خواص استحکام تسلیم و مقاومت کششی فلزات
فهرست مطالب
مقدمه
مردم جوامع قدیم، دلایل کاربردی زیادی برای اهمیت دادن به خواص فلزات داشتند. برای مثال، آنها به دنبال راهی برای پاسخ دادن به سؤالاتی مانند “آیا می‌توانم شمشیر دشمنم را قبل از اینکه شمشیر من را بشکند، بشکنم؟” یا ” ضخامت زره من باید چقدر باشد، تا بتواند از من محافظت کند؟” بودند. بنابراین، در آن دوره، نظامیان و گلادیاتورها در درجه اول به استحکام تجهیزات جنگی خود توجه داشتند.
خاصیت استحکام و شکل پذیری فولاد
فولاد به علت شکل پذیری و استحکامش حتی در زمان روم باستان، بسیار با ارزش به حساب آورده می‌شد. امروزه آلیاژهای فولادی هنوز هم تقاضای بالایی دارند و در درجه اول همان ویژگی‌ها یعنی – استحکام و شکل پذیری – است که آلیاژهای فولادی را برای تولید مدرن و صنعتی بسیار مهم می‌کند. بنابراین، اهمیت استحکام به‌عنوان یک ویژگی فلزی مهم تغییری نکرده است: دانستن اینکه چه زمانی فلز شروع به کشش، تغییر شکل و شکستن می‌کند برای درک نحوه استفاده از آن لازم و ضروری است.
دو معیاری که دانشمندان و مهندسان مواد معمولاً از آنها برای پیش‌بینی چگونگی مقاومت یک فلز در شرایط تنش و مقاومت در برابر شکستن استفاده می‌کنند: استحکام تسلیم (که به عنوان نقطه تسلیم بالایی نیز شناخته می‌شود) و مقاومت کششی (همچنین به عنوان مقاومت کششی نهایی نیز شناخته می‌شود). در سیستم متریک، واحد اندازه‌گیری قدرت پاسکال (Pa) یا مگا پاسکال (MPa) است و در سیستم اندازه گیری انگلیسی و آمریکایی، بر حسب پوند بر اینچ مربع (psi) تعیین می‌شود.
چگونه می‌توان استحکام یک فلز را اندازه گیری کرد؟
نمودار بالا آزمایش مقاومت کششی روی یک ماده را نشان می‌دهد. محور Y (عمودی) نشان دهنده تنش است، که نیروی اعمال شده به ماده است. کُرنش، در محور X (افقی) نشان داده شده است، که تغییر طول (یا تغییر شکل) ناشی از نیروی اعمال شده را توصیف می‌کند. در مورد آزمایش کشش، معمولاً می‌خواهیم مقاومت فلز را در برابر کشیده شدن یا کشیده شدن اندازه‌گیری کنیم، بنابراین کششی را تصور کنید که توسط دو گیره که در انتهای یک میله فلزی در جهت مخالف، اعمال می‌شود. این نمودار نشان دهنده آن است که، وقتی میله در جهت‌های مخالف بیشتر و بیشتر کشیده می‌شود، تا چه اندازه طول آن افزایش می‌یابد.
به این نکته توجه کنید که، در نقاط مشخصی تغییراتی در رابطه بین میزان تنش و درجه کرنش حاصل وجود دارد:
- فاز اول تناسب است که در آن یک رابطه خطی بین مقدار نیروی اعمال شده (تنش) و مقدار کشیده شدن فلز (کرنش) وجود دارد. در طی این مرحله هرگونه تغییر در شکل فلز موقتی است: هنگامی که نیرو حذف شود، میله فلزی به شکل اولیه خود باز می‌گردد. در علم فیزیک به تغییرات موقتی، تغییر شکل الاستیکمی‌گویند.
- فاز بعدی تغییر شکل پلاستیکاست. وقتی خط بعد از نقطه 3 شروع به انحنا می‌کند، مواد دیگر به شکل اولیه خود باز نمی‌گردند. تغییر شکل الاستیک تا حدی در تمام قطعات فلزی قابل انتظار است، اما تغییر شکل پلاستیک غالباً منجر به خرابی قطعه می‌شود. این یکی از دلایلی است که استحکام برای قطعات فلزی ریخته‌گری و ماشین کاری شده ما بسیار مهم است.
نحوه اندازه گیری استحکام تسلیم
تولیدکنندگان و سازندگان در درجه اول نگران انتقال بین تغییر شکل الاستیک و پلاستیک هستند. مشتریان می‌خواهند بدانند که یک ماده تا چه مقدار نیرو را تحمل می‌کند ولی شکل اولیه آن تغییر نمی‌کند (تغییر شکل پلاستیک). نحوه اندازه‌گیری استحکام تسلیم با اعمال نیروی کافی برای ایجاد 0.2% تغییر شکل پلاستیک است. در نمودار بالا، نقطه 4 استحکام تسلیم است و مقدار نیرویی است که برای رسیدن به آن نقطه لازم است. این اندازه‌گیری اغلب به عنوان یک مرجع استاندارد در استانداردهای ASTM ذکر شده است.
نحوه اندازه گیری مقاومت کششی
نمودار بالا، منحنی تنش/کرنش دیگری است که مقاومت کششی نهایی را نشان می‌دهد. به یاد داشته باشید که تمام تغییر شکل‌های بعد از نقطه تسلیم (تنش تسلیم) از نوع تغییر پلاستیک هستند، به این معنی که تغییرات شکل دائمی هستند. پس از نقطه کشش نهایی (UTS) در نمودار، میله آلیاژ شروع به شکستن می‌کند. به عبارت ساده‌تر، استحکام کششی نشان دهنده حداکثر تنشی است که یک ماده پیش از شکستن می‌تواند تحمل کند. در بیشتر موارد، این بسیار فراتر از چیزی است که نشان دهنده خرابی واقعی قطعه باشد، اما UTS هنوز به عنوان یک معیار کلیدی برای انتخاب آلیاژ مناسب هر محصول، به حساب می‌آید.
برای مطالعه در مورد خواص مکانیکی فلزات کلیک کنید.
دلیل اهمیت استحکام تسلیم و مقاومت کششی در صنعت ماشین سازی
در صنایع بسیاری، از جمله صنعت ماشین سازی، استحکام تسلیم و مقاومت کششی جزء مؤلفه‌های بسیار مهم به شمار می‌آیند که به شدت در طراحی کلی هر محصول ایفای نقش می‌کنند. گروه صنعتی ماشین سازی بزرگ دیانی با بیش از 50 سال سابقه درخشان در زمینه‌ی طراحی و ساخت دستگاه‌های پرس برک، گیوتین، خم‌کن و… فعالیت دارد و همواره از بهترین مواد و آلیاژها در ماشین‌های خود استفاده می‌کند، تا علاوه بر تولید محصولات با کیفیت، بهره‌وری را در فرآیند تولید به حداکثر برساند.
نتیجه گیری
در این مقاله به بررسی 2 خاصیت مهم در فلزات که سبب استفاده فراوان آن در صنایع متعددی از جمله ماشین سازی می‌شود، پرداخته شد. این دو خاصیت مهم عبارتند از: استحکام تسلیم و مقاومت کششی. این خواص اهمیت بسیاری برای تولید کنندگان و سازندگان دستگاه‌ها و ماشین‌های صنعتی دارند؛ به طوریکه از آن در محاسبات میزان نیرویی که دستگاه می‌تواند تحمل کند و تغییر شکل پلاستیک ندهد، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
چهت کسب اطلاعات در مورد برش فلزات و دستگاه‌های قیچی (گیوتین) کلیک کنید.