Độ bền kéo so với độ bền chảy – Phân tích sự khác biệt
Độ bền kéo và độ bền chảy là hai thuật ngữ khác nhau. Tuy nhiên, việc biết khi nào cần xác định từng biến và tại sao nó lại quan trọng là rất quan trọng.
Đó chính xác là những gì chúng ta sẽ tập trung vào trong bài viết này.
Độ bền kéo là gì?
Độ bền kéo là lượng lực mà vật liệu có thể chịu được trước khi bắt đầu đứt. Thông thường, chúng tôi kiểm tra điều này khi bạn tác động lực kéo căng vật liệu bằng cách sử dụng máy kiểm tra độ bền của dây kim loại .
Nói cách khác, đó là điểm trên đường cong ứng suất-biến dạng mà tại đó vật liệu đạt đến điểm xa nhất mà nó có thể chịu được lực căng.
Đơn vị đo lường là:
- Megapascal (MPa)
- Pound trên inch vuông (Psi)
Các đơn vị này dựa trên lực trên một diện tích.
Quan trọng hơn, tính chất này rất quan trọng trong các ứng dụng mà vật liệu phải chịu lực kéo hoặc lực kéo giãn.
Độ bền kéo là gì?
Ở giới hạn chảy, mọi vật liệu đều mất đi tính đàn hồi và có khả năng biến dạng dẻo.
Thông thường, các đơn vị đo lường là:
- Megapascal (MPa)
- Pound trên inch vuông (psi)
Hãy nhớ rằng, độ bền kéo giúp thiết kế nhiều thành phần kết cấu. Với kiến thức về độ bền kéo, nó sẽ ngăn ngừa sự biến dạng đáng kể của vật liệu dưới tải trọng.
Khám phá sự khác biệt về độ bền kéo và độ bền chảy
Độ lớn và Đơn vị đo lường
Cả hai đều được đo bằng megapascal (MPa). Ngoài ra, bạn có thể sử dụng pound trên inch vuông (psi).
Hãy nhớ rằng, các đơn vị này biểu thị lực tác dụng trên một đơn vị diện tích. Mặc dù có những điểm tương đồng nêu trên, nhưng độ lớn của hai cường độ này lại khác nhau đáng kể.
Độ bền kéo thường cao hơn độ bền chảy. Lấy ví dụ về thép kết cấu:
Độ bền kéo của nó có thể vào khoảng 400-500 MPa, trong khi độ bền chảy của nó thường thấp hơn, vào khoảng 250-300 MPa.
Sự khác biệt này rất quan trọng vì nó chỉ ra khả năng chịu ứng suất cao hơn của vật liệu trước khi hỏng. Nghĩa là, vượt ra ngoài điểm biến dạng vĩnh viễn.
Điểm đo lường
Đối với độ bền kéo, bạn sẽ xác định giá trị của nó tại điểm mà vật liệu thay đổi từ biến dạng đàn hồi. Nghĩa là, tại đó nó có thể đảo ngược thành biến dạng dẻo. Đồng thời, bạn không thể đảo ngược vật liệu về hình dạng hoặc kích thước ban đầu.
Biến dạng đàn hồi là một giai đoạn áp dụng Luật Hooke trong đó ứng suất tỉ lệ thuận với độ biến dạng. Giai đoạn này có thể dự đoán được. Nhưng quan trọng hơn, giới hạn chảy giúp chỉ ra giới hạn an toàn.
Điều quan trọng là bạn phải đo độ bền kéo tại điểm mà bất kỳ vật liệu nào cũng không thể chịu được bất kỳ mức độ ứng suất nào. Bạn nên nhớ rằng lực lớn hơn có thể gây gãy.
Sự nứt gãy làm cho khả năng chịu tải của vật liệu có thể giảm đáng kể sau khi bắt đầu thắt cổ chai. Thắt cổ chai là nơi có sự giảm cục bộ về diện tích mặt cắt ngang, dự đoán khả năng hư hỏng sắp xảy ra.
Mặt khác, độ bền kéo làm nổi bật điểm cuối của sự hỏng hóc.
Đang tải
Giới hạn chảy mô tả mức ứng suất cao hơn. Thông thường, đây là điểm tải ngay trước khi biến dạng vĩnh viễn bắt đầu.
Trong thiết kế kỹ thuật, giới hạn chảy rất quan trọng vì nó giúp đảm bảo vật liệu có thể chịu tải mà không bị biến dạng không thể phục hồi.
Các kỹ sư thiết kế các cấu trúc để hoạt động trong vùng đàn hồi, nằm dưới giới hạn bền kéo để tránh biến dạng vĩnh viễn. Mặt khác, độ bền kéo tập trung nhiều hơn vào tải trọng tối đa. Nghĩa là tải trọng mà bất kỳ vật liệu nào cũng có thể chịu được trước khi bị đứt.
Độ bền kéo rất quan trọng để hiểu được khả năng chịu tải tối đa. Tuy nhiên, nó có liên quan hơn khi xem xét biên độ an toàn và điều kiện hỏng hóc hơn là giới hạn hoạt động hàng ngày.
Hành vi dưới áp lực
Nếu tải trọng được loại bỏ, vật liệu có thể trở lại hình dạng ban đầu. Điều này là do vật liệu biến dạng đàn hồi lúc đầu, vì bạn sẽ phải chịu ứng suất ngày càng tăng.
Vượt quá giới hạn chảy, vật liệu không thể trở lại hình dạng ban đầu. Do đó, ở giới hạn chảy, tính đàn hồi kết thúc. Bạn sẽ nhận ra rằng biến dạng dẻo vĩnh viễn bắt đầu.
Khi bạn tác động thêm lực vào bất kỳ vật liệu nào, nó sẽ đạt đến điểm chịu lực kéo. Nghĩa là nó sẽ gần như đứt.
Hành vi này là cần thiết để dự báo cách một vật liệu nhất định sẽ hoạt động trong thế giới thực. Độ bền kéo cao hơn chịu được tải trọng lớn hơn và chống biến dạng vĩnh viễn tốt hơn.
Đường cong ứng suất-biến dạng
Trong đường cong ứng suất-biến dạng, điểm giới hạn chảy được mô tả là nơi đường cong phân kỳ khỏi đường thẳng. Độ lệch rất nhỏ và cần phải đo chính xác.
Nhưng quan trọng hơn, đỉnh của đường cong biểu thị độ bền kéo. Mặt khác, điểm gãy của vật liệu được biểu thị bằng điểm cao nhất trước khi đường cong bắt đầu giảm.
Đường cong cung cấp hình ảnh trực quan về quá trình chuyển đổi của vật liệu từ trạng thái đàn hồi sang trạng thái hỏng.
Bây giờ, diện tích bên dưới đường cong đến điểm giới hạn chảy cho biết khả năng phục hồi năng lượng đàn hồi. Mặt khác, diện tích bên ngoài điểm giới hạn chảy cho đến độ bền kéo cho biết gãy do biến dạng dẻo.
Tầm quan trọng trong ứng dụng kỹ thuật
Trong thiết kế kỹ thuật, cường độ chịu kéo là một yếu tố quan trọng bạn phải cân nhắc khi lựa chọn vật liệu cho các thành phần kết cấu.
Bạn nên đảm bảo rằng trong điều kiện bình thường, biến dạng dẻo không xảy ra. Điều này là do nó sẽ làm mất tính toàn vẹn về mặt cấu trúc của các bộ phận.
Trong kỹ thuật xây dựng, giới hạn chảy của vật liệu thép và bê tông rất quan trọng đối với thiết kế xây dựng và cơ sở hạ tầng khác. Để đảm bảo không có biến dạng vĩnh viễn nào có thể dẫn đến sụp đổ, dầm và cột được thiết kế để hoạt động dưới giới hạn chảy của chúng.
Các kỹ sư sử dụng giới hạn chảy để kết hợp các yếu tố an toàn vào thiết kế của họ. Điều này được thực hiện bằng cách đảm bảo ứng suất vận hành tối đa thấp hơn giới hạn chảy của vật liệu. Phương pháp này lưu giữ hồ sơ về các khiếm khuyết của vật liệu và tải trọng không lường trước.
Độ bền kéo cũng ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của các bộ phận. Trong ngành công nghiệp ô tô, việc duy trì độ bền kéo đảm bảo các bộ phận ô tô có thể chịu được tải trọng lặp đi lặp lại mà không bị biến dạng.
Mặt khác, độ bền kéo rất quan trọng khi đánh giá tải trọng tối đa mà vật liệu có thể chịu được trước khi hỏng hoàn toàn. Do đó, hiểu được độ bền kéo giúp dự đoán cách thức và thời điểm vật liệu có thể hỏng do điều kiện quá tải.
Nó sẽ giúp bạn thiết kế cơ chế an toàn để ngăn ngừa hư hỏng vật liệu.
Độ bền kéo là tiêu chí chính khi lựa chọn các ứng dụng hiệu suất cao. Độ bền kéo cao chịu được áp suất bên trong như khi vận chuyển chất lỏng dưới áp suất cao. Vật liệu có độ bền kéo cao vẫn nguyên vẹn và hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt.
Lực liên phân tử
Giới hạn chảy liên quan chặt chẽ đến cấu trúc bên trong của vật liệu. Nó liên quan cụ thể đến sức cản trong các phân tử hoặc nguyên tử của nó trong giai đoạn đầu của biến dạng dẻo. Biến dạng dẻo là điểm mà hình dạng của vật liệu bắt đầu thay đổi vĩnh viễn.
Trong trường hợp này, sức đề kháng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như mật độ trật khớp. Nghĩa là, mật độ trật khớp càng cao thì cường độ chịu kéo càng cao vì nó cản trở chuyển động trật khớp.
Điều này làm cho vật liệu khó có thể biến dạng dẻo hơn.
Kích thước của hạt là một yếu tố khác ảnh hưởng đến sức đề kháng. Các hạt nhỏ hơn, ngụ ý ranh giới hạt lớn hơn, có thể cản trở các chuyển động và sự dịch chuyển có thể xảy ra. Đây là một hiện tượng được gọi là Hiệu ứng Hall-Petch.
Ngược lại, độ bền kéo bị ảnh hưởng bởi khả năng của các lực kết dính trong vật liệu để duy trì tính toàn vẹn về mặt cấu trúc khi chịu lực căng. Các lực kết dính được kiểm soát bởi các nguyên tử liên kết trong vật liệu.
Cuối cùng, ở độ bền kéo, lực kết dính bị vượt quá gây ra sự phá hủy vật liệu. Trong kim loại, độ bền kéo bị ảnh hưởng bởi các lực gây ra liên kết giữa các nguyên tử. Cần phải phá vỡ các lực này để vật liệu bị gãy.
Phần kết luận
Độ bền kéo và độ bền chảy rất khác biệt. Nhưng quan trọng hơn, việc phân tích hai biến này sẽ giúp bạn chọn được vật liệu phù hợp cho bất kỳ ứng dụng nào.
Liệu vật liệu có thể chịu được bất kỳ tác động tải nào hay không phụ thuộc vào việc phân tích cẩn thận các biến số này.
Nếu bạn đang bắt đầu xưởng chế biến vật liệu, tại TSINFA, chúng tôi sẽ giúp bạn có được những máy móc tốt nhất cho bạn hoạt động gia công. Đối với bất kỳ yêu cầu nào, liên lạc với chúng tôi ngay.