Language
Country/Area
No result found
Từ tính đàn hồi đến tính dẻo: ba giai đoạn biến dạng vật liệu thật hấp dẫn!
Hiểu được tính chất và hành vi của vật liệu là rất quan trọng trong kỹ thuật và khoa học vật liệu, và đây chính là lúc đường cong ứng suất-biến dạng phát huy tác dụng. Những đường cong này không chỉ cho thấy vật liệu phản ứng như thế nào với các tải trọng khác nhau mà còn giúp chúng ta dự đoán tốt hơn hiệu suất của chúng trong các ứng dụng thực tế.
Đường cong ứng suất-biến dạng cho thấy các đặc tính chính của vật liệu, chẳng hạn như giới hạn chảy, độ bền kéo cực đại và mô đun Young.
Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng có thể tồn tại dưới nhiều hình thức, vì vậy chúng ta thường chia các đường cong này thành nhiều giai đoạn chính. Chúng ta hãy cùng khám phá ba giai đoạn quan trọng của biến dạng vật liệu: vùng đàn hồi tuyến tính, vùng cứng hóa do biến dạng và vùng hình thành cổ.
Vùng đàn hồi tuyến tính
Vùng đàn hồi tuyến tính là giai đoạn đầu tiên mà vật liệu biến dạng. Ở giai đoạn này, ứng suất và biến dạng có mối quan hệ tuyến tính, nghĩa là chúng tuân theo định luật Hooke. Ở đây, ứng suất tăng theo tỷ lệ thuận với độ biến dạng tăng và độ dốc là mô đun Young. Phần này biểu thị trạng thái chỉ biến dạng đàn hồi và điểm kết thúc của nó đánh dấu sự bắt đầu của biến dạng dẻo.
Khi thành phần ứng suất đạt tới giới hạn chảy thì có nghĩa là trạng thái biến dạng dẻo bắt đầu.
Vùng cứng biến dạng
Khi ứng suất vượt quá giới hạn chảy, vật liệu sẽ đi vào vùng biến dạng cứng. Ở giai đoạn này, ứng suất đạt tới điểm cực đại, gọi là độ bền kéo cực đại. Ở vùng biến dạng, ứng suất chủ yếu vẫn ở mức cao khi vật liệu giãn ra.
Trong một số vật liệu (ví dụ như thép), ban đầu có một vùng gần như phẳng do sự hình thành và mở rộng của các dải Lüders.
Trong quá trình này, khi biến dạng dẻo tăng lên, số lượng vị trí sai lệch bên trong vật liệu sẽ tăng lên, ngăn chặn chuyển động của các vị trí sai lệch tiếp theo. Trong trường hợp này, cần phải áp dụng ứng suất cắt cao hơn để vượt qua chướng ngại vật.
Vùng hình thành cổ
Khi ứng suất vượt quá giới hạn chịu kéo cực đại, nó sẽ đi vào vùng hình thành cổ, tại đó diện tích mặt cắt ngang cục bộ bị giảm đáng kể. Sự biến dạng ở cổ không đồng đều và trở nên trầm trọng hơn khi tập trung ứng suất, cuối cùng dẫn đến gãy vật liệu.
Mặc dù lực kéo tác dụng đang giảm, nhưng ứng suất thực tế trong vật liệu vẫn tăng vì diện tích mặt cắt cục bộ bị giảm không được tính đến.
Sau khi vật liệu bị gãy, có thể tính toán được tỷ lệ giãn dài và giảm diện tích mặt cắt ngang của vật liệu. Những dữ liệu này rất quan trọng cho việc thiết kế kỹ thuật và lựa chọn vật liệu.
Phân loại vật liệu
Dựa trên đặc điểm của đường cong ứng suất-biến dạng, chúng ta có thể chia vật liệu thành hai loại: vật liệu dẻo và vật liệu giòn. Vật liệu dẻo như thép mềm có đặc tính biến dạng tốt ở nhiệt độ bình thường, trong khi vật liệu giòn như thủy tinh thường không biểu hiện quá trình biến dạng rõ ràng và vỡ trực tiếp.
Vật liệu dẻo có thể tiếp tục biến dạng sau khi đạt đến giới hạn chảy, trong khi vật liệu giòn có xu hướng gãy mà không bị biến dạng đáng kể.
Độ bền và ứng dụng
Vật liệu có độ dẻo dai tuyệt vời có thể thể hiện cả độ bền và độ dẻo, khiến độ dẻo dai trở thành tiêu chí quan trọng trong thiết kế vật liệu. Độ dẻo dai là diện tích bên dưới đường cong ứng suất-biến dạng, có thể được coi là năng lượng mà vật liệu có thể chịu được trước khi bị đứt.
Phần kết luậnTóm lại, ba giai đoạn chính của đường cong ứng suất-biến dạng - vùng đàn hồi tuyến tính, vùng cứng hóa do biến dạng và vùng hình thành cổ - cung cấp hiểu biết sâu sắc về hành vi vật liệu. Trong khoa học vật liệu, các lý thuyết này không chỉ hướng dẫn thử nghiệm trong phòng thí nghiệm mà còn ảnh hưởng đến độ tin cậy và an toàn của các ứng dụng kỹ thuật. Trước đặc tính hiệu suất của các vật liệu khác nhau, chúng ta phải suy nghĩ: Đặc tính của các vật liệu này ảnh hưởng như thế nào đến cuộc sống hàng ngày và sự phát triển của công nghệ kỹ thuật?
