Độ giãn dài: Đo lường độ dẻo quan trọng cho hiệu suất và chất lượng thép

Định nghĩa và khái niệm cơ bản

Độ giãn dài là một đặc tính cơ học cơ bản định lượng khả năng biến dạng dẻo của vật liệu dưới ứng suất kéo trước khi xảy ra gãy. Nó biểu thị phần trăm tăng chiều dài của mẫu thử so với chiều dài đo ban đầu của nó sau khi bị kéo căng đến mức hỏng trong thử nghiệm kéo.

Tính chất này đóng vai trò là chỉ báo quan trọng về độ dẻo của vật liệu, điều này rất cần thiết cho các quy trình sản xuất như tạo hình, kéo và uốn. Độ giãn dài cung cấp cho các kỹ sư thông tin có giá trị về khả năng biến dạng dẻo của thép mà không bị gãy, cho phép dự đoán hành vi của vật liệu trong quá trình chế tạo và điều kiện sử dụng.

Trong lĩnh vực luyện kim rộng hơn, độ giãn dài đứng cùng với giới hạn chảy, độ bền kéo và độ dẻo dai là một trong những tính chất cơ học cốt lõi được sử dụng để mô tả và phân loại các sản phẩm thép. Nó đại diện cho một thông số kiểm soát chất lượng quan trọng trong sản xuất thép và đóng vai trò là yêu cầu thông số kỹ thuật theo hợp đồng cho nhiều loại thép và ứng dụng.

Bản chất vật lý và cơ sở lý thuyết

Cơ chế vật lý

Ở cấp độ vi cấu trúc, sự kéo dài là kết quả của sự di chuyển và nhân lên của các vị trí sai lệch trong mạng tinh thể của thép. Khi có đủ ứng suất, các khuyết tật đường này di chuyển qua cấu trúc tinh thể, cho phép các mặt phẳng nguyên tử trượt qua nhau mà không phá vỡ hoàn toàn các liên kết nguyên tử.

Khả năng của các vị trí sai lệch di chuyển tự do qua cấu trúc vi mô quyết định mức độ kéo dài có thể xảy ra. Trong ferit lập phương tâm khối (BCC), các vị trí sai lệch gặp phải ma sát mạng cao hơn so với austenit lập phương tâm mặt (FCC), điều này giải thích một phần lý do tại sao thép không gỉ austenit thường có độ kéo dài lớn hơn so với các loại ferit.

Các ranh giới hạt, chất kết tủa và các đặc điểm vi cấu trúc khác đóng vai trò là chướng ngại vật đối với chuyển động trật khớp. Sự tương tác giữa các chướng ngại vật và trật khớp này tạo ra hành vi ứng suất-biến dạng đặc trưng được quan sát thấy trong quá trình thử kéo, ảnh hưởng trực tiếp đến các giá trị độ giãn dài được đo.

Mô hình lý thuyết

Biến dạng dẻo tạo ra sự kéo dài chủ yếu được mô tả bằng lý thuyết trật khớp, lần đầu tiên được Taylor, Orowan và Polanyi đề xuất 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 đồng thời phá vỡ tất cả các liên kết nguyên tử trên một mặt phẳng.

Theo lịch sử, sự hiểu biết về độ giãn dài phát triển từ các quan sát thực nghiệm thành các mô hình toán học. Công trình đầu tiên của Considère (1885) đã thiết lập các tiêu chí cho sự khởi đầu của sự thắt nút, đánh dấu sự chuyển đổi từ độ giãn dài đồng đều sang cục bộ.

Các phương pháp tiếp cận hiện đại bao gồm các mô hình dẻo tinh thể kết hợp các hiệu ứng định hướng hạt và phân tích phần tử hữu hạn có thể dự đoán hành vi biến dạng trong hình học phức tạp. Các mô hình phụ thuộc vào tốc độ như phương trình Johnson-Cook mở rộng thêm các khuôn khổ này để tính đến tốc độ biến dạng và các hiệu ứng nhiệt độ đối với độ giãn dài.

Cơ sở khoa học vật liệu

Độ giãn dài có liên quan mật thiết đến cấu trúc tinh thể, trong đó kim loại lập phương tâm mặt (FCC) thường có độ giãn dài 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.

Các ranh giới hạt ảnh hưởng đáng kể đến độ giãn dài bằng cách hoạt động như rào cản đối với chuyển động trật khớp. Thép hạt mịn thường có độ bền kéo cao hơn nhưng độ giãn dài thấp hơn so với các biến thể hạt thô có cùng thành phần, thể hiện sự đánh đổi độ bền-độ dẻo cổ điển.

Các nguyên lý cơ bản của quá trình làm cứng (làm cứng biến dạng) giải thích tại sao độ giãn dài giảm khi thép được gia công nguội. Khi các sai lệch tích tụ và tương tác trong quá trình biến dạng, chuyển động của chúng ngày càng bị hạn chế, làm giảm khả năng biến dạng dẻo tiếp theo của vật liệu.

Biểu thức toán học và phương pháp tính toán

Công thức định nghĩa cơ bản

Phương trình cơ bản của sự kéo dài là:

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

Ở đâu:
- $\varepsilon$ là phần trăm kéo dài
- $L_f$ 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

Biến dạng kỹ thuật, có liên quan chặt chẽ đến độ giãn dài, được tính như sau:

$$e = \frac{\Delta L}{L_0} = \frac{L - L_0}{L_0}$$

Độ biến dạng thực, tính đến những thay đổi chiều dài tức thời, được biểu thị như sau:

$$\varepsilon_{true} = \ln\left(\frac{L}{L_0}\right) = \ln(1 + e)$$

Đối với kim loại tuân theo mô hình làm cứng theo định luật lũy thừa, mối quan hệ giữa ứng suất thực và biến dạng thực trong vùng dẻo có thể được biểu thị như sau:

$$\sigma_{đúng} = K\varepsilon_{đúng}^n$$

Trong đó $K$ là hệ số cường độ và $n$ là số mũ độ cứng biến dạng, tương quan với độ giãn dài đồng đều thông qua:

$$\varepsilon_{đồng phục} \approx n$$

Điều kiện và giới hạn áp dụng

Các công thức này giả định biến dạng đồng nhất trên toàn bộ chiều dài đo, chỉ có giá trị cho đến khi bắt đầu thắt cổ chai. Sau khi thắt cổ chai bắt đầu, biến dạng trở nên cục bộ và công thức biến dạng kỹ thuật đơn giản không còn biểu diễn chính xác biến dạng cục bộ nữa.

Các phép tính giả định các điều kiện tải tĩnh gần đúng và không áp dụng trực tiếp cho biến dạng tốc độ biến dạng cao mà không có sự điều chỉnh. Các hiệu ứng nhiệt độ cũng không được tính đến trong các công thức cơ bản này.

Các phép đo độ giãn dài tiêu chuẩn giả định rằng mẫu thử đã được gia công và chuẩn bị đúng cách theo các tiêu chuẩn có liên quan, không có khuyết tật nào tồn tại trước đó có thể gây ra hỏng hóc sớm.

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 bền kéo của vật liệu kim loại (Hoa Kỳ) - Bao gồm các quy trình chi tiết để tiến hành thử nghiệm độ bền kéo và đo độ giãn dài cho nhiều hình dạng mẫu khác nhau.

ISO 6892-1: Vật liệu kim loại - Thử kéo - Phần 1: Phương pháp thử ở nhiệt độ phòng - Cung cấp các quy trình được công nhận quốc tế để xác định độ giãn dài và các đặc tính kéo khác.

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 đối với vật liệu kim loại - Tiêu chuẩn Nhật Bản quy định các quy trình thử kéo bao gồm phép đo độ giãn dài.

Thiết bị và nguyên tắc thử nghiệm

Máy thử nghiệm vạn năng (UTM) là thiết bị chính được sử dụng để đo độ giãn dài. Các máy này tác dụng lực kéo được kiểm soát lên mẫu vật trong khi ghi lại dữ liệu tải và dịch chuyển.

Máy đo độ giãn dài được gắn vào phần đo của mẫu thử để đo độ giãn dài trực tiếp trong quá trình thử nghiệm. Các hệ thống hiện đại sử dụng máy đo độ giãn dài tiếp xúc cơ học hoặc máy đo độ giãn dài video không tiếp xúc để đo độ biến dạng chính xác.

Nguyên lý cơ bản bao gồm việc áp dụng lực kéo đơn trục ở tốc độ được kiểm soát cho đến khi mẫu vật bị gãy, trong khi liên tục theo dõi tải trọng được áp dụng và biến dạng kết quả. Hệ thống thu thập dữ liệu kỹ thuật số ghi lại thông tin này để phân tích sau này.

Yêu cầu mẫu

Các mẫu kéo phẳng tiêu chuẩn thường có chiều dài đo là 50mm hoặc 2 inch, với tỷ lệ chiều rộng trên độ dày được thiết kế để đảm bảo phân phối ứng suất đồng đều. Các mẫu tròn thường có đường kính đo là 12,5mm hoặc 0,5 inch.

Chuẩn bị bề mặt đòi hỏi phải loại bỏ các vết gia công, gờ hoặc các điểm bất thường khác trên bề mặt có thể đóng vai trò là bộ tập trung ứng suất. Các mẫu vật phải không có ứng suất dư có thể ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm.

Các điểm đánh dấu chiều dài đo phải được áp dụng chính xác để có thể đo chính xác độ giãn dài cuối cùng sau khi gãy. Mẫu vật phải được căn chỉnh đúng cách trong máy thử để tránh ứng suất uốn có thể làm mất hiệu lực kết quả.

Thông số thử nghiệm

Thử nghiệm tiêu chuẩn thường được tiến hành ở nhiệt độ phòng (23±5°C) và điều kiện khí quyển bình thường. Đối với các ứng dụng chuyên biệt, thử nghiệm có thể được thực hiện ở nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ đông lạnh.

ASTM E8 chỉ định tốc độ biến dạng trong khoảng từ 0,001 đến 0,015 mm/mm/phút trong quá trình chảy dẻo và từ 0,05 đến 0,5 mm/mm/phút sau khi chảy dẻo. ISO 6892-1 cung cấp các hướng dẫn tương tự với các tùy chọn kiểm soát tốc độ biến dạng.

Tải trước để loại bỏ độ chùng trong hệ thống thử nghiệm thường được giới hạn ở mức 5% tải trọng giới hạn dự kiến ​​để tránh gây ra biến dạng dẻo trước khi bắt đầu đo.

Xử lý dữ liệu

Dữ liệu tải trọng-biến dạng được thu thập liên tục trong quá trình thử nghiệm và chuyển đổi thành đường cong ứng suất-biến dạng. Ứng suất kỹ thuật được tính bằng cách chia lực cho diện tích mặt cắt ngang ban đầu.

Phân tích thống kê thường bao gồm tính toán giá trị trung bình và độ lệch chuẩn từ nhiều mẫu vật. Đối với các ứng dụng quan trọng, phương pháp thống kê Weibull có thể được áp dụng để mô tả sự phân bố của các giá trị độ giãn dài.

Độ giãn dài cuối cùng được xác định bằng cách ghép các nửa mẫu bị gãy lại với nhau và đo khoảng cách giữa các vạch đo. Giá trị này sau đó được sử dụng trong công thức độ giãn dài cơ bản để tính phần trăm độ giãn dài.

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 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 hợp kim thấp cường độ cao (HSLA)	10-25%	Nhiệt độ phòng, chiều dài đo 50mm	Tiêu chuẩn ASTMA370
Thép cường độ cao tiên tiến (TRIP)	25-35%	Nhiệt độ phòng, chiều dài đo 80mm	Tiêu chuẩn ISO6892-1
Thép công cụ (AISI D2)	5-15%	Nhiệt độ phòng, chiều dài đo 25mm	Tiêu chuẩn ASTM E8/E8M

Sự khác biệt trong mỗi phân loại chủ yếu là do sự khác biệt trong xử lý nhiệt, kích thước hạt và các điều chỉnh thành phần nhỏ. Ví dụ, thép cacbon thấp được chuẩn hóa thường cho độ giãn dài cao hơn so với cùng loại thép trong điều kiện gia công nguội.

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 do bản chất cục bộ của sự thắt nút. Một thông lệ phổ biến là bao gồm chiều dài đo dưới dạng chỉ số dưới (ví dụ: A₅₀ cho chiều dài đo 50mm).

Trong các loại thép khác nhau, có mối quan hệ nghịch đảo rõ ràng giữa độ bền và độ giãn dài. Thép có độ bền cao thường có giá trị độ giãn dài thấp hơn, trong khi các loại thép mềm hơn thể hiện độ dẻo và độ giãn dài lớn hơn.

Phân tích ứng dụng kỹ thuật

Những cân nhắc về thiết kế

Các kỹ sư kết hợp các giá trị độ giãn dài vào các tính toán thiết kế để đảm bảo các thành phần có thể chịu được các hoạt động tạo hình dự kiến ​​mà không bị hỏng. Đối với các ứng dụng quan trọng, các yêu cầu về độ giãn dài tối thiểu được chỉ định cùng với các thông số về độ bền.

Hệ số an toàn cho độ giãn dài thường nằm trong khoảng từ 1,5 đến 2,5, tùy thuộc vào mức độ quan trọng của ứng dụng và khả năng dự đoán biến dạng. Hệ số an toàn cao hơn được áp dụng khi các đặc tính vật liệu cho thấy sự thay đổi đáng kể hoặc khi các yếu tố môi trường có thể làm giảm độ dẻo.

Quyết định lựa chọn vật liệu thường liên quan đến việc cân bằng độ giãn dài so với yêu cầu về độ bền. Đối với các thành phần đòi hỏi các hoạt động tạo hình phức tạp, vật liệu có giá trị độ giãn dài vượt quá 20% thường được ưu tiên, trong khi các ứng dụng kết cấu có thể ưu tiên độ bền hơn độ giãn dài.

Các lĩnh vực ứng dụng chính

Trong sản xuất ô tô, độ giãn dài rất quan trọng đối với các hoạt động tạo hình kim loại tấm tạo ra các tấm thân xe phức tạp. Vật liệu phải thể hiện độ giãn dài đủ để phù hợp với hình dạng khuôn mà không bị rách hoặc mỏng quá mức, thường yêu cầu giá trị độ giãn dài tối thiểu là 20-30%.

Thép đường ống cần có sự cân bằng tối ưu giữa độ bền và độ giãn dài để chịu được ứng suất lắp đặt và chuyển động tiềm ẩn của mặt đất. Thép đường ống X70 và X80 hiện đại duy trì giá trị độ giãn dài từ 15-25% trong khi vẫn đạt được mức độ bền cao.

Trong các ứng dụng kết cấu như khung tòa nhà và cầu, độ giãn dài cung cấp cảnh báo về sự cố sắp xảy ra thông qua biến dạng có thể nhìn thấy trước khi xảy ra gãy. Khả năng biến dạng này đặc biệt quan trọng trong thiết kế chống động đất, nơi các cấu trúc phải hấp thụ năng lượng thông qua biến dạng dẻo.

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, độ giãn dài thường giảm, tạo ra sự đánh đổi thiết kế cơ bản cho các kỹ sư.

Độ dai và độ giãn dài có mối tương quan tích cực nhưng không phải là đặc tính giống hệt nhau. Vật liệu có độ giãn dài cao thường có độ dai tốt, nhưng việc tối ưu hóa khả năng chống va đập ở nhiệt độ thấp có thể đòi hỏi phải hy sinh một số độ giãn dài để đạt được các đặc điểm cấu trúc vi mô cụ thể.

Các kỹ sư cân bằng các yêu cầu cạnh tranh này thông qua kỹ thuật vi cấu trúc, phát triển các loại thép đa pha như thép pha kép (DP) và thép dẻo do biến đổi (TRIP) đạt được sự kết hợp tốt hơn về độ bền và độ giãn dài so với các vật liệu pha đơn thông thường.

Phân tích lỗi

Độ giãn dài không đủ thường dẫn đến hiện tượng tách hoặc rách trong quá trình tạo hình khi khả năng biến dạng của vật liệu bị vượt quá. Những hư hỏng này thường bắt đầu ở các khu vực tập trung ứng suất hoặc vật liệu bị mỏng đi.

Cơ chế hỏng hóc bắt đầu bằng sự thắt nút cục bộ, sau đó 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 khi biến dạng tiếp tục, cuối cùng tạo thành bề mặt gãy đặc trưng bởi các vết lõm nhỏ.

Các chiến lược giảm thiểu bao gồm lựa chọn vật liệu có biên độ giãn dài phù hợp với mức độ tạo hình dự định, tối ưu hóa các thông số tạo hình để phân bổ ứng suất đều hơn và triển khai các quy trình tạo hình nhiều giai đoạn với các bước ủ trung gian cho các hình dạng đặc biệt khó.

Các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp kiểm soát

Ảnh hưởng của thành phần hóa học

Hàm lượng carbon ảnh hưởng mạnh đến độ giãn dài, với mỗi lần tăng 0,1% thường làm giảm độ giãn dài 2-4%. Điều này xảy ra vì carbon thúc đẩy các thành phần vi cấu trúc cứng hơn như perlit và martensit hạn chế chuyển động sai lệch.

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 mà không hạn chế nghiêm trọng chuyển động trật khớp. Tuy nhiên, mangan quá mức có thể tạo thành các pha giòn làm giảm độ giãn dài.

Phốt pho và lưu huỳnh, ngay cả ở lượng vết (>0,02%), làm giảm đáng kể độ giãn dài bằng cách hình thành các tạp chất giòn và phân tách thành ranh giới hạt. Các phương pháp sản xuất thép sạch hiện đại giảm thiểu các nguyên tố này để cải thiện độ dẻo và độ giãn dài.

Ảnh hưởng của cấu trúc vi mô

Việc tinh chỉnh kích thước hạt thường làm giảm độ giãn dài trong khi tăng cường độ bền kéo, theo mối quan hệ Hall-Petch. Tuy nhiên, các hạt cực mịn (< 1μm) đôi khi có thể tăng cường cả độ bền và độ giãn dài thông qua các cơ chế như trượt ranh giới hạt.

Phân bố pha ảnh hưởng đáng kể đến độ giãn dài, với các cấu trúc vi mô do ferit chi phối cho thấy độ giãn dài cao hơn so với các cấu trúc chứa một lượng đáng kể perlit, bainit hoặc martensite. Austenit được giữ lại trong thép TRIP làm tăng độ giãn dài thông qua tính dẻo do biến đổi gây ra.

Các tạp chất phi kim loại đóng vai trò là chất tập trung ứng suất và các vị trí tạo hạt rỗng, làm giảm độ giãn dài. Các kỹ thuật sản xuất thép sạch hiện đại tập trung vào việc giảm thiểu hàm lượng tạp chất và sửa đổi hình thái tạp chất thành các hình cầu ít gây hại cho độ giãn dài hơn.

Xử lý ảnh hưởng

Xử lý nhiệt ảnh hưởng đáng kể đến độ giãn dài, với quá trình ủ thường làm tăng độ giãn dài trong khi các hoạt động làm nguội và ram làm giảm độ giãn dài. Chuẩn hóa thường tạo ra các giá trị độ giãn dài trung gian.

Làm việc nguội làm giảm dần độ giãn dài khi mật độ trật khớp tăng lên. Giảm 50% độ dày thông qua cán nguội có thể làm giảm độ giãn dài 70-80% so với điều kiện ủ.

Tốc độ làm mát trong quá trình xử lý nóng ảnh hưởng đến động học chuyển pha và cấu trúc vi mô kết quả. Làm mát nhanh thường làm giảm độ giãn dài bằng cách thúc đẩy các sản phẩm chuyển pha cứng hơn, trong khi làm mát chậm ưu tiên các cấu trúc vi mô mềm hơn với độ giãn dài cao hơn.

Các yếu tố môi trường

Nhiệt độ cao thường làm tăng độ giãn dài lên đến một điểm nhất định (thường là 200-300°C đối với thép cacbon) bằng cách tăng cường tính di động của sự sai lệch. Ngoài phạm vi này, lão hóa biến dạng động có thể làm giảm độ giãn dài trong các cửa sổ nhiệt độ cụ thể.

Tiếp xúc với hydro, ngay cả ở nồng độ thấp, có thể làm giảm đáng kể độ giãn dài thông qua cơ chế giòn hydro. Hiệu ứng này đặc biệt rõ rệt ở thép cường độ cao và trong điều kiện tốc độ biến dạng chậm.

Tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trong phạm vi giòn màu xanh (250-400°C) có thể làm giảm độ giãn dài trong thép cacbon thông qua hiệu ứng lão hóa do ứng suất, trong đó các nguyên tử xen kẽ di chuyển đến các vị trí sai lệch và hạn chế chuyển động của chúng.

Phương pháp cải tiến

Hợp kim vi mô với một lượng nhỏ các nguyên tố như niobi, titan và vanadi có thể cải thiện độ giãn dài trong khi vẫn duy trì độ bền bằng cách kiểm soát kích thước hạt và cơ chế gia cường kết tủa.

Quá trình xử lý nhiệt cơ, đặc biệt là quá trình cán có kiểm soát tiếp theo là quá trình làm mát nhanh, có thể tạo ra các cấu trúc vi mô được tối ưu hóa với sự kết hợp cải thiện về độ bền và độ giãn dài so với các phương pháp xử lý thông thường.

Thiết kế với trạng thái ứng suất hai trục thay vì lực căng một trục có thể tăng cường độ giãn dài hiệu quả trong các thành phần đã tạo hình. Các kỹ thuật như tạo hình thủy lực phân phối ứng suất đều hơn so với dập thông thường, cho phép biến dạng nghiêm trọng hơn trước khi hỏng.

Các điều khoản và tiêu chuẩn liên quan

Các thuật ngữ liên quan

Độ giãn dài đồng đều đề cập cụ thể đến độ biến dạng ở tải trọng tối đa trước khi bắt đầu thắt cổ. Tính chất này đặc biệt quan trọng đối với các hoạt động tạo hình tấm khi thắt cổ cục bộ dẫn đến hỏng hóc.

Giảm diện tích là một phép đo độ dẻo liên quan định lượng phần trăm giảm diện tích mặt cắt ngang tại điểm gãy. Nó bổ sung cho độ giãn dài bằng cách cung cấp thông tin về khả năng chịu biến dạng cục bộ của vật liệu.

Số mũ độ cứng biến dạng (giá trị n) mô tả khả năng phân phối biến dạng của vật liệu trong quá trình biến dạng và tương quan trực tiếp với độ giãn dài đồng đều. Giá trị n cao hơn cho thấy khả năng chống thắt nút cổ chai lớn hơn và khả năng tạo hình tốt hơn.

Mối quan hệ giữa các tính chất này cung cấp cái nhìn toàn diện về hành vi biến dạng của vật liệu, trong đó độ giãn dài đo độ dẻo tổng thể, độ giảm diện tích biểu thị độ dẻo cục bộ và giá trị n dự đoán khả năng tạo hình.

Tiêu chuẩn chính

ASTM A370: Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn và định nghĩa cho thử nghiệm cơ học của sản phẩm thép - Cung cấp các quy trình thử nghiệm toàn diện cho tất cả các sản phẩm thép và tham khảo ASTM E8 để biết phương pháp thử kéo chi tiết.

Bộ tiêu chuẩn ISO 6892 bao gồm nhiều phần giải quyết vấn đề thử nghiệm độ bền kéo trong nhiều điều kiện khác nhau, bao gồm nhiệt độ cao (Phần 2) và tốc độ biến dạng cao (Phần 3), cung cấp khuôn khổ hoàn chỉnh để đo độ giãn dài.

Các tiêu chuẩn khu vực như JIS G 0404 (Nhật Bản) và GB/T 228 (Trung Quốc) duy trì các phương pháp thử nghiệm tương tự nhưng có thể chỉ định hình dạng mẫu hoặc thông số thử nghiệm khác nhau, đòi hỏi phải cân nhắc cẩn thận khi so sánh dữ liệu quốc tế.

Xu hướng phát triển

Nghiên cứu hiện tại tập trung vào việc phát triển thép cường độ cao tiên tiến với độ giãn dài được cải thiện thông qua các cấu trúc vi mô đa pha phức tạp. AHSS thế hệ thứ ba nhằm mục đích vượt qua giới hạn đánh đổi độ bền-độ dẻo thông thường.

Công nghệ tương quan hình ảnh kỹ thuật số (DIC) đang nổi lên như một công cụ mạnh mẽ để đo độ biến dạng toàn trường trong quá trình thử kéo, cung cấp thông tin chi tiết về sự phân bố và vị trí biến dạng mà các máy đo độ giãn dài truyền thống không thể nắm bắt được.

Các phát triển trong tương lai có thể bao gồm giám sát tiến hóa vi cấu trúc theo thời gian thực trong quá trình biến dạng, cho phép quan sát trực tiếp các cơ chế biến đổi và mối quan hệ của chúng với hành vi kéo dài vĩ mô. Điều này có thể dẫn đến thiết kế vi cấu trúc chính xác hơn để tối ưu hóa các đặc tính cơ học.