Thử nghiệm kéo (Tensile Test)

Thử nghiệm kéo là phương pháp kiểm tra cơ học cơ bản, trong đó một lực kéo kiểm soát được tác dụng lên mẫu vật liệu nhằm đánh giá các đặc tính cơ học như độ bền kéo, độ dẻo dai và độ đàn hồi. Các kỹ sư và nhà khoa học vật liệu trên toàn thế giới dựa vào thử nghiệm kéo, thực hiện trên máy thử nghiệm đa năng (Universal Testing Machines – UTM), để đảm bảo vật liệu và sản phẩm hoàn thiện đáp ứng các yêu cầu thiết kế và tiêu chuẩn an toàn. Bài viết này trình bày mục đích của thử nghiệm kéo, thiết bị cần thiết và các bước chuẩn bị, phân tích dữ liệu cũng như các thực hành tốt nhất để đạt kết quả đáng tin cậy.

Thử nghiệm kéo là gì?
Thử nghiệm kéo, còn gọi là thử nghiệm chịu kéo, là một thử nghiệm cơ học cơ bản, trong đó mẫu thử được kéo cho đến khi gãy, từ đó đo lường phản ứng của vật liệu dưới tác động của ứng suất. Quá trình này cung cấp các dữ liệu quan trọng như độ bền kéo tối đa, điểm chảy, độ giãn dài tại điểm gãy và mô đun đàn hồi — các thông số thiết yếu trong việc lựa chọn vật liệu và thiết kế sản phẩm.

Tại sao phải thực hiện thử nghiệm kéo?

Lựa chọn vật liệu: Đảm bảo vật liệu mới có khả năng chịu được tải trọng vận hành dự kiến (ví dụ: cao su lốp xe phải chịu được các va đập không làm rách).

Đảm bảo chất lượng: Xác nhận các lô sản xuất đáp ứng các thông số kéo quy định, ngăn ngừa sản phẩm kém chất lượng hoặc không an toàn.

Nghiên cứu và phát triển: Hỗ trợ đổi mới bằng cách định lượng ảnh hưởng của công thức hoặc quy trình gia công đến hiệu suất cơ học.

Các thành phần chính của máy thử kéo (UTM)
Một máy thử kéo điển hình bao gồm khung chịu lực vững chắc (dạng cột đơn hoặc cột đôi), cảm biến lực đã hiệu chuẩn để đo lực kéo, và bộ đầu kéo di chuyển với tốc độ giãn đều. Các dụng cụ kẹp mẫu có thể từ kiểu hàm phẳng đến hàm răng cưa để giữ chắc mẫu thử. Thiết bị đo giãn (extensometer) theo dõi chính xác độ giãn dài của mẫu. Máy được điều khiển qua phần mềm chuyên dụng, có thể thiết lập tham số thử, thực hiện các phương pháp theo tiêu chuẩn ASTM hoặc ISO, đồng thời ghi nhận dữ liệu ứng suất – biến dạng theo thời gian thực.

Nguyên lý hoạt động
Trong thử nghiệm kéo, mẫu thử — thường là dạng “xương chó” tiêu chuẩn — được kẹp chặt và kéo căng cho đến khi gãy. Máy liên tục ghi lại lực tác động và độ dịch chuyển, tạo thành đường cong ứng suất – biến dạng, cho thấy các giai đoạn đàn hồi, điểm chảy và độ bền tối đa của vật liệu. Phần mềm phân tích dữ liệu sẽ tính toán các chỉ số quan trọng như mô đun đàn hồi, ứng suất chảy và độ giãn dài tại điểm gãy, giúp hỗ trợ việc lựa chọn vật liệu và các quyết định thiết kế kỹ thuật.