خواص مقاومة الخضوع ومقاومة الشد للمعادن

فهرس المحتويات

• خواص مقاومة الخضوع ومقاومة الشد في المعادن
• كيفية قياس قوة المعدن
• طريقة قياس مقاومة الخضوع
• طريقة قياس مقاومة الشد
• أهمية مقاومة الخضوع ومقاومة الشد في صناعة الآلات

المقدمة

كان لدى شعوب العصور القديمة أسباب عملية للاهتمام بـ خواص المعادن. على سبيل المثال، كانوا يبحثون عن إجابات لأسئلة مثل: "هل يمكنني كسر سيف عدوي قبل أن يكسر سيفي؟" أو "ما هو سمك الدرع الذي يمكن أن يحميني؟". لذلك، في تلك الفترة، كان المحاربون والمصارعون يركزون بشكل أساسي على قوة معداتهم القتالية.

خاصية القوة وقابلية التشكيل للصلب

كان الصلب ذا قيمة كبيرة في العصور الرومانية القديمة بسبب قابليته للتشكيل وقوته. حتى اليوم، ما زالت سبائك الصلب مطلوبة بشدة، وتعتمد قيمتها بشكل رئيسي على هاتين الخاصيتين – القوة وقابلية التشكيل – مما يجعلها مهمة جدًا للإنتاج الصناعي الحديث. وبالتالي، لم تتغير أهمية القوة كخاصية أساسية للمعادن. إن معرفة متى يبدأ المعدن في التمدد أو التشوه أو الكسر ضرورية لفهم كيفية استخدامه. هناك معياران أساسيان يستخدمهما العلماء والمهندسون للتنبؤ بكيفية مقاومة المعدن للإجهاد ومنع الكسر:

1. مقاومة الخضوع (المعروفة أيضًا بالنقطة العليا للخضوع).
2. مقاومة الشد (المعروفة أيضًا بمقاومة الشد النهائية أو UTS).

في النظام المتري، تُقاس هذه القوى بوحدات الباسكال (Pa) أو الميجاباسكال (MPa)، بينما تُقاس في النظام الإنجليزي والأمريكي بوحدات الباوند لكل بوصة مربعة (psi).

كيفية قياس قوة المعدن

يوضح الرسم البياني أدناه اختبار مقاومة الشد لمادة ما.

• يُمثل المحور Y (العمودي) الإجهاد، وهو القوة المطبقة على المادة.
• يُمثل المحور X (الأفقي) الانفعال، الذي يصف التمدد (أو التشوه) الناتج عن القوة المطبقة.

في اختبار الشد، نقيس عادةً مقاومة المادة للتمدد أو السحب. تخيل قوة تُطبق بواسطة مشابك تسحب طرفي قضيب معدني في اتجاهين متعاكسين. يُظهر الرسم البياني كيف يزداد طول القضيب مع زيادة السحب. لاحظ النقاط المحددة حيث تحدث تغييرات في العلاقة بين مقدار الإجهاد ودرجة الانفعال:

1. التشوه المرن: في المرحلة الأولى، توجد علاقة خطية بين مقدار القوة المطبقة (الإجهاد) ومقدار تمدد المعدن (الانفعال). في هذه المرحلة، يكون أي تغيير في شكل المعدن مؤقتًا: عند إزالة القوة، يعود المعدن إلى شكله الأصلي. يُعرف هذا التغيير المؤقت في الفيزياء باسم التشوه المرن.
2. التشوه البلاستيكي: تبدأ المرحلة التالية عندما يبدأ الخط بعد النقطة 3 في الانحناء. في هذه المرحلة، لا يعود المعدن إلى شكله الأصلي. بينما يُتوقع حدوث التشوه المرن في جميع القطع المعدنية، غالبًا ما يؤدي التشوه البلاستيكي إلى فشل القطعة. وهذا هو السبب في أن القوة خاصية مهمة جدًا للقطع المعدنية في السباكة والتشغيل الآلي.

طريقة قياس مقاومة الخضوع

يهتم المصنعون بالانتقال بين التشوه المرن والبلاستيكي. يحتاج العملاء إلى معرفة مقدار القوة التي يمكن أن يتحملها المعدن دون أن يتغير شكله الأصلي (التشوه البلاستيكي). تُقاس مقاومة الخضوع بتطبيق قوة كافية لإحداث 0.2% من التشوه البلاستيكي. في الرسم البياني أعلاه، النقطة 4 تمثل مقاومة الخضوع، وهي مقدار القوة اللازمة للوصول إلى هذه النقطة. غالبًا ما تُستخدم هذه القياسات كمعايير مرجعية في مواصفات ASTM.

طريقة قياس مقاومة الشد

يوضح الرسم البياني أعلاه أيضًا منحنى الإجهاد/الانفعال الذي يظهر مقاومة الشد النهائية (UTS). بعد نقطة الخضوع، تكون جميع التشوهات بلاستيكية، أي دائمة. بعد نقطة الشد النهائية في الرسم البياني، يبدأ القضيب المعدني في الانكسار. بعبارة بسيطة، تشير مقاومة الشد إلى الحد الأقصى للإجهاد الذي يمكن أن تتحمله المادة قبل الانكسار. على الرغم من أن UTS غالبًا ما يتجاوز نقطة الفشل الفعلية، إلا أنه يظل معيارًا أساسيًا عند اختيار السبيكة المناسبة لأي منتج.

أهمية مقاومة الخضوع ومقاومة الشد في صناعة الآلات

في العديد من الصناعات، بما في ذلك صناعة الآلات، تُعد مقاومة الخضوع ومقاومة الشد من المكونات الأساسية التي تلعب دورًا مهمًا في التصميم العام لأي منتج. تتمتع مجموعة ماشيـن سازي بزرگ دياني بخبرة تزيد عن 50 عامًا في تصميم وتصنيع آلات الثني، الجيّوتين، آلات الكبس وغيرها، وتستخدم دائمًا أفضل المواد والسبائك في منتجاتها لضمان الجودة العالية وتحقيق أقصى كفاءة في عملية الإنتاج.

الخلاصة

تناولت هذه المقالة خاصيتين مهمتين في المعادن، وهما: مقاومة الخضوع ومقاومة الشد، واللتان تجعلان المعادن ضرورية في العديد من الصناعات، بما في ذلك صناعة الآلات. تُعتبر هاتان الخاصيتان أساسيتين بالنسبة للمصنعين عند حساب مقدار القوة التي يمكن أن يتحملها الجهاز دون حدوث تشوه بلاستيكي. لمزيد من المعلومات حول قطع المعادن وآلات الجيّوتين، اضغط هنا.