Giảm Diện Tích: Chỉ Số Độ Dẻo Quan Trọng Trong Thử Nghiệm Thép

Định nghĩa và khái niệm cơ bản

Giảm Diện tích (RA) là một tính chất cơ học cơ bản định lượng phần trăm giảm diện tích mặt cắt ngang của mẫu vật kéo tại điểm gãy so với diện tích mặt cắt ngang ban đầu. Tính chất này đóng vai trò là chỉ báo quan trọng về độ dẻo của vật liệu và khả năng biến dạng dẻo trước khi xảy ra gãy.

Giảm diện tích cung cấp cho các kỹ sư thông tin cần thiết về khả năng chịu biến dạng cục bộ của vật liệu, đặc biệt là trong quá trình thắt nút ở vùng biến dạng dẻo. Không giống như độ giãn dài, đo độ dài tổng thể của mẫu, giảm diện tích định lượng cụ thể biến dạng cục bộ tại điểm gãy.

Trong luyện kim, việc giảm diện tích chiếm vị trí then chốt trong các tính chất cơ học, bổ sung cho giới hạn chảy, độ bền kéo và độ giãn dài để cung cấp hiểu biết toàn diện về hành vi cơ học của vật liệu. Điều này đặc biệt có giá trị khi đánh giá vật liệu dành cho các ứng dụng liên quan đến biến dạng dẻo đáng kể, chẳng hạn như các hoạt động tạo hình hoặc các thành phần chịu điều kiện quá tải.

Bản chất vật lý và cơ sở lý thuyết

Cơ chế vật lý

Ở cấp độ vi cấu trúc, sự giảm diện tích phản ánh khả năng thích ứng biến dạng dẻo của vật liệu thông qua chuyển động lệch. Khi có đủ ứng suất, các lệch trong mạng tinh thể bắt đầu di chuyển dọc theo các mặt trượt, cho phép vật liệu biến dạng dẻo.

Trong quá trình thắt nút, các sai lệch tập trung ở vùng thắt nút, tạo ra sự cứng lại do biến dạng cục bộ. Sự tập trung các sai lệch này dẫn đến sự hình thành các lỗ rỗng nhỏ ở ranh giới hạt, tạp chất hoặc các hạt pha thứ hai. Khi biến dạng tiếp tục, các lỗ rỗng nhỏ này phát triển và hợp nhất, cuối cùng dẫn đến gãy xương.

Sự giảm diện tích cuối cùng thể hiện hiệu ứng tích lũy của các cơ chế biến dạng vi mô này, cung cấp thước đo vĩ mô về khả năng thích ứng với biến dạng dẻo của vật liệu trước khi xảy ra gãy.

Mô hình lý thuyết

Mô hình lý thuyết chính mô tả sự giảm diện tích dựa trên khái niệm về sự bất ổn dẻo và thắt nút. Theo tiêu chuẩn Considère, thắt nút bắt đầu khi sự gia tăng ứng suất do sự cứng hóa biến dạng được bù trừ bằng sự giảm diện tích mặt cắt ngang.

Theo lịch sử, sự hiểu biết về sự giảm diện tích đã phát triển cùng với sự phát triển của lý thuyết dẻo vào đầu thế kỷ 20. Các công trình ban đầu của Ludwig Prandtl và Richard von Mises đã thiết lập nền tảng cho phân tích biến dạng dẻo, trong khi những đóng góp sau này của Considère đã chính thức hóa tiêu chuẩn thắt nút.

Các phương pháp tiếp cận hiện đại kết hợp các mô hình cơ học hư hỏng, chẳng hạn như mô hình Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN), mô hình này tính đến sự hình thành hạt rỗng, sự phát triển và sự hợp nhất trong quá trình biến dạng dẻo. Các mô hình này cung cấp các dự đoán tinh vi hơn về sự giảm diện tích bằng cách xem xét sự tiến hóa của cấu trúc vi mô trong quá trình biến dạng.

Cơ sở khoa học vật liệu

Giảm diện tích có liên quan mật thiết đến cấu trúc tinh thể và đặc điểm ranh giới hạt của vật liệu. Trong kim loại lập phương tâm khối (BCC) như thép ferritic, sự trượt xảy ra trên nhiều mặt phẳng, thường mang lại độ dẻo tốt và giảm giá trị diện tích cao.

Cấu trúc vi mô ảnh hưởng đáng kể đến việc giảm diện tích, với các vật liệu hạt mịn thường biểu hiện các giá trị cao hơn do biến dạng đồng đều hơn. Các ranh giới hạt hoạt động như các rào cản đối với chuyển động trật khớp và đặc điểm của chúng (góc cao so với góc thấp) ảnh hưởng đến cách biến dạng diễn ra.

Tính chất này kết nối với các nguyên tắc khoa học vật liệu cơ bản bao gồm làm cứng biến dạng, phục hồi và tái kết tinh. Sự cân bằng giữa quá trình làm cứng biến dạng (làm tăng độ bền) và quá trình phục hồi (phục hồi độ dẻo) tác động trực tiếp đến khả năng giảm đáng kể theo mặt cắt ngang của vật liệu trước khi gãy.

Biểu thức toán học và phương pháp tính toán

Công thức định nghĩa cơ bản

Sự giảm diện tích được thể hiện bằng toán học như sau:

$$RA(\%) = \frac{A_0 - A_f}{A_0} \lần 100$$

Ở đâu:
- $RA(\%)$ là phần trăm giảm diện tích
- $A_0$ là diện tích mặt cắt ngang ban đầu của mẫu
- $A_f$ là diện tích mặt cắt ngang nhỏ nhất tại vị trí gãy

Công thức tính toán liên quan

Đối với các mẫu có mặt cắt ngang hình tròn, công thức có thể được biểu thị theo đường kính:

$$RA(\%) = \frac{D_0^2 - D_f^2}{D_0^2} \lần 100 = \left(1 - \frac{D_f^2}{D_0^2}\phải) \lần 100$$

Ở đâu:
- $D_0$ là đường kính ban đầu của mẫu
- $D_f$ là đường kính tại vị trí gãy

Đối với mẫu có mặt cắt hình chữ nhật:

$$RA(\%) = \frac{(w_0 \times t_0) - (w_f \times t_f)}{w_0 \times t_0} \times 100$$

Ở đâu:
- $w_0$ và $t_0$ là chiều rộng và độ dày ban đầu
- $w_f$ và $t_f$ là chiều rộng và chiều dày tại vị trí gãy

Điều kiện và giới hạn áp dụng

Các công thức này giả định các đặc tính vật liệu đồng nhất trên toàn bộ mẫu vật và hành vi vật liệu đẳng hướng. Đối với vật liệu dị hướng, việc giảm diện tích có thể thay đổi tùy thuộc vào hướng tải so với hướng xử lý vật liệu.

Các phép tính chỉ có giá trị đối với các mẫu vật bị hỏng theo kiểu dẻo với vùng cổ được xác định rõ. Các vết nứt giòn không có cổ đáng kể sẽ cho thấy diện tích giảm tối thiểu, khiến các phép đo ít có ý nghĩa hơn.

Các công thức này cũng giả định rằng các phép đo được thực hiện ngay sau khi gãy, vì sự phục hồi đàn hồi có thể thay đổi một chút kích thước cuối cùng. Ngoài ra, chúng không tính đến các trạng thái ứng suất phức tạp có thể tồn tại trong hình dạng mẫu không chuẩn.

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 các quy trình chi tiết để đo độ giảm diện tích trong các loại mẫu khác nhau)
• ISO 6892-1: Vật liệu kim loại — Thử kéo — Phần 1: Phương pháp thử ở nhiệt độ phòng
• JIS Z 2241: Phương pháp thử kéo cho vật liệu kim loại
• EN 10002-1: Vật liệu kim loại - Thử kéo - Phần 1: Phương pháp thử ở nhiệt độ môi trường

Thiết bị và nguyên tắc thử nghiệm

Giảm diện tích thường được đo bằng máy thử độ bền kéo được trang bị máy đo độ giãn và cảm biến lực. Máy sẽ áp dụng tải trọng kéo đơn trục tăng dần cho đến khi mẫu vật bị gãy.

Nguyên tắc cơ bản bao gồm đo kích thước mặt cắt ngang ban đầu trước khi thử nghiệm và kích thước cuối cùng tại vị trí gãy sau khi thử nghiệm. Các hệ thống hiện đại có thể kết hợp hệ thống đo quang học hoặc micrômet laser để đo kích thước chính xác.

Thiết bị tiên tiến có thể bao gồm hệ thống tương quan hình ảnh kỹ thuật số (DIC) theo dõi các mẫu biến dạng bề mặt trong suốt quá trình thử nghiệm, cung cấp phép đo liên tục các thay đổi theo mặt cắt ngang trong quá trình thắt cổ chai.

Yêu cầu mẫu

Mẫu kéo tiêu chuẩn thường có mặt cắt ngang hình tròn có đường kính 12,5 mm hoặc mặt cắt ngang hình chữ nhật có kích thước tương ứng. Chiều dài đo thường là 50 mm đối với mẫu tiêu chuẩn, với tổng chiều dài đủ để kẹp chặt thích hợp.

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. Độ hoàn thiện bề mặt thường được khuyến nghị là 0,8 μm Ra hoặc tốt hơn để có kết quả chính xác.

Mẫu vật phải không có ứng suất dư có thể ảnh hưởng đến hành vi biến dạng, thường đòi hỏi phải xử lý nhiệt giảm ứng suất sau khi gia công. Căn chỉnh đúng với trục tải là điều cần thiết để ngăn ngừa ứng suất uốn có thể làm mất hiệu lực kết quả.

Thông số thử nghiệm

Kiểm tra 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, kiểm tra có thể được thực hiện 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 đến 0,008 phút⁻¹ trong quá trình biến dạng đàn hồi, với tốc độ có thể cao hơn sau khi chảy dẻo. Tốc độ đã chọn phải được báo cáo cùng với kết quả vì nó có thể ảnh hưởng đến các giá trị đo được.

Các thông số quan trọng khác bao gồm áp suất kẹp (đủ để ngăn ngừa trượt mà không gây ra hỏng hóc sớm), căn chỉnh (trong phạm vi 0,25° so với trục tải) và điều kiện môi trường (kiểm soát độ ẩm cho các vật liệu nhạy cảm).

Xử lý dữ liệu

Thu thập dữ liệu chính bao gồm đo kích thước ban đầu trước khi thử nghiệm và kích thước cuối cùng sau khi gãy. Nhiều phép đo xung quanh vị trí gãy được thực hiện để xác định diện tích mặt cắt ngang tối thiểu.

Các phương pháp thống kê thường bao gồm việc thử nghiệm nhiều mẫu (tối thiểu là ba mẫu) và báo cáo giá trị trung bình cùng 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 cuối cùng được tính toán bằng các công thức được trình bày trước đó, với kết quả thường được báo cáo chính xác đến 0,5%. Đối với mục đích nghiên cứu hoặc các ứng dụng quan trọng, độ chính xác cao hơn có thể được báo cáo cùng với khoảng tin cậy.

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 (1018, 1020)	55-65%	Nhiệt độ phòng, tốc độ biến dạng 0,005 phút⁻¹	Tiêu chuẩn ASTM E8/E8M
Thép Cacbon Trung Bình (1040, 1045)	40-55%	Nhiệt độ phòng, tốc độ biến dạng 0,005 phút⁻¹	Tiêu chuẩn ASTM E8/E8M
Thép Cacbon Cao (1080, 1095)	20-40%	Nhiệt độ phòng, tốc độ biến dạng 0,005 phút⁻¹	Tiêu chuẩn ASTM E8/E8M
Thép không gỉ Austenitic (304, 316)	65-80%	Nhiệt độ phòng, tốc độ biến dạng 0,005 phút⁻¹	Tiêu chuẩn ASTM E8/E8M
Thép không gỉ Martensitic (410, 420)	35-55%	Nhiệt độ phòng, tốc độ biến dạng 0,005 phút⁻¹	Tiêu chuẩn ASTM E8/E8M
Thép hợp kim thấp cường độ cao (HSLA)	45-65%	Nhiệt độ phòng, tốc độ biến dạng 0,005 phút⁻¹	Tiêu chuẩn ASTM E8/E8M

Sự khác biệt trong mỗi phân loại thép chủ yếu là do sự khác biệt về xử lý nhiệt, kích thước hạt và nồng độ nguyên tố hợp kim cụ thể. Ví dụ, thép thường hóa thường cho thấy sự giảm giá trị diện tích cao hơn so với thép tôi và thép ram có cùng thành phần.

Khi diễn giải các giá trị này, các kỹ sư nên cân nhắc rằng việc giảm diện tích nhiều hơn thường chỉ ra khả năng định hình và chống gãy giòn tốt hơn. Tuy nhiên, điều này phải cân bằng với các yêu cầu về độ bền cho ứng dụng cụ thể.

Trong các loại thép khác nhau, có một mối quan hệ nghịch đảo chung giữa độ bền và độ giảm diện tích. Thép không gỉ austenit, với cấu trúc lập phương tâm mặt, thường có giá trị cao nhất, trong khi thép cacbon cao có giá trị thấp hơn do hàm lượng cacbon cao hơn và cấu trúc vi mô kết quả.

Phân tích ứng dụng kỹ thuật

Những cân nhắc về thiết kế

Các kỹ sư kết hợp việc giảm diện tích vào các tính toán thiết kế chủ yếu như một chỉ báo về độ dẻo và độ bền của vật liệu. Mặc dù không được sử dụng trực tiếp trong các tính toán ứng suất, nhưng nó cung cấp thông tin cho các quyết định lựa chọn vật liệu cho các thành phần có thể bị biến dạng dẻo.

Các hệ số an toàn được áp dụng khi xem xét việc giảm diện tích thường nằm trong khoảng từ 1,5 đến 3, tùy thuộc vào mức độ quan trọng của ứng dụng và hậu quả tiềm ẩn của sự cố. Các hệ số an toàn cao hơn được sử dụng cho các ứng dụng mà hành vi dẻo là cần thiết để ngăn ngừa sự cố thảm khốc.

Quyết định lựa chọn vật liệu thường ưu tiên giảm giá trị diện tích cao cho các thành phần chịu tải trọng va đập, hoạt động tạo hình hoặc các ứng dụng mà khả năng hấp thụ năng lượng là rất quan trọng. Ngược lại, các ứng dụng yêu cầu độ ổn định về kích thước có thể chấp nhận giảm giá trị diện tích thấp hơn để đổi lấy độ bền cao hơn.

Các lĩnh vực ứng dụng chính

Trong các cấu trúc va chạm ô tô, việc giảm diện tích lớn là rất quan trọng để đảm bảo biến dạng được kiểm soát và hấp thụ năng lượng trong các sự kiện va chạm. Các vật liệu có giá trị giảm diện tích vượt quá 50% thường được ưu tiên cho các thành phần quan trọng về an toàn này.

Thép đường ống là một lĩnh vực ứng dụng chính khác, trong đó việc giảm giá trị diện tích cao giúp ngăn ngừa gãy giòn trong quá trình lắp đặt, đặc biệt là trong điều kiện thời tiết lạnh. Thép đường ống API 5L thường yêu cầu giảm giá trị diện tích tối thiểu là 40-45%.

Trong các ứng dụng bình chịu áp suất, việc giảm diện tích đóng vai trò là thông số kiểm soát chất lượng quan trọng, với ASME Boiler and Pressure Vessel Code chỉ định các giá trị tối thiểu để đảm bảo độ dẻo dai thích hợp. Điều này giúp ngăn ngừa các chế độ hỏng hóc thảm khốc bằng cách đảm bảo hành vi rò rỉ trước khi vỡ.

Đánh đổi hiệu suất

Giảm diện tích thường biểu hiện mối quan hệ nghịch đảo với độ bền kéo và độ bền kéo. Khi độ bền tăng lên thông qua quá trình hợp kim hóa hoặc xử lý nhiệt, việc giảm diện tích thường giảm, đòi hỏi các kỹ sư phải cân bằng các yêu cầu về độ bền với độ dẻo cần thiết.

Ngoài ra còn có sự đánh đổi giữa việc giảm diện tích và độ cứng. Các vật liệu được tối ưu hóa để chống mài mòn thông qua việc tăng độ cứng thường có giá trị diện tích giảm thấp hơn, tạo ra thách thức cho các ứng dụng yêu cầu cả hai đặc tính.

Các kỹ sư cân bằng các yêu cầu cạnh tranh này thông qua việc lựa chọn hợp kim cẩn thận, kiểm soát cấu trúc vi mô và đôi khi là các phương pháp tổng hợp. Ví dụ, các kỹ thuật làm cứng bề mặt có thể cung cấp khả năng chống mài mòn trong khi vẫn duy trì lõi dẻo với diện tích giảm tốt.

Phân tích lỗi

Giòn hydro là một dạng hỏng hóc phổ biến liên quan đến việc giảm diện tích, trong đó các nguyên tử hydro khuếch tán vào thép, làm giảm độ dẻo và gây ra hỏng hóc sớm với mức giảm diện tích đáng kể so với vật liệu không giòn.

Cơ chế hỏng hóc thường liên quan đến sự tích tụ hydro tại các giao diện bên trong, thúc đẩy sự hình thành lỗ rỗng và sự hợp nhất ở mức độ biến dạng thấp hơn bình thường. Điều này dẫn đến các vết nứt có vẻ giòn mặc dù xảy ra ở các vật liệu dẻo thông thường.

Các chiến lược giảm thiểu bao gồm xử lý nướng để loại bỏ hydro, hệ thống phủ để ngăn hydro xâm nhập và sửa đổi hợp kim để giảm độ nhạy hydro. Giảm diện tích thử nghiệm đóng vai trò là biện pháp kiểm soát chất lượng hiệu quả để phát hiện hiện tượng giòn hydro trước khi các thành phần đi vào sử dụng.

Các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp kiểm soát

Ảnh hưởng của thành phần hóa học

Hàm lượng cacbon ảnh hưởng mạnh đến việc giảm diện tích, với mức cacbon cao hơn thường làm giảm giá trị do tăng phần thể tích của cacbua cứng. Mỗi lần tăng 0,1% cacbon thường làm giảm diện tích giảm 5-10%.

Các nguyên tố vi lượng như lưu huỳnh và phốt pho có tác động đáng kể đến việc giảm diện tích, ngay cả ở nồng độ dưới 0,05%. Các nguyên tố này phân tách theo ranh giới hạt, thúc đẩy gãy liên hạt và làm giảm độ dẻo.

Các phương pháp tối ưu hóa thành phần bao gồm duy trì mức lưu huỳnh và phốt pho thấp (<0,02%), thêm các nguyên tố đất hiếm để kiểm soát hình dạng tạp chất và cân bằng carbon với các nguyên tố hợp kim như niken và mangan giúp tăng độ dẻo.

Ảnh hưởng của cấu trúc vi mô

Kích thước hạt ảnh hưởng đáng kể đến việc giảm diện tích, với các hạt mịn hơn thường cung cấp các giá trị cao hơn do biến dạng đồng đều hơn. Việc giảm số lượng kích thước hạt ASTM xuống một đơn vị thường làm tăng diện tích giảm lên 3-5%.

Phân bố pha đóng vai trò quan trọng, với các cấu trúc vi mô ferit-pearlit thường cho thấy diện tích giảm nhiều hơn so với các cấu trúc martensitic. Phân số thể tích, hình thái và phân bố của pha thứ hai ảnh hưởng trực tiếp đến hành vi biến dạng.

Các tạp chất phi kim loại, đặc biệt là mangan sulfua kéo dài, có thể làm giảm đáng kể sự giảm giá trị diện tích bằng cách hoạt động như các chất tập trung ứng suất và các vị trí hình thành lỗ rỗng. Các phương pháp sản xuất thép hiện đại tập trung vào việc kiểm soát tạp chất để giảm thiểu những tác động có hại này.

Xử lý ảnh hưởng

Xử lý nhiệt ảnh hưởng đáng kể đến việc giảm diện tích, với việc chuẩn hóa thường tạo ra các giá trị cao hơn so với làm nguội và tôi luyện ở mức độ cường độ tương đương. Nhiệt độ tôi luyện đặc biệt quan trọng, với nhiệt độ cao hơn thường làm tăng việc giảm diện tích.

Các quy trình gia công cơ học, đặc biệt là cán nóng và rèn, ảnh hưởng đến việc giảm diện tích thông qua quá trình tinh chế hạt và phá vỡ các thanh dầm tạp chất. Tỷ lệ giảm trong quá trình gia công có mối tương quan trực tiếp với việc cải thiện giá trị giảm diện tích.

Tốc độ làm mát trong quá trình xử lý nhiệt ảnh hưởng nghiêm trọng đến cấu trúc vi mô và kết quả là giảm diện tích. Làm mát chậm thúc đẩy sự hình thành các pha cân bằng có độ dẻo cao hơn, trong khi làm mát nhanh có thể tạo ra các pha bán bền với giá trị giảm diện tích thấp hơn.

Các yếu tố môi trường

Nhiệt độ ảnh hưởng đáng kể đến việc giảm diện tích đo lường, với hầu hết các loại thép cho thấy giá trị giảm ở nhiệt độ thấp hơn. Độ nhạy nhiệt độ này đặc biệt rõ rệt ở thép khối tâm khối do hành vi chuyển đổi từ dẻo sang giòn của chúng.

Môi trường ăn mòn có thể làm giảm đáng kể hiệu quả giảm giá trị diện tích thông qua các cơ chế như nứt ăn mòn ứng suất và giòn do hydro. Ngay cả ăn mòn nhẹ cũng có thể tạo ra các khuyết tật bề mặt hoạt động như bộ tập trung ứng suất.

Các hiệu ứng phụ thuộc vào thời gian bao gồm lão hóa biến dạng, trong đó các nguyên tử xen kẽ (đặc biệt là nitơ và cacbon) di chuyển đến các vị trí sai lệch theo thời gian, làm giảm độ dẻo và giảm diện tích. Hiệu ứng này đặc biệt có liên quan đến thép trải qua quá trình gia công nguội sau đó được lưu trữ ở nhiệt độ phòng.

Phương pháp cải tiến

Các phương pháp luyện kim để tăng cường giảm diện tích bao gồm xử lý canxi để kiểm soát hình dạng tạp chất, bổ sung đất hiếm để biến tính sulfua và hợp kim vi mô với các nguyên tố như vanadi và niobi để tinh chế hạt.

Các phương pháp tiếp cận dựa trên quá trình xử lý bao gồm lịch trình cán có kiểm soát giúp tối ưu hóa kích thước và kết cấu hạt, xử lý nhiệt cơ học để tinh chỉnh cấu trúc vi mô và xử lý nhiệt chuyên dụng như ủ liên tới hạn để phát triển sự phân bố pha có lợi.

Những cân nhắc về thiết kế có thể tối ưu hóa hiệu suất bao gồm tránh các khía sắc nhọn tạo ra sự tập trung ứng suất, kết hợp các tính năng giảm ứng suất trong các thành phần chịu ứng suất dư và chỉ định lớp hoàn thiện bề mặt phù hợp để giảm thiểu các lỗi do khuyết tật.

Các điều khoản và tiêu chuẩn liên quan

Các thuật ngữ liên quan

Độ giãn dài là một đặc tính vật liệu có liên quan chặt chẽ, đo lường phần trăm tăng chiều dài đo sau khi gãy. Trong khi việc giảm diện tích tập trung vào hành vi thắt nút cục bộ, độ giãn dài cung cấp thông tin về khả năng biến dạng dẻo tổng thể.

Tỷ lệ thắt nút mô tả mối quan hệ giữa ứng suất tại đó thắt nút bắt đầu và độ bền kéo cực đại. Tính chất này giúp mô tả hành vi làm cứng biến dạng ảnh hưởng trực tiếp đến việc giảm diện tích.

Giá trị Z (co lại khía) là phép đo chuyên biệt tương tự như phép đo giảm diện tích nhưng được thực hiện trên các mẫu có khía. Phép đo này cung cấp thông tin về độ dẻo của vật liệu trong trạng thái ứng suất ba trục, bổ sung cho phép đo giảm diện tích tiêu chuẩn.

Các đặc tính này cùng nhau cung cấp bức tranh toàn cảnh về độ dẻo của vật liệu, với việc giảm diện tích cụ thể giải quyết khả năng biến dạng cục bộ tại vị trí gãy.

Tiêu chuẩn chính

ASTM E8/E8M (Phương pháp thử tiêu chuẩn để thử độ bền kéo của vật liệu kim loại) cung cấp các quy trình chi tiết để chuẩn bị mẫu, phương pháp thử nghiệm và tính toán độ giảm diện tích cho nhiều loại vật liệu kim loại khác nhau.

EN ISO 6892-1 (Vật liệu kim loại - Thử kéo - Phần 1: Phương pháp thử ở nhiệt độ phòng) là tiêu chuẩn quốc tế và châu Âu chính, với các quy định cụ thể về việc giảm diện tích đo lường, khác đôi chút so với phương pháp ASTM về kích thước mẫu và tốc độ thử nghiệm.

Các tiêu chuẩn dành riêng cho ngành như NACE TM0177 (Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm về khả năng chống nứt do ứng suất sunfua và nứt do ăn mòn ứng suất của kim loại trong môi trường H2S) kết hợp việc giảm các phép đo diện tích để đánh giá tác động của môi trường đến độ dẻo, làm nổi bật tầm quan trọng của tính chất này trong các ứng dụng chuyên biệt.

Xu hướng phát triển

Các hướng nghiên cứu hiện tại bao gồm phát triển các phương pháp không phá hủy để dự đoán sự giảm diện tích thông qua các kỹ thuật siêu âm tiên tiến và các thuật toán học máy được áp dụng cho hình ảnh vi cấu trúc.

Các công nghệ mới nổi để đo lường bao gồm các hệ thống tương quan hình ảnh kỹ thuật số có độ phân giải cao theo dõi các kiểu biến dạng bề mặt trong suốt quá trình thử nghiệm kéo, cung cấp phép đo liên tục các thay đổi theo mặt cắt ngang trong quá trình thắt nút.

Những phát triển trong tương lai có thể sẽ tập trung vào việc thiết lập mối quan hệ rõ ràng hơn giữa các đặc điểm cấu trúc vi mô và việc giảm diện tích thông qua các kỹ thuật đặc trưng tiên tiến như nhiễu xạ tán xạ điện tử (EBSD) và thử nghiệm kéo SEM tại chỗ, cho phép kỹ thuật cấu trúc vi mô chính xác hơn để tối ưu hóa đặc tính quan trọng này.