Ứng suất chảy: Tham số quan trọng cho biến dạng và chế biến thép

Định nghĩa và khái niệm cơ bản

Ứng suất chảy là giá trị ứng suất tức thời cần thiết để tiếp tục biến dạng dẻo một vật liệu ở một độ biến dạng, tốc độ biến dạng và nhiệt độ cụ thể. Nó biểu thị khả năng chống lại biến dạng dẻo của vật liệu trong điều kiện tải.

Ứng suất chảy là một thông số cơ bản trong các hoạt động tạo hình kim loại, ảnh hưởng trực tiếp đến lực và nhu cầu năng lượng cho các quy trình như cán, rèn, đùn và kéo. Nó đóng vai trò là đầu vào quan trọng cho mô hình hóa và mô phỏng quy trình trong ngành công nghiệp thép.

Theo thuật ngữ luyện kim, ứng suất chảy nằm ở giao điểm của các tính chất cơ học và các thông số gia công, kết nối các đặc điểm cấu trúc vi mô với hành vi vĩ mô trong quá trình biến dạng. Nó khác với cường độ chảy ở chỗ tính đến sự tiến triển liên tục của sức cản vật liệu trong suốt quá trình biến dạng thay vì chỉ tính đến sự bắt đầu của dòng chảy dẻo.

Bản chất vật lý và cơ sở lý thuyết

Cơ chế vật lý

Ở cấp độ vi cấu trúc, ứng suất dòng chảy biểu hiện thông qua sự tương tác giữa các vị trí sai lệch và các chướng ngại vật khác nhau trong mạng tinh thể. Các vị trí sai lệch là các khiếm khuyết đường thẳng trong cấu trúc tinh thể cho phép biến dạng dẻo bằng cách cho phép các mặt phẳng nguyên tử trượt qua nhau.

Khi biến dạng tiến triển, các sai lệch nhân lên và tương tác với các chướng ngại vật như ranh giới hạt, chất kết tủa, nguyên tử chất tan và các sai lệch khác. Những tương tác này làm tăng sức cản đối với chuyển động sai lệch tiếp theo, đòi hỏi ứng suất cao hơn để duy trì dòng chảy dẻo.

Hiện tượng cứng hóa biến dạng xảy ra do mật độ trật khớp tăng lên trong quá trình biến dạng dẻo, tạo ra mạng lưới các rối trật khớp phức tạp hơn cản trở chuyển động tiếp theo. Ở nhiệt độ cao, các quá trình phục hồi như leo trật khớp và trượt ngang có thể đồng thời làm giảm ứng suất dòng chảy bằng cách cho phép trật khớp vượt qua chướng ngại vật.

Mô hình lý thuyết

Mô hình Johnson-Cook là một trong những phương trình cấu thành được sử dụng rộng rãi nhất cho ứng suất chảy, tính đến độ cứng biến dạng, độ nhạy tốc độ biến dạng và hiệu ứng làm mềm nhiệt. Mô hình thực nghiệm này xuất hiện vào những năm 1980 và đã trở thành tiêu chuẩn công nghiệp cho mô phỏng tạo hình kim loại.

Các nền tảng lý thuyết trước đó bao gồm phương trình Hollomon (1945), mô tả sự cứng lại của ứng suất thông qua mối quan hệ luật lũy thừa đơn giản. Tham số Zener-Hollomon sau đó kết hợp các hiệu ứng nhiệt độ thông qua phương trình kiểu Arrhenius.

Các phương pháp tiếp cận hiện đại bao gồm các mô hình dựa trên vật lý như mô hình ứng suất ngưỡng cơ học và các công thức dẻo tinh thể tính đến định hướng tinh thể và cơ chế biến dạng ở nhiều thang đo. Các mô hình này cung cấp độ chính xác được cải thiện nhưng đòi hỏi các quy trình xác định tham số phức tạp hơn.

Cơ sở khoa học vật liệu

Ứng suất chảy liên quan trực tiếp đến cấu trúc tinh thể, với thép lập phương tâm khối (BCC) thường biểu hiện sự phụ thuộc mạnh hơn vào nhiệt độ và tốc độ biến dạng so với kim loại lập phương tâm mặt (FCC). Các ranh giới hạt đóng vai trò như rào cản đối với chuyển động trật khớp, góp phần tạo ra ứng suất chảy thông qua mối quan hệ Hall-Petch.

Cấu trúc vi mô ảnh hưởng đáng kể đến ứng suất chảy, với thép nhiều pha thể hiện hành vi phức tạp do các đặc điểm biến dạng khác nhau của từng pha. Ferrite thường cho thấy ứng suất chảy thấp hơn martensite hoặc bainite ở cùng mức độ biến dạng.

Các nguyên lý cơ bản như lý thuyết trật khớp, làm cứng, phục hồi động và kết tinh lại động cung cấp nền tảng lý thuyết để hiểu hành vi ứng suất chảy. Các cơ chế này hoạt động đồng thời trong quá trình biến dạng, với sự đóng góp tương đối của chúng tùy thuộc vào nhiệt độ, tốc độ biến dạng và thành phần vật liệu.

Biểu thức toán học và phương pháp tính toán

Công thức định nghĩa cơ bản

Ứng suất chảy ($\sigma_f$) thường được biểu thị dưới dạng hàm của biến dạng ($\varepsilon$), tốc độ biến dạng ($\dot{\varepsilon}$) và nhiệt độ ($T$):

$$\sigma_f = f(\varepsilon, \dot{\varepsilon}, T)$$

Đối với điều kiện tốc độ biến dạng đẳng nhiệt không đổi, biểu diễn đơn giản nhất là phương trình Hollomon:

$$\sigma_f = K\varepsilon^n$$

Trong đó $K$ là hệ số cường độ và $n$ là số mũ độ cứng biến dạng.

Công thức tính toán liên quan

Mô hình Johnson-Cook kết hợp quá trình làm cứng ứng suất, độ nhạy tốc độ ứng suất và quá trình làm mềm nhiệt:

$$\sigma_f = $$A + B\varepsilon^n$$$$1 + C\ln(\frac{\dot{\varepsilon}} {\dot{\varepsilon}_0})$$$$1 - (\frac{T-T_r}{T_m-T_r})^m$$$$

Trong đó A là giới hạn chảy, B và n là các thông số làm cứng biến dạng, C là hệ số nhạy cảm với tốc độ biến dạng, m là số mũ làm mềm nhiệt, T_r là nhiệt độ tham chiếu và T_m là nhiệt độ nóng chảy.

Đối với biến dạng nóng, định luật sin hyperbolic thường được áp dụng:

$$\dot{\varepsilon} = A$$\sinh(\alpha\sigma_f)$$^n\exp(-\frac{Q}{RT})$$

Trong đó $A$, $\alpha$ và $n$ là hằng số vật liệu, $Q$ là năng lượng hoạt hóa cho biến dạng, $R$ là hằng số khí và $T$ là nhiệt độ tuyệt đối.

Điều kiện và giới hạn áp dụng

Các công thức này thường có giá trị đối với biến dạng đồng nhất dưới trạng thái ứng suất đơn trục. Khả năng áp dụng của chúng giảm đi trong trạng thái ứng suất phức tạp hoặc điều kiện biến dạng nghiêm trọng.

Mô hình Johnson-Cook cho rằng độ cứng biến dạng, tốc độ biến dạng và hiệu ứng nhiệt độ là độc lập và có tính nhân, điều này có thể không thể hiện chính xác các hiệu ứng kết hợp trong một số vật liệu hoặc điều kiện xử lý.

Hầu hết các mô hình đều giả định hành vi vật liệu đẳng hướng và bỏ qua sự tiến hóa của cấu trúc vi mô trong quá trình biến dạng. Ở nhiệt độ cao và tốc độ biến dạng thấp, quá trình kết tinh lại động có thể làm thay đổi đáng kể hành vi ứng suất dòng chảy theo những cách mà các mô hình cấu thành đơn giản không nắm bắt được.

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 kiểm tra độ bền kéo của vật liệu kim loại, bao gồm các quy trình thử nghiệm độ bền kéo ở nhiệt độ phòng.

ISO 6892-1: Vật liệu kim loại — Thử kéo — Phần 1: Phương pháp thử ở nhiệt độ phòng, cung cấp các tiêu chuẩn quốc tế về thử kéo.

ASTM E21: Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn cho thử nghiệm độ bền kéo ở nhiệt độ cao của vật liệu kim loại, đề cập đến các giao thức thử nghiệm ở nhiệt độ cao.

ISO 6892-2: Vật liệu kim loại — Thử kéo — Phần 2: Phương pháp thử ở nhiệt độ cao, bao gồm các tiêu chuẩn quốc tế về thử nghiệm ở nhiệt độ cao.

Thiết bị và nguyên tắc thử nghiệm

Máy kiểm tra vạn năng được trang bị cảm biến lực và máy đo độ giãn thường được sử dụng để đo ứng suất dòng chảy. Các hệ thống này áp dụng biến dạng có kiểm soát trong khi đo phản ứng lực kết quả.

Thiết bị mô phỏng cơ nhiệt Gleeble cho phép kiểm soát chính xác nhiệt độ, độ biến dạng và tốc độ biến dạng cùng lúc, giúp chúng trở nên lý tưởng để tạo dữ liệu ứng suất dòng chảy trong các điều kiện điển hình của quy trình công nghiệp.

Thiết bị chuyên dụng như máy thử xoắn và thanh áp suất Split-Hopkinson cho phép đo ở mức độ biến dạng và tốc độ biến dạng rất cao. Các hệ thống tiên tiến có thể kết hợp tương quan hình ảnh kỹ thuật số để đo biến dạng toàn trường.

Yêu cầu mẫu

Mẫu kéo tiêu chuẩn thường có chiều dài đo là 50mm và đường kính là 12,5mm, mặc dù các mẫu nhỏ hơn thường được dùng cho thử nghiệm chuyên biệt. Phần đo phải có kích thước đồng đều để đảm bảo biến dạng đồng đều.

Chuẩn bị bề mặt đòi hỏi phải loại bỏ lớp vảy, lớp khử cacbon hoặc các bất thường bề mặt khác có thể ảnh hưởng đến kết quả. Các bề mặt gia công phải có độ nhám thấp để ngăn ngừa hỏng sớm do các khuyết tật bề mặt.

Hướng mẫu so với hướng lăn phải được ghi chép lại, vì tính dị hướng có thể ảnh hưởng đáng kể đến ứng suất chảy. Đối với thử nghiệm biến dạng nóng, mẫu phải không có tiền sử biến dạng trước đó trừ khi nghiên cứu cụ thể các hiệu ứng đó.

Thông số thử nghiệm

Nhiệt độ thử nghiệm dao động từ nhiệt độ môi trường đến 1200°C đối với mô phỏng tạo hình nóng, với nhiệt độ kiểm soát thường được duy trì trong phạm vi ±3°C. Điều kiện môi trường có thể bao gồm bầu khí quyển bảo vệ để ngăn ngừa quá trình oxy hóa.

Tốc độ biến dạng thay đổi từ bán tĩnh (10^-4 s^-1) đến động (10^3 s^-1) tùy thuộc vào quy trình được mô phỏng. Các hoạt động tạo hình công nghiệp thường hoạt động trong phạm vi từ 0,1 đến 100 s^-1.

Chế độ biến dạng (kéo, nén, xoắn) phải phù hợp với ứng dụng dự định, vì ứng suất chảy có thể thay đổi theo trạng thái ứng suất. Điều kiện ma sát phải được kiểm soát trong thử nghiệm nén để giảm thiểu hiệu ứng đóng thùng.

Xử lý dữ liệu

Dữ liệu lực-biến dạng được chuyển đổi thành ứng suất thực-biến dạng thực bằng cách sử dụng các mối quan hệ chuẩn tính đến diện tích mặt cắt ngang thay đổi trong quá trình biến dạng. Đối với biến dạng nóng, có thể cần hiệu chỉnh nhiệt đoạn nhiệt.

Phân tích thống kê thường bao gồm nhiều thử nghiệm để thiết lập khả năng lặp lại, với các giá trị ngoại lệ được xác định thông qua phân tích độ lệch chuẩn. Các kỹ thuật điều chỉnh đường cong được áp dụng để trích xuất các tham số mô hình cấu thành.

Đường cong ứng suất dòng chảy thường được làm mịn để loại bỏ nhiễu thực nghiệm trước khi triển khai trong phần mềm mô phỏng. Nội suy giữa các điều kiện đo được có thể cần thiết để cung cấp bộ dữ liệu hoàn chỉnh cho mô hình hóa quy trình.

Phạm vi giá trị điển hình

Phân loại thép	Phạm vi ứng suất dòng chảy điển hình (MPa)	Điều kiện thử nghiệm	Tiêu chuẩn tham khảo
Thép cacbon thấp (AISI 1020)	300-500	ε=0,2, 20°C, 0,001 giây^-1	Tiêu chuẩn ASTM E8
Thép cacbon trung bình (AISI 1045)	500-700	ε=0,2, 20°C, 0,001 giây^-1	Tiêu chuẩn ASTM E8
Thép không gỉ Austenitic (304)	600-900	ε=0,2, 20°C, 0,001 giây^-1	Tiêu chuẩn ASTM E8
Thép cường độ cao tiên tiến (DP600)	800-1000	ε=0,2, 20°C, 0,001 giây^-1	Tiêu chuẩn ASTM E8

Sự khác biệt trong mỗi phân loại chủ yếu bắt nguồn từ sự khác biệt về thành phần hóa học, lịch sử xử lý trước đó và kích thước hạt. Hàm lượng carbon cao hơn thường làm tăng ứng suất chảy thông qua việc tăng cường dung dịch rắn và thúc đẩy các thành phần vi cấu trúc cứng hơn.

Các giá trị này đóng vai trò là ước tính ban đầu cho thiết kế quy trình, nhưng thử nghiệm thực tế trong các điều kiện quy trình cụ thể được khuyến nghị để mô phỏng chính xác. Ứng suất dòng chảy thường giảm khi nhiệt độ tăng và tăng khi tốc độ biến dạng cao hơn.

Một xu hướng đáng chú ý trên các loại thép là vật liệu có cường độ chịu kéo ban đầu cao hơn thường cho thấy tốc độ làm cứng biến dạng thấp hơn, dẫn đến đường cong ứng suất chảy phẳng hơn. Điều này có ý nghĩa quan trọng đối với khả năng tạo hình và nhu cầu năng lượng trong quá trình gia công.

Phân tích ứng dụng kỹ thuật

Những cân nhắc về thiết kế

Các kỹ sư sử dụng dữ liệu ứng suất dòng chảy để tính toán tải trọng tạo hình, yêu cầu về công suất và ứng suất dụng cụ trong các hoạt động tạo hình kim loại. Mô phỏng phần tử hữu hạn kết hợp các mô hình ứng suất dòng chảy để dự đoán các mẫu dòng chảy vật liệu và các khuyết tật tiềm ẩn.

Hệ số an toàn từ 1,2 đến 1,5 thường được áp dụng để tính đến sự thay đổi của vật liệu, biến động nhiệt độ và sự không chắc chắn trong điều kiện ma sát. Các yếu tố này giúp đảm bảo thiết bị có kích thước phù hợp và các công cụ có thể chịu được ứng suất cực đại.

Quyết định lựa chọn vật liệu cân bằng các đặc tính ứng suất chảy với các đặc tính khác như khả năng tạo hình và hiệu suất cơ học cuối cùng. Đối với các bộ phận phức tạp, vật liệu có hành vi ứng suất chảy ổn định và có thể dự đoán được thường được ưu tiên mặc dù có giá trị cường độ cao hơn.

Các lĩnh vực ứng dụng chính

Trong các hoạt động cán nóng, các mô hình ứng suất chảy chính xác rất quan trọng để dự đoán lực tách trục, yêu cầu mô-men xoắn và độ dày dải cuối cùng. Các gradient nhiệt độ qua độ dày tạo ra các điều kiện ứng suất chảy khác nhau phải được tính đến trong quá trình thiết lập máy cán.

Các quy trình tạo hình nguội như kéo sâu và dập dựa vào dữ liệu ứng suất chảy để dự đoán giới hạn đàn hồi, độ mỏng và khả năng tạo hình. Hành vi làm cứng ứng suất ảnh hưởng trực tiếp đến biến dạng tối đa có thể đạt được trước khi hỏng.

Hoạt động rèn sử dụng dữ liệu ứng suất dòng chảy để tối ưu hóa thiết kế phôi, trình tự làm đầy khuôn và yêu cầu về công suất ép. Độ nhạy nhiệt độ và tốc độ biến dạng của ứng suất dòng chảy trở nên đặc biệt quan trọng trong việc kiểm soát dòng chảy kim loại vào hình dạng khuôn phức tạp.

Đánh đổi hiệu suất

Ứng suất chảy cao hơn thường tương quan với độ bền tăng lên trong sản phẩm cuối cùng nhưng thường làm giảm khả năng tạo hình. Điều này tạo ra sự đánh đổi cơ bản giữa hiệu suất cấu trúc và tính dễ sản xuất.

Hành vi ứng suất dòng chảy tương tác với độ nhạy tốc độ biến dạng, trong đó vật liệu có độ nhạy tốc độ cao hơn thường cho thấy khả năng chống thắt nút cổ chai tốt hơn nhưng có thể yêu cầu kiểm soát quy trình chính xác hơn. Mối quan hệ này trở nên đặc biệt quan trọng trong các hoạt động tạo hình tốc độ cao.

Các kỹ sư thường cân bằng các yêu cầu cạnh tranh này bằng cách lựa chọn vật liệu có ứng suất chảy vừa phải và đặc tính làm cứng tốt hoặc bằng cách triển khai các quy trình tạo hình nhiều giai đoạn với phương pháp ủ trung gian.

Phân tích lỗi

Cổ thắt cục bộ là một chế độ hỏng hóc phổ biến liên quan đến việc làm cứng biến dạng không đủ so với mức ứng suất chảy. Khi biến dạng tập trung ở một vùng hẹp, tốc độ biến dạng cục bộ tăng lên đáng kể, dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng.

Cơ chế hỏng hóc thường tiến triển thông qua quá trình 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 khi biến dạng dẻo tiếp tục. Các vật liệu có ứng suất chảy cao hơn thường cho thấy khả năng chống lại sự phát triển lỗ rỗng kém hơn.

Các chiến lược giảm thiểu bao gồm tối ưu hóa đường biến dạng để tránh các kết hợp biến dạng quan trọng, thực hiện tạo hình nhiều giai đoạn với quá trình ủ trung gian và lựa chọn vật liệu có khả năng làm cứng biến dạng hoặc độ nhạy tốc độ biến dạng cao hơn.

Các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp kiểm soát

Ảnh hưởng của thành phần hóa học

Hàm lượng cacbon ảnh hưởng mạnh đến ứng suất chảy bằng cách thúc đẩy các thành phần vi cấu trúc cứng hơn và thông qua quá trình gia cường dung dịch rắn. Mỗi 0,1% cacbon tăng thường làm tăng ứng suất chảy thêm 60-80 MPa trong thép cacbon thông thường.

Mangan, silic và phốt pho góp phần tăng cường dung dịch rắn, trong đó mangan cung cấp khoảng 30-40 MPa tăng ứng suất chảy cho mỗi lần bổ sung 1%. Nitơ và bo, ngay cả ở lượng vết, có thể làm tăng đáng kể ứng suất chảy thông qua quá trình tăng cường kẽ hở.

Tối ưu hóa thành phần thường tập trung vào việc cân bằng các thành phần gia cường với các thành phần tăng cường khả năng gia công, chẳng hạn như kiểm soát hàm lượng lưu huỳnh và phốt pho để cải thiện độ dẻo nóng trong khi vẫn duy trì ứng suất chảy thích hợp để có các đặc tính cuối cùng.

Ảnh hưởng của cấu trúc vi mô

Sự tinh chỉnh kích thước hạt làm tăng ứng suất chảy theo mối quan hệ Hall-Petch, trong đó ứng suất chảy tăng theo tỷ lệ nghịch với căn bậc hai của đường kính hạt. Hiệu ứng này đặc biệt rõ rệt trong thép ferritic.

Phân bố pha ảnh hưởng đáng kể đến ứng suất chảy, với các pha cứng hơn như martensite và bainite góp phần không cân xứng vào khả năng chống biến dạng tổng thể. Thép hai pha khai thác hiệu ứng này bằng cách kết hợp ferrite mềm với các đảo martensite.

Các tạp chất phi kim loại thường làm tăng ứng suất chảy ban đầu nhưng có thể làm giảm khả năng làm cứng biến dạng bằng cách đóng vai trò là các vị trí tạo hạt rỗng. Các phương pháp làm sạch thép hiện đại nhằm mục đích giảm thiểu hàm lượng tạp chất và thay đổi hình thái tạp chất thành hình cầu.

Xử lý ảnh hưởng

Xử lý nhiệt ảnh hưởng đáng kể đến ứng suất chảy bằng cách thay đổi các thành phần pha và sự phân bố của chúng. Làm nguội và tôi luyện thường tạo ra ứng suất chảy cao hơn so với xử lý chuẩn hóa hoặc ủ.

Làm nguội làm tăng ứng suất chảy thông qua quá trình tôi luyện biến dạng, với dây kéo mạnh hoặc tấm cán nguội cho thấy giá trị cao hơn đáng kể so với vật liệu cán nóng. Hiệu ứng này có thể được định lượng thông qua các tham số phương trình Hollomon.

Tốc độ làm mát trong quá trình xử lý nóng ảnh hưởng đến các sản phẩm biến đổi và do đó ảnh hưởng đến ứng suất chảy. Làm mát nhanh trên bàn chạy của máy cán nóng có thể làm tăng ứng suất chảy thêm 100-200 MPa thông qua quá trình tinh chế cấu trúc vi mô và làm cứng biến đổi.

Các yếu tố môi trường

Nhiệt độ có tác động sâu sắc đến ứng suất chảy, thường làm giảm ứng suất chảy đi 50-70% khi đạt đến 0,5Tm (một nửa nhiệt độ nóng chảy tuyệt đối). Mối quan hệ này trở nên theo cấp số nhân ở nhiệt độ cao hơn do các quá trình phục hồi được kích hoạt bằng nhiệt.

Hydro trong mạng thép có thể làm giảm ứng suất chảy thông qua tính dẻo cục bộ được tăng cường hydro, đặc biệt là vấn đề ở thép cường độ cao tiếp xúc với môi trường ăn mòn. Hiệu ứng này trở nên rõ rệt hơn ở tốc độ biến dạng chậm hơn.

Tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ cao có thể làm thay đổi ứng suất chảy thông qua quá trình kết tủa, làm thô hoặc các thay đổi vi cấu trúc khác. Hành vi phụ thuộc vào thời gian này đặc biệt quan trọng trong thép chống biến dạng được sử dụng trong các ứng dụng phát điện.

Phương pháp cải tiến

Xử lý kiểm soát nhiệt cơ học (TMCP) tăng cường ứng suất chảy thông qua quá trình tinh chế hạt và gia cường kết tủa trong khi vẫn duy trì độ dẻo dai tốt. Phương pháp này kết hợp cán kiểm soát với làm mát tăng tốc để tối ưu hóa cấu trúc vi mô.

Hợp kim vi mô với một lượng nhỏ niobi, titan hoặc vanadi (thường <0,1%) làm tăng đáng kể ứng suất chảy thông qua quá trình làm cứng kết tủa và tinh chế hạt. Các nguyên tố này tạo thành cacbua và nitrua cản trở chuyển động trật khớp.

Các phương pháp thiết kế khai thác khả năng làm cứng ứng suất bao gồm các thành phần ứng suất trước ở những khu vực không quan trọng hoặc triển khai các phương pháp xử lý nhiệt khác biệt để tạo ra các đặc tính phù hợp trên một thành phần duy nhất.

Các điều khoản và tiêu chuẩn liên quan

Các thuật ngữ liên quan

Giới hạn chảy biểu thị ứng suất mà tại đó vật liệu bắt đầu biến dạng dẻo, đóng vai trò là điểm ban đầu trên đường cong ứng suất chảy. Không giống như ứng suất chảy, giới hạn chảy là một giá trị duy nhất chứ không phải là hàm của biến dạng.

Số mũ làm cứng (giá trị n) định lượng khả năng phân phối ứng suất của vật liệu trong quá trình tạo hình và liên quan trực tiếp đến độ dốc của đường cong ứng suất chảy theo tọa độ logarit. Giá trị n cao hơn cho thấy khả năng chống thắt nút cổ chai lớn hơn.

Độ nhạy tốc độ biến dạng (giá trị m) mô tả cách ứng suất chảy thay đổi theo tốc độ biến dạng, với các giá trị cao hơn cho thấy khả năng chống biến dạng cục bộ lớn hơn. Tham số này trở nên đặc biệt quan trọng trong các hoạt động tạo hình tốc độ cao.

Các thuật ngữ này là các khía cạnh liên kết với nhau của hành vi biến dạng dẻo của vật liệu, trong đó ứng suất chảy bao gồm các hiệu ứng kết hợp của độ dẻo ban đầu, độ cứng khi làm việc và độ nhạy tốc độ trong suốt quá trình biến dạng.

Tiêu chuẩn chính

ASTM A1005/A1005M cung cấp các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho tấm và dải thép dùng cho hoạt động tạo hình nóng, bao gồm các yêu cầu về thử nghiệm ứng suất chảy và báo cáo.

JIS G 0602 (Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản) nêu chi tiết các phương pháp thử nghiệm nén ở nhiệt độ cao đối với vật liệu kim loại, đặc biệt đề cập đến phép đo ứng suất chảy cho các quy trình làm việc nóng.

ISO 20482 thiết lập các phương pháp thử nghiệm khả năng tạo hình của tấm kim loại, bao gồm các phương pháp để mô tả hành vi ứng suất chảy trong điều kiện ứng suất hai trục tiêu biểu cho các hoạt động tạo hình công nghiệp.

Xu hướng phát triển

Các kỹ thuật phân tích đặc tính tiên tiến như nhiễu xạ neutron tại chỗ cho phép các nhà nghiên cứu quan sát các cơ chế biến dạng ở quy mô vi cấu trúc trong quá trình tải, cung cấp những hiểu biết mới về sự tiến hóa của ứng suất dòng chảy.

Các phương pháp học máy ngày càng được áp dụng để phát triển các mô hình cấu thành chính xác hơn, nắm bắt các hành vi vật liệu phức tạp mà không cần các phương trình vật lý rõ ràng. Các mô hình dựa trên dữ liệu này có thể biểu diễn tốt hơn các hiệu ứng kết hợp giữa các biến.

Những phát triển trong tương lai có thể sẽ tập trung vào các phương pháp mô hình hóa đa thang độ kết nối các mô phỏng độ dẻo tinh thể và nguyên tử với hành vi vĩ mô, cung cấp nhiều dự đoán dựa trên vật lý hơn về ứng suất dòng chảy trong điều kiện tải phức tạp.