Sự khác biệt giữa sức mạnh và độ bền của vật liệu
Sức mạnh
Sức mạnh là sự căng thẳng mà một kim loại không bị cản trở có thể chịu được trước khi nó làm biến dạng hoặc phá vỡ dưới một tải trọng được áp dụng. Đó là thước đo khả năng chống gãy xương của vật liệu khi chịu lực kéo.
Độ dẻo dai
Độ bền là lượng năng lượng cần thiết trước khi một vật liệu bị nứt vỡ. Vật liệu càng khó khăn, càng cần nhiều năng lượng để khiến vết nứt lan truyền đến gãy. Đối với một hợp kim nhất định, độ bền gãy thấp hơn có nghĩa là độ dẻo thấp hơn. Ví dụ, thủy tinh có độ bền rất thấp và do đó rất giòn.
Ảnh hưởng của tải lên gãy xương
Đối với một thành phần có vết nứt có độ dài nhất định, khi độ bền gãy giảm, khả năng chống chịu tải của thành phần trước khi phá vỡ cũng giảm. Ngược lại, đối với một tải trọng nhất định, khi độ bền gãy tăng, thành phần có thể chịu được các vết nứt dài hơn mà không bị vỡ. Như thể hiện trong hình dưới đây, đối với bất kỳ hợp kim nhất định, khi độ bền kéo tăng, độ bền của nó giảm. Do đó, khi cả độ bền cao và cường độ cao được yêu cầu, thường cần phải chuyển sang hợp kim khác đáp ứng cả hai yêu cầu.
Xem xét sức mạnh và độ dẻo dai trong lựa chọn vật liệu
Các nhà thiết kế thường có xu hướng sử dụng các vật liệu có sức mạnh cao nhất có thể để cho phép họ giảm thiểu diện tích mặt cắt ngang của một thành phần. Tuy nhiên, điều này có thể vô tình dẫn đến việc sử dụng các vật liệu không đủ cứng để chống gãy xương nếu các vết nứt nhỏ hình thành trong quá trình sản xuất hoặc trong khi sử dụng. Căng thẳng mệt mỏi là một nguyên nhân có thể của sự hình thành vết nứt.
Sự hình thành vết nứt trong các thành phần tiếp xúc với điều kiện mệt mỏi thường được mong đợi. Trong những trường hợp này, độ bền gãy cần phải được biết để xác định thời gian thành phần có thể tiếp tục được sử dụng trước khi vết nứt truyền đến điểm mà toàn bộ mặt cắt không thể hỗ trợ tải và thành phần bị vỡ. Điều này áp dụng cho các thành phần hàng không vũ trụ và tàu áp lực, chẳng hạn như nồi hơi.
Đối với các thành phần cấu trúc tiếp xúc với điều kiện mệt mỏi, các nhà thiết kế phải tập trung vào cả sức mạnh và độ bền. Sức mạnh phải đủ lớn để cho phép vật liệu chịu được tải trọng được áp dụng mà không bị biến dạng. Độ dẻo dai phải đủ để cho phép kim loại chịu được sự hình thành các vết nứt mệt mỏi mà không có sự cố thảm khốc.
