Độ dẻo trong kim loại là gì? Các yếu tố ảnh hưởng đến độ dẻo của kim loại

Độ dẻo trong kim loại là một cân nhắc quan trọng trong kỹ thuật và sản xuất, xác định tính phù hợp của vật liệu kim loại đối với các hoạt động sản xuất nhất định (chẳng hạn như gia công nguội) và khả năng hấp thụ quá tải cơ học của vật liệu. Các vật liệu thường được mô tả là dễ uốn bao gồm vàng và đồng.

1. Độ dẻo trong kim loại là gì?

Độ dẻo trong kim loại là tính chất vật lý của kim loại, nghĩa là nếu chúng ta kéo kim loại thì nó sẽ giãn ra chứ không bị đứt. Nói cách khác, khả năng biến dạng dẻo đáng kể của vật liệu dưới tác dụng của ứng suất kéo trước khi biến dạng được gọi là đặc tính dẻo của vật liệu. Các vật liệu dẻo là niken, đồng, thép, nhôm,…Độ dẻo là một cân nhắc quan trọng trong kỹ thuật và sản xuất, xác định vật liệu phù hợp với sản xuất nhất định và khả năng hấp thụ quá tải cơ học.

2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ dẻo trong kim loại 

Độ dẻo bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên trong như thành phần, kích thước hạt, cấu trúc tế bào,… cũng như các yếu tố bên ngoài như áp suất thủy tĩnh, nhiệt độ, biến dạng dẻo đã chịu,…

• Các kim loại có cấu trúc tinh thể FCC và BCC cho thấy độ dẻo cao hơn ở nhiệt độ cao so với các kim loại có cấu trúc tinh thể HCP. 
• Kích thước hạt có ảnh hưởng đáng kể đến độ dẻo. Nhiều hợp kim thể hiện hành vi siêu dẻo khi kích thước hạt rất nhỏ theo thứ tự vài micron. 
• Thép có hàm lượng oxy cao hơn cho thấy độ dẻo thấp. 
• Trong một số tạp chất của hợp kim, ngay cả với tỷ lệ phần trăm rất nhỏ có ảnh hưởng đáng kể đến độ dẻo. Độ dẻo của thép carbon chứa tạp chất lưu huỳnh nhỏ tới 0,018%, làm giảm đáng kể độ dẻo ở khoảng 1040°C. Tuy nhiên điều này có thể được khắc phục nếu hàm lượng Mn cao. Trên thực tế, tỷ lệ Mn/S là yếu* tố có thể làm thay đổi độ dẻo của thép cacbon ở 1040°C. Với giá trị của tỷ lệ này là 2, phần trăm độ giãn dài chỉ là 12-15% ở 1040°C trong khi với tỷ lệ 14 là 110 phần trăm. 
• Nhiệt độ là một yếu tố chính ảnh hưởng đến độ dẻo và do đó là khả năng định dạng. Nói chung, nó làm tăng độ dẻo, tuy nhiên, độ dẻo có thể giảm ở một số nhiệt độ nhất định do sự biến đổi pha và thay đổi cấu trúc vi mô do sự gia tăng nhiệt độ. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ dẻo của thép không gỉ. Nó có độ dẻo thấp ở 1050°C và tối đa ở 1350°C. Do đó, nó có phạm vi làm việc nóng rất hẹp. 
• Áp suất thủy tĩnh làm tăng độ dẻo. Quan sát này lần đầu tiên được thực hiện bởi Bridgeman. Trong các thử nghiệm xoắn, chiều dài của mẫu thử giảm khi lực xoắn tăng. Nếu mẫu chịu ứng suất nén dọc trục trong thử nghiệm xoắn, nó cho thấy độ dẻo cao hơn so với khi không có ứng suất dọc trục. Nếu ứng suất kéo dọc trục được áp dụng, độ dẻo sẽ giảm hơn nữa.

3. Cách đo độ dẻo trong kim loại 

 

Độ dẻo là khả năng biến dạng của kim loại mà không bị nứt. Các kim loại có thể được tạo hình hoặc ép thành hình dạng khác mà không có bất kỳ vết nứt nào được coi là dễ uốn. Các kim loại bị gãy được phân loại là giòn (về cơ bản ngược lại với dễ uốn). 

Độ dẻo đóng một vai trò quan trọng trong khả năng hình thành. Kim loại quá giòn có thể không được hình thành thành công. Ví dụ, nếu một miếng kim loại được kéo thành một sợi dây mỏng, thì nó nhất thiết phải có độ dẻo nhất định. 

Nếu kim loại quá giòn, nó sẽ bị gãy ngay khi kim loại bắt đầu căng ra. Độ dẻo cũng là một xem xét an toàn chính cho các dự án kết cấu. Tính dẻo cho phép các cấu trúc uốn cong và biến dạng ở một mức độ nào đó mà không bị vỡ khi đặt dưới tải nặng. 

Phần trăm độ giãn dài và phần trăm giảm là hai cách để đo độ dẻo:

• Độ giãn dài phần trăm đo chiều dài mà một kim loại biến dạng theo phần trăm chiều dài ban đầu của nó, sau khi nó bị kéo đến hỏng trong quá trình kiểm tra độ bền kéo. 
• Phần trăm giảm đo phần hẹp nhất của mặt cắt ngang của mẫu kim loại sau khi đứt do thử nghiệm độ bền kéo.

Độ dẻo có thể phụ thuộc vào nhiệt độ, vì vậy cần tính đến nhiệt độ mà kim loại sẽ phải chịu trong một ứng dụng. Hầu hết các kim loại đều có biểu đồ nhiệt độ chuyển tiếp dẻo-giòn có thể hỗ trợ. 

Độ dẻo trong kim loại đặc biệt quan trọng trong việc gia công kim loại, vì các vật liệu bị nứt, vỡ hoặc vỡ dưới áp lực không thể được xử lý bằng các quy trình tạo hình kim loại như búa, cán, kéo hoặc ép đùn. Các vật liệu dẻo có thể được tạo hình nguội bằng cách dập hoặc ép, trong khi các vật liệu giòn có thể được đúc hoặc tạo hình bằng nhiệt. Chính vì vậy khi lựa chọn vật liệu kim loại, các nhà sản xuất cần xem xét các đặc tính của kim loại có phù hợp với quá trình gia công hay không, đặc biệt là về độ dẻo.