Thông tin chuyên ngành

Giới hạn bền của thép là gì?

Giới hạn bền là một trong những đặc tính kỹ thuật quan trọng nhất giúp xác định mức độ thép có thể chịu được khi chịu tải trọng khác nhau. Giới hạn bền (hay còn được gọi là độ bền kéo) là ứng suất tối đa mà vật liệu có thể chịu được trước khi bị phá vỡ. 

Hiện nay, chúng ta điều chỉnh các thành phần cũng như tỷ lệ của nguyên tố hóa học trong thép nhằm mục đích kiểm soát giới hạn bền của thép. Như chúng ta đã biết thì tỷ lệ cacbon có trong thép nắm giữ  yếu tố có vai trò quan trọng có thể quyết định gần như toàn bộ chất lượng của thép. Do vậy, đối với những loại thép có sở hữu tỷ lệ cacbon trong thép cao (ít hơn 1%) có thể tăng cường độ cứng và cường lực kéo đứt hơn so với vật liệu sắt nhưng lại giòn và dễ gãy.

Nguyên lí của giới hạn bền thép

Để xác định giới hạn bền của vật liệu thép cụ thể, người ta độ chảy vật liệu thành trạng thái biến dẻo. Khi thép đang ở trạng thái biến dẻo, thép sẽ được kéo dài đến điểm biến dạng vĩnh viễn. Khiến cho vật liệu thép đó sẽ không thể trở về hình dạng và chiều dài như ban đầu sau khi đã gỡ bỏ tải.  

Trong vùng biến dạng dẻo, đối tượng thử nghiệm chống lại độ giãn dài theo cách phi tuyến tính khiến lực đối kháng càng tăng. Nguyên nhân của sự tăng cường này xảy ra là do hiện tượng được gọi là làm cứng nguội (hay còn được gọi là làm cứng cơ học). Trong quá trình này, cấu trúc tinh thể trong cấu trúc vi mô vật liệu thép vượt qua sự biến dạng và được sắp xếp lại vĩnh viễn. Kết quả cuối cùng chính là vật thử nghiệm cứng lại đến một điểm tối đa, làm giảm lực điện trở hoặc lực biến dạng. Giới hạn bền kéo của thép thường cao hơn khoảng 1,5 - 2 lần so với giới hạn chảy.

Giới hạn chảy của thép là gì?

Giới hạn chảy của thép là giới hạn ứng suất tác động lên vật liệu gây biến dạng hình thù ban đầu nhưng chưa phá hủy hoàn toàn vật liệu. Có thể hiểu đơn giản hơn, giới hạn chảy của thép là giới hạn lực tác động làm biến dạng hình thù ban đầu của vật liệu vượt quá biến dạng đàn hồi. 

Khi ứng suất tác dụng vượt quá giới hạn chảy, độ biến dạng tăng lên rất nhanh mặc dù ứng suất không thay đổi. Giới hạn chảy của vật liệu thép thường gần trùng với độ bền của vật liệu thép.

Nguyên lí của giới hạn chảy thép:

Giới hạn chảy là ứng suất tối đa mà vật liệu thép có thể chịu được mà không trải qua biến dạng vĩnh viễn. Mẫu thử được kéo dài trong các giai đoạn ban đầu của thử nghiệm. Nên độ dốc ban đầu của đồ thị biến dạng ứng suất là tuyến tính, tỷ lệ thuận với biến dạng ứng dụng. 

Giai đoạn đầu tiên này tuân theo Định luật Hooke nên được gọi là vùng đàn hồi tuyến tính. Nếu tải thử nghiệm được loại bỏ, mẫu thử sẽ quay trở lại hình dạng ban đầu.

Khi tiếp tục kéo dài mẫu thử, sẽ có thể đạt được điểm giới hạn kim loại vượt quá khả năng trở về chiều dài ban đầu. Giá trị của ứng suất tại thời điểm vật liệu đã biến dạng được gọi là giới hạn chảy.