Giới hạn bền của thép là gì?
Giới hạn bền là một trong những đặc tính kỹ thuật thiết yếu 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.
Người ta điều chỉnh thành phần và các tỷ lệ của nguyên tố hóa học trong thép để kiểm soát giới hạn bền của thép. Tỷ lệ cacbon trong thép là yếu tố có vai trò quan trọng có thể quyết định rất nhiều đến chất lượng thép. Do vậy, thép sở hữu tỷ lệ cacbon cao 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. Ở trạng thái biến dẻo, vật liệu sẽ được kéo dài đến điểm biến dạng vĩnh viễn. Điều đó có nghĩa là vật liệu thép sẽ không thể trở về hình dạng và chiều dài như ban đầu khi 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. Giá trị của ứng suất cực đại này được gọi là giới hạn bền kéo.
Tham khảo: Khay đựng amenities khách sạn
Công thức tính giới hạn bền của thép
Không phải lúc nào cần tính giới hạn bền của thép, người ta đều phải thực hiện thí nghiệm. Giới hạn bền của thép có công thức cụ thể, có thể thực hiện tính toán dễ dàng. Công thức tính toán ứng suất kéo:
δ = F/ A
Trong đó:
δ: giá trị lực kéo giới hạn cho sự đứt của vật liệu.
F(N): lực kéo đứt vật liệu.
A(mm2): là thiết diện vật liệu thử nghiệm
Ứng dụng của giới hạn bền thép
Chỉ tiêu giới hạn bền kéo là thông số quan trọng trong lĩnh vực thiết kế, phân tích công trình, dự án. Để lựa chọn vật liệu thép phù hợp, người quản lí thường đo chỉ tiêu yêu cầu và lựa chọn thép dựa trên chỉ tiêu đó.
Thông thường giới hạn bền kéo của thép thường cao hơn khoảng 1,5 - 2 lần so với giới hạn chảy. Ngoài ra, giới hạn bền thép còn được ứng dụng trong thiết kế chế tạo máy móc, khoa học vật liệu.
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.
Công thức tính giới hạn chảy của thép
Công thức tính giới hạn chảy của vật liệu thép:
σc = P/F0 (kG/cm2)
Trong đó:
σc: Giới hạn chảy của thép.
P: là tải trọng
F0 : là diện tích tiết diện ban đầu
Ứng dụng của giới hạn chảy thép
Việc tính giới hạn chảy của thép rất quan trọng trước khi tiến hành đưa vật liệu vào các dự án công trình. Bởi vì yếu tố giới hạn chảy thể hiện giới hạn tối đa mà vật liệu có thể chịu đựng được khi có tải trọng tác dụng vào.
Ngoài ra, giới hạn chảy cũng có vai trò trong việc quyết định sử dụng các phương pháp, kỹ thuật sản xuất như dập, uốn, đúc....
Đây chính là nguyên tố quyết định cơ chế phá hủy mềm từ từ của vật liệu. Cơ chế này thường sẽ không phá hủy bất ngờ hay phá hủy hoàn toàn nhưng rất nguy hiểm.
Khi nắm được giới hạn chảy, chúng ta có thể áp dụng các kỹ thuật tác động lên để làm tăng độ bền dẻo của vật liệu như ý muốn. Ngoài ra, chỉ tiêu về giới hạn chảy có ý nghĩa rất lớn tới việc sử dụng các loại thép vào sản xuất vì nó liên quan và quyết định trực tiếp đến cấp bền của sản phẩm.