết hợp tốt hơn giữa độ bền và độ dẻo theo mối quan hệ Hall-Petch. Tuy nhiên, các hạt cực mịn có thể làm giảm độ giãn dài tổng thể trong khi cải thiện độ giãn dài đồng đều.

Phân bố pha ảnh hưởng đáng kể đến tính chất kéo dài, với ferit cung cấp độ dẻo tốt trong khi cementit, martensite và các pha cứng khác làm giảm độ kéo dài. Hình thái của các pha này—cho dù là dạng phiến, dạng cầu hay dạng mạng—cũng ảnh hưởng đến hành vi biến dạng.

Các tạp chất và khuyết tật đóng vai trò là chất tập trung ứng suất và các vị trí tạo hạt rỗng, làm giảm khả năng kéo dài. Các tạp chất không phải kim loại, đặc biệt là các tạp chất có hình dạng sắc nhọn, đặc biệt có hại cho các đặc tính kéo dài.

Xử lý ảnh hưởng

Xử lý nhiệt ảnh hưởng sâu sắc đến độ giãn dài thông qua việc sửa đổi cấu trúc vi mô. Các quá trình ủ làm tăng độ giãn dài bằng cách giảm ứng suất bên trong và thúc đẩy quá trình kết tinh lại, trong khi các hoạt động làm nguội thường làm giảm độ giãn dài bằng cách hình thành martensit.

Các quy trình gia công cơ học như cán và rèn ảnh hưởng đến độ giãn dài thông qua quá trình làm cứng biến dạng và phát triển kết cấu. Gia công nguội thường làm giảm độ giãn dài do mật độ trật khớp tăng lên, trong khi gia công ấm có kiểm soát có thể tối ưu hóa sự kết hợp độ bền-độ dẻo.

Tốc độ làm mát trong quá trình xử lý xác định các chuyển đổi pha và các cấu trúc vi mô kết quả. Làm mát chậm thúc đẩy các pha cân bằng với độ dẻo tốt hơn, trong khi làm mát nhanh tạo ra các cấu trúc không cân bằng với độ giãn dài thường thấp hơn nhưng độ bền cao hơn.

Các yếu tố môi trường

Nhiệt độ ảnh hưởng đáng kể đến phép đo độ giãn dài, với hầu hết các loại thép cho thấy độ dẻo tăng lên ở nhiệt độ cao do tính di động của sự dịch chuyển được tăng cường. Tuy nhiên, một số loại thép cho thấy độ dẻo tối thiểu ở các phạm vi nhiệt độ cụ thể do lão hóa biến dạng động.

Môi trường ăn mòn có thể làm giảm đáng kể độ giãn dài hiệu quả thông qua các cơ chế như giòn do hydro và nứt do ăn mòn ứng suất. Ngay cả một lượng nhỏ hydro cũng có thể làm giảm độ giãn dài hơn 50% trong các loại thép dễ bị tổn thương.

Tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ cao có thể gây ra những thay đổi về cấu trúc vi mô như kết tủa hoặc chuyển đổi pha làm thay đổi tính chất kéo dài theo thời gian. Hiệu ứng lão hóa này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng nhiệt độ cao.

Phương pháp cải tiến

Việc tạo hợp kim vi mô với một lượng nhỏ các nguyên tố như niobi, titan và vanadi có thể tinh chỉnh cấu trúc hạt đồng thời kiểm soát kích thước và sự phân bố kết tủa, tối ưu hóa sự cân bằng giữa độ bền và độ dẻo.

Quá trình xử lý nhiệt cơ kết hợp biến dạng có kiểm soát và quản lý nhiệt độ chính xác để phát triển các cấu trúc vi mô được tối ưu hóa. Các kỹ thuật như cán có kiểm soát tiếp theo là làm mát nhanh tạo ra các cấu trúc hạt mịn với sự kết hợp tuyệt vời giữa độ bền và độ giãn dài.

Thiết kế có tính đến các gradient biến dạng có thể tối ưu hóa hiệu suất của linh kiện bằng cách đảm bảo rằng các vùng có độ biến dạng cao sử dụng vật liệu có đặc tính kéo dài thích hợp. Các phôi được thiết kế riêng và xử lý nhiệt chọn lọc cho phép các đặc tính khác nhau ở các vùng linh kiện khác nhau.

Các điều khoản và tiêu chuẩn liên quan

Các thuật ngữ liên quan

Độ giãn dài đồng đều đề cập đến độ biến dạng ở tải trọng tối đa trước khi bắt đầu thắt cổ, biểu thị giới hạn khả năng làm cứng biến dạng. Tính chất này đặc biệt quan trọng để dự đoán khả năng tạo hình trong các hoạt động gia công kim loại tấm.

Giảm Diện tích là một biện pháp độ dẻo bổ sung định lượng phần trăm giảm diện tích mặt cắt ngang tại điểm gãy. Nó cung cấp thông tin bổ sung về khả năng biến dạng ba chiều, đặc biệt quan trọng đối với các sản phẩm thanh và que.

Hệ số làm cứng (giá trị n) mô tả khả năng phân phối ứng suất của vật liệu trong quá trình biến dạng và tương quan trực tiếp với độ giãn dài đồng đều. Vật liệu có giá trị n cao hơn thể hiện khả năng chống co thắt và khả năng định hình tốt hơn.

Độ nhạy tốc độ biến dạng (giá trị m) mô tả cách ứng suất chảy của vật liệu phản ứng với những thay đổi về tốc độ biến dạng, ảnh hưởng đến hành vi kéo dài trong các điều kiện tải khác nhau.

Tiêu chuẩn chính

ASTM E8/E8M là tiêu chuẩn quốc tế chính về thử nghiệm kéo của vật liệu kim loại, cung cấp hướng dẫn toàn diện về chuẩn bị mẫu, quy trình thử nghiệm và phương pháp đo độ giãn dài.

Bộ tiêu chuẩn ISO 6892 cung cấp các tiêu chuẩn được công nhận trên toàn cầu về thử nghiệm kéo ở nhiệt độ phòng (Phần 1) và nhiệt độ cao (Phần 2), với các quy định cụ thể về phép đo độ giãn dài đôi khi khác với các phương pháp tiếp cận của ASTM.

Các tiêu chuẩn dành riêng cho ngành như API 5L cho thép ống và tiêu chuẩn ô tô (SAE, JIS) thường chỉ định các yêu cầu về độ giãn dài tối thiểu phù hợp với các ứng dụng và hình dạng thử nghiệm cụ thể.

Xu hướng phát triển

Nghiên cứu hiện tại tập trung vào việc phát triển các kỹ thuật phân tích đặc tính tiên tiến như thử nghiệm kéo tại chỗ trong kính hiển vi điện tử để quan sát trực tiếp sự tiến hóa của cấu trúc vi mô trong quá trình biến dạng.

Tương quan hình ảnh kỹ thuật số và trí tuệ nhân tạo đang nổi lên như những công cụ mạnh mẽ để phân tích sự phân bố ứng suất cục bộ và dự đoán hành vi kéo dài dựa trên các đặc điểm cấu trúc vi mô.

Những phát triển trong tương lai có thể sẽ tập trung vào các mô hình tính toán có khả năng dự đoán chính xác các đặc tính kéo dài từ thành phần hóa học và các thông số xử lý, cho phép thiết kế hợp kim hiệu quả hơn và tối ưu hóa quy trình cho các ứng dụng cụ thể.