Yield Strength – giới hạn chảy là một trong những đặc tính cơ học quan trọng nhất trong lĩnh vực vật liệu kỹ thuật, đặc biệt với kim loại như thép, nhôm, đồng… Hiểu rõ về giới hạn chảy không chỉ giúp bạn lựa chọn vật liệu phù hợp mà còn đảm bảo an toàn cho các công trình và sản phẩm cơ khí.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu chi tiết về khái niệm, cách xác định giới hạn chảy, các yếu tố ảnh hưởng và ứng dụng thực tiễn của thông số này.
Yield Strength – Giới Hạn Chảy Là Gì?
Giới hạn chảy là ứng suất tối đa mà vật liệu có thể chịu đựng được trước khi xảy ra biến dạng dẻo vĩnh viễn. Nói cách khác, nếu ứng suất tác động vượt qua giới hạn chảy, vật liệu sẽ không trở lại hình dạng ban đầu khi lực tác động được gỡ bỏ.
Đơn vị của giới hạn chảy thường được biểu thị bằng:
- MPa (megapascal)
- psi (pound per square inch) trong hệ đo lường Anh
Ví dụ, thép xây dựng thông thường có giới hạn chảy khoảng 250 MPa, trong khi thép cường độ cao có thể lên tới 500 MPa hoặc hơn.
Tại Sao Yield Strength Lại Quan Trọng?
Giới hạn chảy đóng vai trò then chốt trong:
Thiết kế kết cấu: đảm bảo các công trình chịu được tải trọng sử dụng thường xuyên mà không bị biến dạng không mong muốn.
Chế tạo cơ khí: lựa chọn vật liệu phù hợp cho các chi tiết máy chịu lực lớn.
An toàn lao động: tránh nguy cơ gãy, đổ sập do vật liệu yếu hoặc bị biến dạng.
Kiểm soát chất lượng: đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn cơ lý cần thiết trước khi đưa vào sử dụng.
Trong kỹ thuật, an toàn thiết kế thường yêu cầu hệ số an toàn, tức là vật liệu phải chịu được tải trọng lớn hơn tải trọng thực tế dự kiến.
Yield Strength giúp lựa chọn vật liệu phù hợp và đảm bảo an toàn cho công trình và sản phẩm cơ khí
Mối quan hệ giữa yield strength, tensile strength và impact test
Giới hạn chảy và độ bền kéo:
Giới hạn chảy (Yield Strength): Là ứng suất mà tại đó vật liệu bắt đầu biến dạng dẻo (không đàn hồi trở lại).
Độ bền kéo (Tensile Strength): Là ứng suất tối đa mà vật liệu chịu được trước khi bị đứt gãy.
Thông thường:
Độ bền kéo luôn cao hơn giới hạn chảy.
Một vật liệu có giới hạn chảy cao thì thường cũng có độ bền kéo cao, nhưng không phải lúc nào cũng tỉ lệ hoàn toàn tuyến tính.
Thép cường độ cao được thiết kế để có giới hạn chảy cao và độ bền kéo cao.
Về impact test:
Không phải vật liệu có giới hạn chảy hay độ bền kéo cao thì chắc chắn sẽ có độ dai va đập cao.
Càng tăng giới hạn chảy (ví dụ bằng cách làm cứng nguội hoặc thêm nguyên tố hợp kim), vật liệu có thể giòn hơn nếu không kiểm soát tốt. Điều đó làm giảm khả năng chịu va đập.
Đặc biệt ở nhiệt độ thấp, nhiều loại thép độ bền cao sẽ chuyển từ dẻo sang giòn – gọi là hiện tượng transition temperature.
Tensile-strength và Yield-Strength có mối quan hệ mật thiết
Các Phương Pháp Xác Định Giới Hạn Chảy
Để xác định giới hạn chảy, phổ biến nhất là phương pháp kéo nén vật liệu: Thí nghiệm kéo đơn trục.
Một mẫu vật liệu chuẩn được kéo từ từ cho tới khi biến dạng và phá hủy. Biểu đồ ứng suất – biến dạng được vẽ lại.
Cách xác định:
- Đối với vật liệu có điểm chảy rõ ràng (như thép carbon thấp), giới hạn chảy được xác định ngay tại điểm gãy đầu tiên trên biểu đồ.
- Với vật liệu không có điểm chảy rõ ràng (như nhôm), người ta dùng phương pháp 0,2% offset, nghĩa là xác định ứng suất tại đó biến dạng dẻo đạt 0,2%.
Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Yield Strength
Thành phần hóa học: các nguyên tố như carbon, mangan vào thép sẽ làm tăng giới hạn chảy.
Nhiệt độ: vật liệu thường giảm giới hạn chảy khi nhiệt độ tăng.
Xử lý nhiệt: các quá trình như tôi, ram, thường làm tăng đáng kể giới hạn chảy.
Gia công cơ khí: cán nguội hoặc gia công biến dạng nguội cũng làm tăng giới hạn chảy.
Ứng Dụng Yield Strength
Công trình xây dựng: lựa chọn thép cường độ cao cho cầu, nhà cao tầng.
Ô tô và máy bay: dùng hợp kim nhẹ có giới hạn chảy cao để giảm trọng lượng nhưng vẫn đảm bảo chịu lực tốt.
Đóng tàu: các loại thép đặc biệt chống ăn mòn và có giới hạn chảy cao được sử dụng để chế tạo vỏ tàu.
Giới hạn chảy (Yield Strength) là thông số thiết yếu quyết định độ bền, độ an toàn và tuổi thọ của các sản phẩm kỹ thuật. Việc hiểu rõ, xác định chính xác và vận dụng giới hạn chảy trong thiết kế giúp bạn tối ưu hóa vật liệu, tiết kiệm chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Thông tin chi tiết, vui lòng liên hệ:
Trụ sở chính:
CHANGSHU FENGYANG SPECIAL STEEL CO.,LTD
Địa chỉ: No.29 Huaye Road, Changshu City, Jiangsu Province, China
Văn phòng đại diện:
CÔNG TY TNHH CÔNG NGHIỆP QUỐC TẾ CHÂU DƯƠNG
Địa chỉ: Tầng 10 tòa nhà Ladeco, 266 Đội Cấn, Liễu Giai, Ba Đình, Hà Nội
Liên hệ mua hàng: (+84) 356506644 – Ms.Thanh
Email: nhanntt.chauduongsteel@gmail.com