Proof Stress: Tham số giới hạn chảy quan trọng trong thử nghiệm hiệu suất thép

Định nghĩa và khái niệm cơ bản

Ứng suất thử là thước đo giới hạn đàn hồi của vật liệu, được định nghĩa là ứng suất gây ra một lượng biến dạng vĩnh viễn nhất định (thường là 0,2% hoặc 0,1% kích thước ban đầu). Nó đóng vai trò thay thế thực tế cho giới hạn chảy trong các vật liệu không có điểm chảy rõ ràng, chẳng hạn như thép không gỉ austenit và kim loại màu.

Tính chất này là cơ bản trong thiết kế kỹ thuật vì nó biểu thị ứng suất tối đa mà vật liệu có thể chịu được trong khi vẫn duy trì hành vi chủ yếu là đàn hồi. Ngoài ứng suất thử nghiệm, vật liệu bị biến dạng dẻo đáng kể có thể làm giảm tính toàn vẹn của cấu trúc trong điều kiện sử dụng.

Trong khoa học luyện kim, ứng suất thử chiếm vị trí quan trọng giữa chế độ biến dạng đàn hồi và dẻo. Nó kết nối khoa học vật liệu lý thuyết với các ứng dụng kỹ thuật thực tế, cung cấp thông số đáng tin cậy để lựa chọn vật liệu, thiết kế thành phần và kiểm soát chất lượng trong sản xuất thép.

Bản chất vật lý và cơ sở lý thuyết

Cơ chế vật lý

Ở cấp độ vi cấu trúc, ứng suất thử nghiệm biểu thị ứng suất cần thiết để kích hoạt và di chuyển các sai lệch qua mạng tinh thể một cách vĩnh viễn. Khi ứng suất được áp dụng, các sai lệch gặp phải sức cản từ ma sát mạng, kết tủa, ranh giới hạt và các đặc điểm vi cấu trúc khác.

Sự chuyển đổi từ biến dạng đàn hồi sang biến dạng dẻo xảy ra khi ứng suất tác dụng vượt qua các rào cản này, cho phép các sai lệch nhân lên và di chuyển qua các mặt phẳng trượt. Chuyển động này tạo ra biến dạng vĩnh viễn khi các liên kết nguyên tử bị phá vỡ và tái tạo ở các vị trí mới.

Khả năng chống lại chuyển động trật khớp thay đổi theo các đặc điểm cấu trúc vi mô như kích thước hạt, phân bố kết tủa và thành phần pha. Các đặc điểm này xác định độ lớn của ứng suất thử và có thể được điều chỉnh thông qua hợp kim và gia công để đạt được các đặc tính cơ học mong muốn.

Mô hình lý thuyết

Mô hình lý thuyết chính mô tả ứng suất thử nghiệm dựa trên lý thuyết trật khớp, đặc biệt là mối quan hệ Taylor: $\tau = \alpha G b \sqrt{\rho}$, trong đó τ là ứng suất cắt, G là mô đun cắt, b là vectơ Burgers, ρ là mật độ trật khớp và α là hằng số.

Theo lịch sử, sự hiểu biết về ứng suất bằng chứng phát triển từ công trình ban đầu của Ludwig Prandtl và Geoffrey Ingram Taylor vào đầu thế kỷ 20, những người đã phát triển khái niệm về trật khớp để giải thích biến dạng dẻo. Sau đó, khái niệm này được Orowan, Polanyi và Taylor cải tiến vào những năm 1930.

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 mối quan hệ Hall-Petch giải thích cho sự gia cố ranh giới hạt. Các phương pháp tính toán như động lực học phân tử và phân tích phần tử hữu hạn hiện bổ sung cho các khuôn khổ lý thuyết này.

Cơ sở khoa học vật liệu

Ứng suất thử liên quan mật thiết đến cấu trúc tinh thể, với thép lập phương tâm khối (BCC) thường cho thấy ứng suất thử cao hơn thép lập phương tâm mặt (FCC) do sự khác biệt trong hệ thống trượt và tính di động của sai lệch. Các ranh giới hạt hoạt động như rào cản đối với chuyển động sai lệch, làm tăng ứng suất thử khi kích thước hạt giảm.

Cấu trúc vi mô của thép—bao gồm các pha hiện diện, hình thái và sự phân bố của chúng—ảnh hưởng đáng kể đến ứng suất thử. Các cấu trúc martensitic thường thể hiện ứng suất thử cao hơn các cấu trúc ferritic hoặc austenitic do mật độ sai lệch cao hơn và các nguyên tử carbon xen kẽ.

Tính chất này minh họa cho mối quan hệ cấu trúc-tính chất cốt lõi của khoa học vật liệu. Nó chứng minh cách sắp xếp nguyên tử và khuyết tật kiểm soát hành vi cơ học vĩ mô, minh họa bản chất đa thang của tính chất vật liệu từ kích thước nguyên tử đến kích thước kỹ thuật.

Biểu thức toán học và phương pháp tính toán

Công thức định nghĩa cơ bản

Áp lực chứng minh ($\sigma_p$) được định nghĩa về mặt toán học như sau:

$\sigma_p = \frac{F_p}{A_0}$

Ở đâu:
- $F_p$ là lực tương ứng với biến dạng vĩnh cửu được chỉ định (thường là 0,2%)
- $A_0$ là diện tích mặt cắt ngang ban đầu của mẫu

Công thức tính toán liên quan

Phương pháp bù trừ để xác định ứng suất thử bao gồm:

$\varepsilon_{offset} = \frac{\sigma}{E} + 0,002$

Ở đâu:
- $\varepsilon_{offset}$ là độ lệch biến dạng (thường là 0,2% hoặc 0,002)
- $\sigma$ là ứng suất
- $E$ là mô đun đàn hồi

Ứng suất thử cũng có thể liên quan đến độ cứng thông qua các mối quan hệ thực nghiệm:

$\sigma_{0.2} \approx \frac{HV \times 9.807}{3}$

Ở đâu:
- $\sigma_{0.2}$ là ứng suất thử 0,2% tính bằng MPa
- $HV$ là số độ cứng Vickers

Điều kiện và giới hạn áp dụng

Các công thức này giả định các đặc tính vật liệu đồng nhất và phân bố ứng suất đồng đều trên toàn bộ mẫu vật. Chúng chỉ có giá trị đối với các điều kiện tải tĩnh gần đúng ở nhiệt độ không đổi.

Phương pháp bù trừ giả định hành vi đàn hồi tuyến tính lên đến ứng suất thử nghiệm, có thể không chính xác đối với các vật liệu thể hiện tính không đàn hồi hoặc tính dẻo vi mô đáng kể ở ứng suất thấp. Tương quan độ cứng là gần đúng và thay đổi tùy theo loại vật liệu và lịch sử xử lý.

Các mô hình toán học này giả định hành vi vật liệu đẳng hướng, có thể không đúng đối với thép có kết cấu hoặc thép gia công nguội nhiều. Đối với vật liệu có tính dị hướng cao, cần xác định giá trị ứng suất thử nghiệm theo hướng cụ thể.

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 (bao gồm các quy trình chi tiết để xác định ứng suất thử trong vật liệu kim loại, bao gồm chuẩn bị mẫu, điều kiện thử nghiệm và phân tích dữ liệu).

ISO 6892-1: Vật liệu kim loại — Thử kéo — Phần 1: Phương pháp thử ở nhiệt độ phòng (chỉ định phương pháp thử kéo để xác định ứng suất thử và các tính chất cơ học khác).

EN 10002-1: Vật liệu kim loại - Thử kéo - Phần 1: Phương pháp thử ở nhiệt độ môi trường (Tiêu chuẩn Châu Âu về thử kéo bao gồm xác định ứng suất thử).

JIS Z 2241: Phương pháp thử kéo cho vật liệu kim loại (Tiêu chuẩn Nhật Bản bao gồm các yêu cầu và quy trình thử nghiệm ứng suất).

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 xác định ứng suất thử. Những máy này áp dụng lực kéo được kiểm soát trong khi đo độ giãn dài với độ chính xác cao.

Máy đo độ giãn dài đo độ giãn dài của mẫu trong quá trình thử nghiệm, với các hệ thống hiện đại sử dụng cánh tay tiếp xúc cơ học hoặc laser không tiếp xúc hoặc máy đo độ giãn dài video. Các thiết bị này thường có độ phân giải tốt hơn 0,5 μm và độ chính xác ±0,5% hoặc tốt hơn.

Kiểm tra nâng cao có thể sử dụng hệ thống tương quan hình ảnh kỹ thuật số (DIC) theo dõi các mẫu bề mặt để đo phân bố biến dạng toàn trường. Kỹ thuật này đặc biệt có giá trị đối với các vật liệu có hành vi biến dạng không đồng đều.

Yêu cầu mẫu

Mẫu kéo tiêu chuẩn thường có chiều dài đo là 50 mm đối với vật liệu dạng tấm hoặc gấp 5 lần đường kính đối với mẫu tròn. Mẫu tròn thường có đường kính từ 6-14 mm, trong khi mẫu phẳng có độ dày từ 0,5-10 mm.

Chuẩn bị bề mặt đòi hỏi phải loại bỏ lớp vảy, lớp khử cacbon hoặc các vết gia công có thể đóng vai trò là chất tập trung ứng suất. Độ hoàn thiện bề mặt cuối cùng phải đạt 0,8 μm Ra hoặc tốt hơn, không có vết xước nào có thể nhìn thấy theo phương vuông góc với hướng tải.

Mẫu vật phải không có ứng suất dư có thể ảnh hưởng đến kết quả, thường cần xử lý nhiệt để giảm ứng suất trước khi thử nghiệm. Các dấu hiệu nhận dạng phải được đặt bên ngoài chiều dài đo để tránh hỏng sớm.

Thông số thử nghiệm

Thử nghiệm tiêu chuẩn được tiến hành ở nhiệt độ phòng (23 ± 5°C) với độ ẩm tương đối dưới 90%. Đối với dữ liệu nhiệt độ cụ thể, thử nghiệm có thể được thực hiện từ nhiệt độ cực lạnh đến hơn 1000°C bằng cách sử dụng buồng môi trường.

Tốc độ tải được kiểm soát để tạo ra tốc độ biến dạng trong khoảng từ 0,00007/giây đến 0,0007/giây trong quá trình biến dạng đàn hồi. Sau khi chảy dẻo, tốc độ biến dạng có thể tăng lên 0,002/giây đến 0,008/giây theo các tiêu chuẩn có liên quan.

Trục tải phải được căn chỉnh trong phạm vi 2° so với trục mẫu để tránh ứng suất uốn có thể làm mất hiệu lực kết quả.

Xử lý dữ liệu

Dữ liệu lực và độ giãn dài được thu thập ở tốc độ lấy mẫu tối thiểu là 10 Hz, với tốc độ cao hơn đối với vật liệu thể hiện sự chuyển đổi nhanh về hành vi. Có thể áp dụng lọc dữ liệu để giảm nhiễu tín hiệu trong khi vẫn giữ nguyên các tính năng thiết yếu.

Phân tích thống kê thường yêu cầu tối thiểu ba bài kiểm tra hợp lệ cho mỗi điều kiện, với kết quả được báo cáo là giá trị trung bình có độ lệch chuẩn. Các giá trị ngoại lệ có thể bị từ chối dựa trên các tiêu chí thống kê được xác định trong các tiêu chuẩn thử nghiệm.

Ứng suất thử được xác định bằng cách dựng một đường thẳng song song với phần đàn hồi của đường cong ứng suất-biến dạng, bù trừ với biến dạng đã chỉ định (thường là 0,2%). Giá trị ứng suất tại giao điểm của đường thẳng này với đường cong ứng suất-biến dạng được báo cáo là ứng suất thử.

Phạm vi giá trị điển hình

Phân loại thép	Phạm vi giá trị điển hình (MPa)	Điều kiện thử nghiệm	Tiêu chuẩn tham khảo
Thép cacbon thấp (AISI 1020)	210-350	Nhiệt độ phòng, độ lệch 0,2%	Tiêu chuẩn ASTM E8/E8M
Thép cacbon trung bình (AISI 1045)	350-550	Nhiệt độ phòng, độ lệch 0,2%	Tiêu chuẩn ASTM E8/E8M
Thép không gỉ Austenitic (304)	210-290	Nhiệt độ phòng, độ lệch 0,2%	Tiêu chuẩn ASTMA240
Thép không gỉ Martensitic (420)	550-750	Nhiệt độ phòng, độ lệch 0,2%	Tiêu chuẩn ASTMA276
Thép hợp kim thấp cường độ cao (HSLA)	350-550	Nhiệt độ phòng, độ lệch 0,2%	Tiêu chuẩn ASTMA572
Thép công cụ (D2)	1400-1700	Nhiệt độ phòng, độ lệch 0,2%	Tiêu chuẩn ASTMA681

Sự khác biệt trong mỗi phân loại chủ yếu là do sự khác biệt trong xử lý nhiệt, gia công nguội và các nguyên tố hợp kim cụ thể. Ví dụ, thép không gỉ austenit gia công nguội có thể thể hiện giá trị ứng suất thử cao hơn gấp ba lần so với điều kiện ủ.

Khi diễn giải các giá trị này cho các ứng dụng, các kỹ sư phải xem xét phân phối thống kê và tiềm năng thay đổi theo từng lô. Các giá trị thiết kế thường sử dụng giới hạn dưới của phạm vi hoặc các giá trị tối thiểu có được từ thống kê.

Một xu hướng đáng chú ý trên các loại thép là mối quan hệ nghịch đảo giữa độ dẻo và ứng suất thử. Giá trị ứng suất thử cao hơn thường tương ứng với độ giãn dài thấp hơn khi gãy, thể hiện sự đánh đổi thiết kế quan trọng.

Phân tích ứng dụng kỹ thuật

Những cân nhắc về thiết kế

Các kỹ sư thường áp dụng hệ số an toàn từ 1,5 đến 3,0 cho các giá trị ứng suất thử khi tính toán ứng suất thiết kế cho phép. Các hệ số cao hơn được sử dụng cho các ứng dụng quan trọng hoặc khi các đặc tính vật liệu cho thấy sự thay đổi đáng kể.

Quyết định lựa chọn vật liệu cân bằng ứng suất thử nghiệm với các đặc tính khác như độ bền gãy, khả năng chống mỏi và khả năng chống ăn mòn. Đối với các thành phần chịu tải tuần hoàn, tỷ lệ ứng suất thử nghiệm so với độ bền kéo thường đóng vai trò là chỉ báo về hiệu suất chống mỏi.

Hành vi làm cứng biến dạng vượt quá ứng suất thử nghiệm đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng liên quan đến tạo hình nhựa hoặc hấp thụ năng lượng. Vật liệu có tỷ lệ làm cứng biến dạng cao cung cấp khả năng chống biến dạng cục bộ và khả năng chịu hư hỏng tốt hơn.

Các lĩnh vực ứng dụng chính

Trong thiết kế bình chịu áp suất, ứng suất thử xác định áp suất làm việc tối đa cho phép theo các tiêu chuẩn như ASME BPVC. Tỷ lệ giữa ứng suất thử và ứng suất thiết kế đảm bảo đủ biên độ an toàn chống biến dạng dẻo trong quá trình vận hành bình thường và thử áp suất.

Các thành phần cấu trúc ô tô yêu cầu giá trị ứng suất thử nghiệm cụ thể để duy trì độ ổn định về kích thước trong khi hấp thụ năng lượng trong quá trình va chạm. Thép cường độ cao tiên tiến với giá trị ứng suất thử nghiệm vượt quá 600 MPa cho phép giảm trọng lượng trong khi vẫn duy trì hiệu suất va chạm.

Trong xây dựng, ứng suất thử xác định khả năng chịu tải của các thành phần kết cấu thép. Các thanh cốt thép cho bê tông thường chỉ định giá trị ứng suất thử tối thiểu trong khoảng 400-600 MPa để đảm bảo hiệu suất đầy đủ dưới tải trọng thiết kế.

Sự đánh đổi về hiệu suất

Độ bền kéo cao hơn thường tương quan với độ bền gãy giảm, tạo ra sự đánh đổi quan trọng trong các ứng dụng đòi hỏi cả độ bền và khả năng chịu hư hỏng. Mối quan hệ này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng nhiệt độ thấp, nơi gãy giòn trở thành mối quan tâm.

Tăng ứng suất thử nghiệm thông qua gia công nguội cải thiện độ bền nhưng giảm độ dẻo và khả năng tạo hình. Sự đánh đổi này được quản lý trong sản xuất thông qua việc áp dụng chiến lược các bước làm cứng và ủ trung gian.

Các kỹ sư cân bằng các yêu cầu về ứng suất chống ăn mòn với khả năng chống ăn mòn, đặc biệt là trong thép không gỉ, nơi các cấp độ bền cao hơn thường cho thấy hiệu suất chống ăn mòn giảm trong một số môi trường nhất định. Điều này đòi hỏi phải lựa chọn vật liệu cẩn thận dựa trên các điều kiện dịch vụ cụ thể.

Phân tích lỗi

Nứt ăn mòn ứng suất (SCC) là một chế độ hỏng hóc phổ biến liên quan đến ứng suất thử nghiệm, xảy ra khi các vật liệu dễ bị tổn thương chịu ứng suất kéo trong môi trường ăn mòn. Các vật liệu có ứng suất thử nghiệm cao hơn thường dễ bị SCC hơn do ứng suất dư cao hơn.

Cơ chế hỏng hóc thường bắt đầu ở các khuyết tật bề mặt và tiến triển theo kiểu liên hạt hoặc xuyên hạt tùy thuộc vào vật liệu và môi trường. Khi các vết nứt lan rộng, mặt cắt ngang hiệu dụng giảm cho đến khi xảy ra gãy nhanh cuối cùng.

Các chiến lược giảm thiểu bao gồm xử lý nhiệt giảm ứng suất, phun bi để tạo ra ứng suất bề mặt nén và lựa chọn vật liệu có mức ứng suất thử nghiệm phù hợp với môi trường cụ thể. Chất ức chế ăn mòn và lớp phủ bảo vệ cung cấp khả năng bảo vệ bổ sung trong môi trường khắc nghiệt.

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 thử nghiệm, với mỗi lần tăng 0,1% thường làm tăng ứng suất thử nghiệm lên 60-100 MPa trong thép thường hóa. Điều này xảy ra thông qua việc gia cường dung dịch rắn và bằng cách thúc đẩy các thành phần vi cấu trúc cứng hơn.

Các nguyên tố vi lượng như nitơ có thể tác động đáng kể đến ứng suất thử, chỉ cần 0,01% nitơ cũng có thể làm tăng ứng suất thử khoảng 30-40 MPa trong thép không gỉ austenit thông qua quá trình gia cường dung dịch rắn xen kẽ.

Tối ưu hóa thành phần thường liên quan đến việc cân bằng nhiều thành phần hợp kim để đạt được ứng suất thử mục tiêu trong khi vẫn duy trì các đặc tính khác. Các phương pháp tính toán hiện đại như CALPHAD (TÍNH TOÁN Biểu đồ PHAse) hỗ trợ dự đoán thành phần tối ưu.

Ảnh hưởng của cấu trúc vi mô

Việc tinh chỉnh kích thước hạt làm tăng ứng suất thử nghiệm theo mối quan hệ Hall-Petch: $\sigma_y = \sigma_0 + k_y d^{-1/2}$, trong đó d là đường kính hạt trung bình. Giảm kích thước hạt từ 100 μm xuống 10 μm có thể làm tăng ứng suất thử nghiệm lên 30-50%.

Phân bố pha ảnh hưởng đáng kể đến ứng suất thử nghiệm, với các pha cứng hơn như martensite hoặc bainite cung cấp giá trị cao hơn ferrite hoặc austenite. Thép hai pha khai thác hiệu ứng này bằng cách kết hợp ferrite mềm với 10-20% martensite cứng để tối ưu hóa độ bền và khả năng tạo hình.

Các tạp chất phi kim loại thường làm giảm ứng suất thử nghiệm bằng cách hoạt động như các chất tập trung ứng suất và các vị trí bắt đầu nứt. Các phương pháp sản xuất thép sạch hiện đại giảm thiểu hàm lượng tạp chất để cải thiện các đặc tính cơ học và độ đồng nhất.

Xử lý ảnh hưởng

Xử lý nhiệt ảnh hưởng đáng kể đến ứng suất thử nghiệm, với quá trình tôi và ram thường làm tăng giá trị lên 200-400 MPa so với quá trình chuẩn hóa. Nhiệt độ và thời gian ram cho phép kiểm soát tốt các tính chất cuối cùng.

Làm nguội làm tăng ứng suất thử nghiệm thông qua quá trình tôi luyện biến dạng, với mỗi lần giảm 10% diện tích thường làm tăng ứng suất thử nghiệm lên 60-100 MPa trong thép không gỉ austenit. Hiệu ứng này được khai thác trong các hoạt động kéo dây và cán nguội.

Tốc độ làm mát trong quá trình cán nóng hoặc xử lý nhiệt ảnh hưởng đến động học chuyển pha và cấu trúc vi mô kết quả. Các công nghệ làm mát tăng tốc như làm nguội trực tiếp có thể tăng ứng suất thử nghiệm lên 100-150 MPa so với làm mát bằng không khí thông thường.

Các yếu tố môi trường

Nhiệt độ cao làm giảm ứng suất thử nghiệm, với các giá trị thường giảm 10-15% ở 300°C và 30-50% ở 500°C đối với thép cacbon và thép hợp kim thấp. Độ nhạy nhiệt độ này phải được xem xét trong các ứng dụng nhiệt độ cao.

Tiếp xúc với hydro có thể làm giảm ứng suất thử nghiệm từ 5-15% thông qua cơ chế giòn hydro, đặc biệt là trong thép cường độ cao. Hiệu ứng này rõ rệt hơn trong môi trường axit hoặc catốt thúc đẩy quá trình hấp thụ hydro.

Quá trình lão hóa lâu dài ở nhiệt độ cao có thể làm thay đổi ứng suất bằng chứng thông qua cơ chế làm cứng hoặc làm mềm kết tủa. Thép không gỉ ổn định được thiết kế để giảm thiểu những thay đổi về tính chất phụ thuộc vào thời gian này.

Phương pháp cải tiến

Hợp kim vi mô với lượng bổ sung nhỏ (0,01-0,1%) niobi, vanadi hoặc titan có thể tăng ứng suất thử lên 50-150 MPa thông qua quá trình gia cường kết tủa và tinh chế hạt. Các nguyên tố này tạo thành cacbua hoặc cacbonitride ổn định, cản trở chuyển động trật khớp.

Xử lý nhiệt cơ kết hợp biến dạng có kiểm soát và xử lý nhiệt để tối ưu hóa cấu trúc vi mô. Các kỹ thuật như cán có kiểm soát tiếp theo là làm mát nhanh có thể tăng ứng suất thử nghiệm lên 100-200 MPa so với xử lý thông thường.

Các phương pháp kỹ thuật bề mặt như thấm cacbon, thấm nitơ hoặc phun bi tạo ra ứng suất bề mặt nén làm tăng hiệu quả ứng suất thử nghiệm biểu kiến ​​dưới tải uốn hoặc tải xoắn. ​​Các phương pháp xử lý này đặc biệt hiệu quả đối với các ứng dụng giới hạn mỏi.

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, được đánh dấu bằng điểm giới hạn chảy riêng biệt ở một số loại thép. Không giống như ứng suất thử, được xác định bởi biến dạng vĩnh cửu cụ thể, giới hạn chảy được xác định bằng độ lệch so với tính tuyến tính hoặc một điểm ứng suất ổn định.

Giới hạn đàn hồi xác định ứng suất tối đa mà vật liệu có thể chịu được mà không có bất kỳ biến dạng vĩnh viễn nào. Nó thường thấp hơn ứng suất thử nghiệm và khó đo chính xác hơn do những thách thức trong việc phát hiện biến dạng vĩnh viễn ở cấp độ vi mô.

Giới hạn tỷ lệ đánh dấu ứng suất mà tại đó hành vi ứng suất-biến dạng lệch khỏi tính tuyến tính. Nó biểu thị giới hạn trên của khả năng áp dụng Định luật Hooke và thường xảy ra trước khi đạt đến ứng suất thử nghiệm.

Mối quan hệ giữa các thuật ngữ này tuân theo tiến trình ứng suất tăng dần: giới hạn đàn hồi, giới hạn tỷ lệ, giới hạn chảy (nếu có) và giới hạn kéo cực đại, với ứng suất thử đóng vai trò thay thế cho giới hạn chảy trong kỹ thuật thực tế.

Tiêu chuẩn chính

ASTM E6 cung cấp thuật ngữ chuẩn liên quan đến thử nghiệm cơ học, bao gồm các định nghĩa chính xác về ứng suất thử và các thuật ngữ liên quan. Nó thiết lập ngôn ngữ chung được sử dụng trong các tiêu chuẩn thử nghiệm khác.

Bộ tiêu chuẩn ISO 6892 bao gồm thử nghiệm kéo vật liệu kim loại ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao, với các điều khoản cụ thể để xác định ứng suất thử bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm phương pháp bù trừ và phương pháp kéo dài dưới tải.

Các tiêu chuẩn khu vực như JIS G 0202 (Nhật Bản) và GB/T 228 (Trung Quốc) đưa ra các yêu cầu cụ thể của từng quốc gia, có thể hơi khác so với các tiêu chuẩn quốc tế về kích thước mẫu vật, tốc độ thử nghiệm hoặc yêu cầu báo cáo.

Xu hướng phát triển

Nghiên cứu hiện tại tập trung vào việc phát triển các phương pháp đánh giá không phá hủy để xác định ứng suất thử nghiệm, bao gồm phân tích nhiễu Barkhausen từ tính và kỹ thuật siêu âm. Các phương pháp này hứa hẹn khả năng kiểm soát chất lượng và đánh giá trong quá trình sử dụng nhanh hơn.

Các kỹ thuật tương quan hình ảnh kỹ thuật số và trí tuệ nhân tạo mới nổi đang nâng cao độ chính xác của phép đo biến dạng và cho phép phân tích toàn trường về hành vi biến dạng. Các công nghệ này cung cấp thông tin chi tiết sâu hơn về hiện tượng biến dạng cục bộ gần ứng suất thử nghiệm.

Những phát triển trong tương lai có thể bao gồm các phương pháp chuẩn hóa để xác định ứng suất thử nghiệm theo hướng cụ thể trong thép được sản xuất theo phương pháp bồi đắp, giải quyết các đặc tính dị hướng vốn có trong các quy trình sản xuất mới nổi này. Điều này sẽ trở nên ngày càng quan trọng khi sản xuất bồi đắp chuyển từ tạo mẫu sang sản xuất các thành phần chịu tải.