Tiêu Chuẩn Thử Nghiệm Thép: ASTM, ISO, TCVN và Giải Thích Thuật Ngữ

Hiện nay, các tiêu chuẩn thử nghiệm thép như ASTM, ISO và TCVN được áp dụng rộng rãi trên thế giới và tại Việt Nam. Bài viết này sẽ cung cấp thông tin chi tiết về các tiêu chuẩn này, cùng với giải thích ý nghĩa các thuật ngữ quan trọng trong quá trình thí nghiệm.

Các Tiêu Chuẩn Thí Nghiệm Thép Tham Khảo

  • ASTM E8/E8M: Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials (Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn cho kiểm tra ứng suất kéo của vật liệu kim loại). Tiêu chuẩn này quy định các phương pháp để xác định các đặc tính kéo của vật liệu kim loại.
  • TCVN 197-1 (ISO 6892-1): Metallic materials-Tensile testing at ambient temperature (Vật liệu kim loại – Kiểm tra ứng suất kéo ở nhiệt độ phòng). Tiêu chuẩn này mô tả phương pháp thử kéo các vật liệu kim loại ở nhiệt độ phòng để xác định các đặc tính cơ học của chúng.
  • TCVN 197-2 (ISO 6892-2): Metallic materials-Tensile testing at high temperature (Vật liệu kim loại – Kiểm tra ứng suất kéo ở nhiệt độ cao). Tương tự như TCVN 197-1, nhưng tiêu chuẩn này áp dụng cho các thử nghiệm kéo ở nhiệt độ cao.
  • TCVN 4398 (ISO 377): Thép và sản phẩm thép – Vị trí lấy mẫu, chuẩn bị phôi mẫu và mẫu thử cơ tính. Tiêu chuẩn này quy định quy trình lấy mẫu và chuẩn bị mẫu thử từ thép và các sản phẩm thép để tiến hành các thử nghiệm cơ học.

Mẫu thépMẫu thép

Alt text: Chuẩn bị phôi mẫu thử nghiệm cơ tính thép theo tiêu chuẩn TCVN 4398

  • TCVN 10600-1 (ISO 7500-1): Metallic materials – Verification of static uniaxial testing machines – Part 1: Tensile testing machines (Vật liệu kim loại – Kiểm tra các máy thử tĩnh một trục – Phần 1: Các máy thử kéo/nén – Kiểm tra và hiệu chuẩn hệ thống đo lực). Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu về kiểm tra và hiệu chuẩn các máy thử kéo/nén được sử dụng để thử nghiệm vật liệu kim loại.
  • TCVN 10601 (ISO 9513): Metallic materials – Verification of extensometers used in uniaxial testing (Vật liệu kim loại – Hiệu chuẩn các hệ thống giãn kế sử dụng trong thử nghiệm một trục). Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu về hiệu chuẩn các hệ thống đo độ giãn dài (extensometer) được sử dụng trong thử nghiệm một trục.
  • ISO 2566-1: Steel – conversion of elongation values – Part 1: Carbon and lon alloy steels (Thép – chuyển đổi các giá trị độ giãn dài – Phần 1: Thép cacbon và thép hợp kim thấp). Tiêu chuẩn này cung cấp phương pháp chuyển đổi giá trị độ giãn dài cho thép carbon và thép hợp kim thấp.
  • ISO 2566-2: Steel – conversion of elongation values – Part 2: Austenitic steels (Thép – chuyển đổi các giá trị độ giãn dài – Phần 2: Thép austenit). Tương tự như ISO 2566-1, nhưng tiêu chuẩn này áp dụng cho thép austenit.

Ý Nghĩa Thuật Ngữ trong Thí Nghiệm Kiểm Tra Độ Bền Thép

Các thuật ngữ sau đây thường được sử dụng trong quá trình thí nghiệm kiểm tra độ bền kéo của thép. Việc hiểu rõ ý nghĩa của chúng là rất quan trọng để đánh giá chính xác chất lượng vật liệu.

  1. Chiều dài cữ (L) (Gauge length): Chiều dài quy định của mẫu để đo độ giãn dài. Độ giãn dài chỉ được tính trong khoảng này, nếu mẫu bị hỏng ở vị trí khác, kết quả sẽ không được chấp nhận. Cần phân biệt:

    • Chiều dài cữ ban đầu (Lo) (Original gauge length): Chiều dài cữ trước khi tác dụng lực kéo.
    • Chiều dài cữ lúc cuối (Lu) (Final gauge length): Chiều dài cữ sau khi mẫu thử bị kéo đứt.

  2. Chiều dài phần song song (Lc) (Parallel length): Chiều dài phần song song được gia công của mẫu thử. Đối với mẫu thử không gia công, khái niệm này thay thế cho khoảng cách giữa các má kẹp.

  3. Độ giãn dài (Elongation): Lượng gia tăng từ chiều dài cữ ban đầu tại bất kỳ thời điểm nào trong quá trình kéo. Giá trị từ vị trí cữ ban đầu được tính là “0”. Ký hiệu độ giãn dài: Ln (mm).

  4. Độ giãn dài tương đối (Percentage elongation): Độ giãn dài tính bằng phần trăm so với chiều dài cữ ban đầu (Lo). Ký hiệu: % dãn dài. Công thức: % dãn dài = Ln/Lo * 100% (mm/mm hoặc %).

  5. Độ giãn dài dư tương đối (Percentage permanent elongation): Sự tăng lên của chiều dài cữ ban đầu sau khi bỏ ứng suất, tính bằng phần trăm của chiều dài cữ ban đầu (Lo). Chỉ số này ít được quan tâm hơn.

  6. Độ giãn dài tương đối sau khi đứt (A) (Percentage elongation after fracture): Độ giãn dài của chiều dài cữ sau khi đứt (Lf) tính bằng phần trăm của chiều dài cữ ban đầu (Lo). Công thức: %=Lf/Lo * 100% (mm/mm hoặc %). Đây là một chỉ số rất quan trọng.

Mẫu thép sau khi kéo đứtMẫu thép sau khi kéo đứt

Alt text: Hình ảnh mẫu thép sau thử nghiệm kéo đứt, thể hiện độ giãn dài

  1. Độ giãn dài tương đối tổng sau khi đứt (At) (Percentage total elongation at fracture): Độ giãn dài tổng (độ giãn dài đàn hồi cộng với độ giãn dài dẻo) của chiều dài cữ tại thời điểm đứt tính bằng phần trăm của chiều dài cữ ban đầu (L0).
  2. Độ giãn dài khi lực thử lớn nhất (Percentage elongation at maximum force): Sự tăng lên của chiều dài cữ khi lực thử lớn nhất, tính bằng phần trăm của chiều dài cữ ban đầu.
  3. Chiều dài cữ cho máy đo độ giãn (Lo) (Extensometer gauge length): Chiều dài phần song song của mẫu thử dùng để đo phần kéo dài đặt trên máy đo độ giãn. Để đo giới hạn bền chảy và bền đứt, Le ≥ Lo/2. Để đo các thông số “khi” hoặc “sau” lực thử lớn nhất, Le gần bằng Lo.
  4. Độ kéo dài (Extension): Lượng tăng lên của chiều dài cữ do máy đo độ giãn (L0) xác định được tại thời điểm đã cho.
  5. Độ kéo dài tương đối dư (Percentage permanent extension): Lượng tăng lên của chiều dài cữ trên máy đo độ giãn xác định được sau khi bỏ ứng suất qui định khỏi mẫu thử, được tính bằng phần trăm chiều dài cữ của máy đo độ giãn (Le).
  6. Độ kéo dài tương đối tại điểm chảy (Ao) (Percentage yield point extension): Phần kéo dài giữa điểm bắt đầu chảy và điểm bắt đầu biến cứng đều đối với vật liệu chảy không liên tục. Nó được tính bằng phần trăm của chiều dài cữ của máy đo độ giãn.
  7. Độ thắt tương đối (Z) (Percentage reduction of area): Độ thay đổi diện tích mặt cắt ngang lớn nhất xuất hiện khi thử được tính bằng phần trăm của diện tích mặt cắt ngang ban đầu (So).
  8. Lực lớn nhất (Fm) (Maximum force): Lực lớn nhất tác dụng lên mẫu thử trong khi thử sau khi qua điểm chảy. Đối với vật liệu không có điểm chảy, là giá trị lực lớn nhất khi thử.
  9. Lực kéo đứt (F) (Force at break): Lực tại điểm mẫu bắt đầu bị đứt.
  10. Ứng suất (Stress): Lực thử chia cho diện tích mặt cắt ngang ban đầu (So) của mẫu thử tại thời điểm bất kỳ trong khi thử.
  11. Giới hạn bền (Rm) (Tensile strength): Ứng suất tương ứng với lực lớn nhất (Fm).

Biểu đồ ứng suất biến dạngBiểu đồ ứng suất biến dạng

Alt text: Minh họa biểu đồ ứng suất biến dạng trong thử nghiệm kéo thép

  1. Giới hạn chảy (Yield strength): Ứng suất tại điểm chảy của vật liệu kim loại khi đó xuất hiện biến dạng dẻo mà lực thử không tăng. Công thức tính: Lực tại điểm chảy chia cho tiết diện của mẫu.
  2. Giới hạn chảy trên (ReH) (Upper yield strength): Giá trị ứng suất tại điểm khi xuất hiện sự giảm đầu tiên của lực thử.
  3. Giới hạn chảy dưới (ReL) (Lower yield strength): Giá trị ứng suất nhỏ nhất trong quá trình chảy dẻo, không tính đến bất kỳ hiệu ứng chuyển tiếp ban đầu nào.
  4. Giới hạn dẻo qui ước với độ kéo dài không tỷ lệ (Rp) (Proof strength non-proportional extension): Ứng suất tại đó độ kéo dài không tỉ lệ bằng với phần qui định của chiều dài cữ cho máy do độ giãn (Le) . Ký hiệu sử dụng được kèm theo phần trăm qui định, ví dụ Rp0.2.
  5. Giới hạn dẻo qui ước với độ kéo dài tổng (Rt) (Proof strength, total extension): Ứng suất tại đó độ kéo dài tổng (độ kéo dài đàn hồi cộng độ kéo dài dẻo) bằng với độ giãn dài quy định của chiều dài cữ cho máy đo độ giãn (Le) . Ký hiệu sử dụng được kèm theo phần trăm qui định, ví dụ Rt0.5.
  6. Giới hạn bền qui ước (R1) (Permanent set strength): Ứng suất tại đó sau khi bỏ lực, độ giãn dài dư hoặc độ kéo dài dư được tính bằng phần trăm của chiều dài cữ ban đầu (Lo) hoặc chiều dài cữ cho máy đo độ giãn (Lo) không được vượt quá mức qui định.Ký hiệu sử dụng được kèm theo phần trăm qui định của chiều dài cữ ban đầu (Lo) hoặc của chiều dài cữ cho máy đo độ giãn (Lo), ví dụ Rt0.2.

Ký Hiệu Quy Ước Kiểm Tra Tính Chất Cơ Lý Vật Liệu

Dưới đây là bảng tóm tắt các ký hiệu thường dùng trong kiểm tra tính chất cơ lý của vật liệu:

Ký hiệu Đơn vị Giải thích Mẫu thử
a mm Chiều dày của mẫu thử phẳng hoặc chiều dày thành ống của mẫu thử ống
b mm Chiều rộng của phần song song của mẫu thử phẳng hoặc chiều rộng trung bình của dải cắt dọc theo ống hoặc chiều rộng của dây dẹt
d mm Đường kính của phần song song của mẫu thử tròn hoặc đường kính dây tròn hoặc đăng ký trong của ống