خواص مکانیکی فلزات چیست؟
فهرست مطالب
مقدمه
در صنعت ساخت و تولید فلزات، خواص مکانیکی نقش بسیار مهمی در انتخاب آلیاژ مناسب برای هر کار ایفا می‌کند. در طول فرآیندهای ریخته‌گری و ماشین کاری و همچنین در تعیین طول عمر مفید فلزات، ماده انتخابی در معرض نیروهای خارجی زیادی قرار خواهد گرفت. تولیدکنندگان این مواد باید محصولاتی را تولید کنند که در هر مرحله با نیاز مشتریان مطابقت داشته باشد. با درک درست از خواص مکانیکی، متخصصان عرصه صنعت و تولید می‌توانند انتخاب درستی برای مواد و فرآیندها داشته باشند.
خواص مکانیکی اصلی در فلزات
چگونگی واکنش یک ماده به بارها یا نیروها توسط خواص مکانیکی، توصیف می‌شود. این ویژگی‌ها ثابت نیستند و بر اساس دما و سایر عوامل خارجی تغییر می‌کنند، بنابراین تولیدکنندگان فلزات لازم است، پیش از توصیه یک ماده، درک درست و کاملی از محیط و نحوه عملکرد یک قطعه داشته باشند. خواص مکانیکی کلیدی فلزات عبارتند از:
. قدرت و استحکام
. شکل پذیری و چکش خواری
. چُقُرمِگی
. مقاومت در برابر فرسودگی
. سختی
قدرت و استحکام
قدرت را می‌توان به روش‌های مختلفی اندازه‌گیری کرد، اما به طور کلی نشان‌دهنده میزان نیرویی است که یک جسم می‌تواند بدون خم شدن یا شکستن تحمل کند. نسبت قدرت به وزن یکی از ویژگی‌های کلیدی در فلزات است، زیرا به تولیدکنندگان اعلام می‌کند که جهت برآورده کردن یک نیاز مقاومتی خاص، چه مقدار ماده باید استفاده شود.
استحکام غالباً بر حسب پاسخ یک ماده به تنش‌ها یا نیروهای اعمال شده در سه پیکربندی: فشار، کشش و برش اندازه‌گیری می‌شود. هنگامی که یک ماده تحت فشار قرار می‌گیرد، نیروهایی در جهت نقطه مرکزی‌اش (مرکز ثقل)، بر روی آن ماده وارد می‌شوند. به صورت عکس در مورد کشش، این نیروها در جهت خلاف عمل کرده و مواد را از هم جدا می‌کند. نیروهای برشی نیز، به موازات یکدیگر در جهت عکس عمل می‌کنند.
شکل پذیری و چکش خواری
در حالی که استحکام می‌تواند عامل خوبی برای پیش‌بینی عملکرد فلزات در دنیای واقعی باشد، تولیدکنندگان بایستی فلزات را بیش از محدودیت‌هایش تحت فشار قرار دهند تا شکل‌های جدیدی به ایجاد شود. خواص شکل پذیری و چکش خواری نشان می‌دهد که چگونه می‌توان یک فلز را بدون شکستن به راحتی دستکاری کرد.
از خاصیت شکل پذیری فلزات در فرایند خم کاری(خمش) فلزات استفاده زیادی می‌شود. این خاصیت اجازه و امکان حالت دادن فلز به شکل دلخواه و مطلوب را با استفاده از دستگاه‌های خم کاری، مانند پرس برک به ما می‌دهد.
برای آشنایی با دستگاه پرس برک و نحوه انجام خم کاری با آن کلیک کنید.
شکل پذیری عبارت است از، پاسخ یک فلز به تنش یا قابلیت کششی، نورد یا اکسترود بدون شکستن. چکش خواری، به تنش فشاری مانند صاف کردن اشاره دارد. به همین دلیل یعنی خاصیت چکش خواری زیاد در آلومینیوم است که از آن به طور گسترده‌ای در ساخت ورق‌های فویل نازک استفاده می‌شود.
از آنجایی که رفتار یک ماده بسته به دما تغییر می‌کند، یک فلز ممکن است خاصیت شکل پذیری یا چکش خواری خوبی در دماهای بالا از خود نشان دهد، اما در دمای اتاق این خواص ضعیف‌تر شود. قرن‌ها پیش، آهنگران از این متغیر آگاه بودند و محصولات آهنی را پیش از شروع فرآیند چکش خواری و شکل پذیری تحت حرارت زیاد قرار می‌دادند تا رنگ فلز سرخ و درخشان شود.
چقرمگی
چقرمگی در علم مواد و متالورژی را، توانایی یک ماده در جذب انرژی و تغییر شکل خمیری قبل از وقوع شکست در نظر می‌گیرند. در واقع چقرمگی نشان دهنده تعادل ایده آل بین استحکام و شکل پذیری است. سخت‌ترین فلزات آن‌هایی هستند که می‌توانند بیشترین مقدار انرژی را قبل از شکستن جذب کنند.
مقاومت در برابر فرسودگی
در واقعیت، قطعات فلزی اغلب در طولانی مدت تحت تنش‌های مکرر قرار می‌گیرند. در حالی که هیچ یک از این تنش‌ها، به صورت جداگانه، استحکام، شکل پذیری یا چقرمگی قطعه را به چالش نمی‌کشد، عمل تکرار این چرخه می‌تواند منجر به شکست در فلزات شود. بر اساس نظر، انجمن فلزات آمریکا، در حدود 90٪ از خرابی‌های مکانیکی ناشی از افت این خواص به دلیل تکرار تنش در طول زمان است.
مقاومت در برابر فرسودگی، به عنوان معیاری از توانایی یک قطعه جهت تحت فشار قرار گرفتن مکرر و چرخه‌ای بدون شکستگی یا تغییر شکل دائمی آن در نظر گرفته می‌شود. مانند سایر خواص مکانیکی، مقاومت در برابر فرسودگی یک آلیاژ، به دمای اعمال تنش و همچنین سایر عوامل محیطی بستگی دارد.
مقاومت در برابر فرسودگی قطعه، نه تنها به ترکیب مواد آن بلکه به وجود نقص یا عیب در آن نیز بستگی دارد. مسائلی مانند تخلخل، ترک خوردگی یا سایر عیوب ناشی از ساخت می‌تواند مقاومت در برابر فرسودگی یک قطعه را به شدت کاهش دهد.
سختی
سختی در مواد را می‌توان به مولفه‌هایی از جمله، مقاومت در برابر تغییر شکل، مقاومت در برابر تراش یا مقاومت در برابر برش تقسیم کرد. فلزات یک همبستگی قدرتمندی بین استحکام کششی و سختی از خود نشان می‌دهند و غالباً می‌توان سختی را در فولاد با افزایش میزان درصد کربن در آن بیشتر کرد.
نتیجه‌گیری
در این مقاله، به بیان و توضیح خواص مکانیکی مهم در فلزات پرداخته شد. این خواص عبارت هستند از: قدرت و استحکام، شکل پذیری و چکش خواری، چقرمگی، مقاومت در برابر فرسودگی و سختی. با داشتن درک کافی و توجه به این خواص، تولیدکنندگان مواد و فلزات، باید محصولاتی را تولید کنند که منطبق با خواسته و نیاز مشتریان باشد.