Language
Country/Area
No result found
Từ gãy xương đến biến dạng: Độ dẻo của vật liệu ảnh hưởng đến thiết kế kỹ thuật như thế nào?
Trong khoa học vật liệu, độ dẻo đề cập đến khả năng của vật liệu chịu được biến dạng dẻo đáng kể trước khi bị đứt. Biến dạng dẻo này về cơ bản khác với biến dạng đàn hồi, là biến dạng vĩnh viễn khi có ứng suất, trong khi biến dạng đàn hồi trở lại hình dạng ban đầu khi loại bỏ ứng suất. Độ dẻo là một đặc tính cơ học quan trọng trong nhiều ứng dụng đòi hỏi vật liệu phải uốn cong, kéo giãn hoặc biến dạng mà không bị nứt. Nhiều hoạt động kỹ thuật và sản xuất, đặc biệt là gia công kim loại, có yêu cầu nghiêm ngặt về độ dẻo của vật liệu.
Độ dẻo là yếu tố then chốt trong việc đánh giá liệu vật liệu có tồn tại được trong các quá trình tạo hình kim loại như rèn hoặc kéo hay không.
Trong bối cảnh này, độ dẻo thường được định lượng bằng độ giãn dài khi đứt (%EL), một phép tính dựa trên sự thay đổi chiều dài của vật liệu trước và sau khi đứt. Vật liệu càng dẻo thì khả năng chịu ứng suất và biến dạng càng tốt. Ngược lại, một số vật liệu, chẳng hạn như gang, có đặc tính hư hỏng giòn.
Kim loại thường được coi là có tính dẻo cao do cấu trúc liên kết kim loại độc đáo của chúng. Trong những vật liệu này, các electron hóa trị có thể chuyển động tự do, điều này cho phép các nguyên tử kim loại trượt dưới áp lực mà không gặp lực đẩy mạnh. Lấy thép làm ví dụ, độ dẻo của thép thay đổi theo thành phần hợp kim. Khi hàm lượng carbon tăng thì độ dẻo của thép giảm.
Kim loại dễ uốn nhất là bạch kim, và kim loại dễ uốn nhất là vàng.
Nhìn chung, độ dẻo của vật liệu ảnh hưởng đến cách nó hoạt động trong các ứng dụng thực tế. Kim loại dẻo hơn có thể hấp thụ nhiều năng lượng hơn khi va chạm, do đó tránh được nguy cơ gãy giòn. Vì vậy, làm thế nào để lựa chọn vật liệu phù hợp cho thiết kế kỹ thuật là một thách thức phức tạp. Đặc biệt khi được làm lạnh dưới nhiệt độ chuyển tiếp giòn (DBTT), nhiều vật liệu nhanh chóng trở nên giòn. Điều này cho thấy tầm quan trọng của DBTT.
DBTT không chỉ là yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi thiết kế các sản phẩm kim loại chịu lực mà còn phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu và loại kết cấu. Kim loại có cấu trúc lập phương tâm mặt vẫn có độ dẻo trong phạm vi nhiệt độ rộng, trong khi kim loại có cấu trúc lập phương tâm khối chỉ thể hiện tính dẻo ở nhiệt độ cao.
DSD là cơ sở quan trọng để lựa chọn vật liệu chịu được áp lực cơ học.
Trong các ứng dụng thực tế, việc đo lường và hiệu suất độ dẻo cũng bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố bên ngoài. Ví dụ, bức xạ neutron có thể làm tăng khuyết tật mạng bên trong, do đó làm tăng DBTT của vật liệu. Điều này có nghĩa là các kỹ sư phải xem xét nhiều yếu tố khi thiết kế và lựa chọn vật liệu, bao gồm cấu trúc vi mô của vật liệu, môi trường bên ngoài và tuổi thọ.
Dưới nhu cầu kỹ thuật ngày càng tăng, việc khám phá làm thế nào vật liệu vẫn có thể duy trì mức độ dẻo nhất định khi chịu được hư hỏng cơ học đã trở thành một chủ đề quan trọng trong nghiên cứu hiện nay. Độ dẻo của vật liệu có thể xác định phạm vi ứng dụng của nó trong các thiết kế kỹ thuật trong tương lai không? Điều này có nghĩa là chúng ta cần phải suy nghĩ lại về chiến lược lựa chọn và ứng dụng vật liệu?
