Gãy dẻo, còn được gọi làgãy xương nhựahoặcgãy xương do quá tải kéo, đề cập đến một loại gãy xương xảy ra khi tải trọng tác dụng lên vật liệu kim loại vượt quá cường độ năng suất của nó, dẫn đến biến dạng dẻo vĩ mô đáng kể trước khi gãy. Vì thế nó còn được gọi làgãy quá tải dẻo.
Một ví dụ điển hình là vết nứt của mẫu kéo trơn dưới tải trọng tĩnh một trục, như thể hiện trong hình bên dưới. Bề mặt vết nứt thể hiện rõ ràngthắt cổhiện tượng gần chỗ nghỉ. Về mặt vĩ mô, bề mặt vết nứt cócốc-và-hình nónhình dạng: khu vực trung tâm xuất hiệncó sợiVàmàu xám đenvề màu sắc, có định hướng chungvuông góctheo hướng ứng suất kéo, trong khi vùng bên ngoài có đặc điểmcắt môihình thức đó ở khoảng mộtgóc 45 độtới trục kéo.
Trong các ứng dụng thực tế, hình dạng của các bộ phận và lực mà chúng chịu có thể khá phức tạp, do đó các đặc điểm hình thái đứt gãy vĩ mô có thể không rõ ràng. Tuy nhiên, cơ sở chính để phân biệt giữagãy dẻoVàgãy xương giònlà sự hiện diện hay vắng mặt của biến dạng dẻo vĩ mô đáng kể gần vết nứt.
Xét về cơ chế đứt gãy trong vật liệu kim loại, có hai loại chính:tách trượtVàgãy lúm đồng tiền dẻo.
Tách trượtđề cập đến hiện tượng, dưới tác dụng của ngoại lực, các nguyên tử trong cấu trúc tinh thể của vật liệu trượt tương đối dọc theo các mặt phẳng và hướng tinh thể cụ thể do ứng suất cắt, được gọi làtrượt. Khi sự trượt này xảy ra không liên tục hoặc không đều, hoặc khi nó bị cản trở ở các ranh giới hạt, ranh giới pha hoặc các mặt tiếp xúc khác, các khoảng trống hoặc vết nứt nhỏ hình thành tại các vị trí này, dẫn đếntách trượt. Vết nứt tách trượt thuần túy tương đối hiếm gặp ở vật liệu kim loại.
Gãy lúm đồng tiền dẻolà loại phổ biến hơn. Cơ chế hình thành và lan truyền vết nứt ở chế độ này như sau: vật liệu kim loại chứa nhiều điểm gián đoạn khác nhau như lỗ rỗng, tạp chất, hạt pha thứ hai, ranh giới hạt và ranh giới pha. Khi chịu ứng suất quá tải (vượt quá giới hạn chảy), nồng độ ứng suất phát triển ở các vùng cục bộ này gây ra biến dạng dẻo. Khi quá trình biến dạng tiến triển, các lỗ rỗng vi mô hình thành tại các điểm gián đoạn hoặc mặt phân cách này. Khi sức căng tiếp tục gia tăng, các khoảng trống nhỏ phát triển và liên kết lại, cuối cùng kết nối với nhau để tạo thành các vết nứt nhỏ. Dưới áp lực liên tục, những vết nứt nhỏ này sẽ dần dần mở rộng cho đến khi chúng đạt đến kích thước tới hạn, dẫn đến gãy xương. Những khoảng trống siêu nhỏ này được gọi làlúm đồng tiền dẻo(hoặchố nhựa). Hình thái điển hình của các vết lõm dẻo được quan sát bằng SEM được thể hiện trong hình bên dưới, trong đó các hạt hoặc thể vùi ở pha thứ hai cũng có thể được nhìn thấy ở đáy các vết lõm.
Dưới các trạng thái ứng suất khác nhau, hình thái củalúm đồng tiền dẻotrên một vết nứt dẻo cũng khác nhau. Nói chung, chúng có thể được phân thành ba loại:lúm đồng tiền đều(dưới ứng suất kéo),lúm đồng tiền rách(dưới áp lực xé rách, Chế độ I), vàcắt lúm đồng tiền(dưới ứng suất cắt, Chế độ II và Chế độ III).
Trong phân tích hình thái vết nứt thực tế, người ta thường quan sát thấy rằng cả ba loạilúm đồng tiền dẻohình thái có thể xuất hiện. Điều này thường là do trạng thái ứng suất phức tạp mà vật liệu phải chịu, hoặc trong các điều kiện ứng suất đơn giản, khi vết nứt lan rộng, các thay đổi ứng suất cục bộ xảy ra, dẫn đến sự khác biệt về hình thái lõm.
Hơn nữa, chúng ta không thể đơn giản xác định rằng gãy xương là dodẻodựa trên sự hiện diện của nhiều lúm đồng tiền ở khu vực gãy xương cục bộ. Lúm đồng tiền dẻo không phải là điều kiện cần và đủ đểgãy dẻo, bởi vì trong tình huống thực tế, nhiềugãy xương hỗn hợpcó thể xảy ra, chẳng hạn nhưgần như-gãy xương do tách rời. Do đó, vẫn cần kết hợp cả phân tích vĩ mô và vi mô để xác định loại vết nứt, hiểu cơ chế hư hỏng, xác định nguyên nhân cốt lõi của sự cố đứt gãy và đề xuất các đề xuất cải tiến vật liệu, thiết kế thành phần, quy trình sản xuất và môi trường sử dụng.
Trong những điều kiện nào thì vết nứt dẻo dễ xảy ra hơn? Yếu tố nào tăngđộ dẻo(giảmđộ giòn) sẽ thúc đẩy sự xuất hiện của gãy xương dẻo. Các điểm sau đây tóm tắt các yếu tố chính:
Cấu trúc vi mô vượt trội:Các cấu trúc vi mô khác nhau có thể dẫn đến các vết nứt khác nhau trong cùng điều kiện. Ví dụ, martensite được tôi luyện có độ dẻo tốt hơn, trong khi ngọc trai + ferit có độ dẻo tương đối thấp hơn. Cái trước có nhiều khả năng bị gãy xương dẻo.
Cấu trúc chi tiết-mịn:Nói chung, hạt càng mịn thì độ dẻo càng tốt. Ngoài ra, các khuyết tật trong cấu trúc-hạt mịn thường nhỏ hơn nên cần có ứng suất cao hơn để gãy.
Các thể vùi cứng hoặc các hạt-pha thứ hai:Các tạp chất cứng hoặc các hạt ở pha-thứ hai thường không làm giảm độ dẻo của vật liệu. Đôi khi, pha thứ hai bằng nhựa thậm chí có thể cải thiện độ dẻo của vật liệu. Như được thể hiện trong sơ đồ dưới đây,lúm đồng tiền dẻochứa một lượng đáng kể tạp chất sulfua loại A, nhưng vật liệu này vẫn có biểu hiệngãy quá tải dẻo.
Nguyên liệu sạch:Cải thiện độ tinh khiết của vật liệu, chẳng hạn như chú ý đến việc đưa các yếu tố tạp chất bên ngoài vào trong quá trình luyện thép, giảm tạp chất có hại trong vật liệu và giảm thiểu khả năngđộ giòn giữa các hạtVàtạp chất giòn pha-thứ hai.
Thiết kế kết cấu tốt:Tránh tập trung ứng suất, chẳng hạn như giảm các góc nhọn, vết khía, v.v. và thiết kế một cấu trúc đảm bảo phân bổ tải trọng đồng đều.
Môi trường hoạt động tốt (nhiệt độ, điều kiện trung bình, v.v.):Giảm thiểu tiếp xúc với môi trường ăn mòn và môi trường{0}có nhiệt độ thấp. Nếu cần có những điều kiện như vậy thì cần xem xét độ nhạy cảm với môi trường khi thiết kế vật liệu.
Vìgãy dẻo, trong các ứng dụng thực tế, nó cho phép biến dạng đáng kể mà không bị gãy đột ngột. Vì vậy, xét từ góc độ này, so vớigãy xương giòn, gãy dẻo là kiểu gãy dễ chấp nhận hơn. Tuy nhiên, nếu quy trình thiết kế, sản xuất và sử dụng vật liệu được kiểm soát hợp lý ở từng giai đoạn thì có thể tránh được những sự cố gãy vỡ không đáng có, giảm tổn thất tài sản cho cả doanh nghiệp và quốc gia.
