مقدمه

برای طراحی قطعه‌ای که بتواند بار کششی را تحمل کند، درک چگونگی رفتار مواد کاندید برای آن قطعه تحت کشش، ضروری است. استحکام کششی اصطلاحی است که برای توصیف میزان باری که یک ماده می‌تواند در هنگام بارگذاری کششی تحمل کند، به کار می‌رود. این اصطلاح می‌تواند به استحکام تسلیم، استحکام نهایی یا استحکام شکست اشاره داشته باشد. این مقادیر با انجام آزمایش‌های کشش تک‌محوری تعیین می‌شوند. این آزمایش امکان رسم نمودارهای تنش-کرنش را فراهم می‌کند که واکنش ماده به بارگذاری کششی را تعریف می‌کنند.این مقاله به توضیح استحکام کششی، نحوه آزمایش و محاسبه آن می‌پردازد.

فهرست مطالب

تعریف استحکام کششی

استحکام کششی معیاری است برای سنجش مقاومت یک ماده در برابر نیروی کششی اعمال شده قبل از وقوع شکست. به عبارت دیگر، بیشترین تنشی که یک ماده می‌تواند در حین کشیده شدن تحمل کند، بدون اینکه دچار تغییر شکل دائمی (نقطه تسلیم)، گلوگاه شدن (neck down) یا شکست کامل شود، استحکام کششی آن ماده نامیده می‌شود. این مقدار به صورت نیرو بر واحد سطح (معمولاً مگاپاسکال یا MPa) بیان می‌شود و نشان‌دهنده‌ی میزان نیروی لازم برای شکستن یک نمونه از ماده با سطح مقطع مشخص است.

نکات تکمیلی برای درک بهتر استحکام کششی

  • شرایط مشخص: استحکام کششی یک ماده به شرایط آزمایش، از جمله دما، سرعت بارگذاری و هندسه نمونه بستگی دارد. بنابراین، هنگام مقایسه استحکام کششی مواد مختلف، باید اطمینان حاصل شود که آزمایش‌ها تحت شرایط یکسان انجام شده‌اند.
  • نقاط مختلف شکست: در طول آزمایش کشش، ماده از مراحل مختلفی عبور می‌کند. ابتدا تغییر شکل الاستیک رخ می‌دهد که در آن ماده پس از برداشتن نیرو به شکل اولیه خود باز می‌گردد. با افزایش نیرو، ماده به نقطه تسلیم می‌رسد که در آن تغییر شکل دائمی (پلاستیک) آغاز می‌شود. در نهایت، با ادامه بارگذاری، ماده دچار گلویی شدن و در نهایت شکست می‌شود. استحکام کششی می‌تواند به هر یک از این نقاط (تسلیم، نهایی یا شکست) اشاره داشته باشد، بنابراین لازم است که به طور دقیق مشخص شود کدام نقطه مورد نظر است.
  • ایزوتروپیک در مقابل ناهمسانگرد: برخی مواد، مانند فلزاتی که با روش SLM چاپ سه‌بعدی می‌شوند، خواص مکانیکی یکسانی در تمام جهات دارند (ایزوتروپیک). در مقابل، موادی مانند قطعات چاپ سه‌بعدی FDM، ممکن است استحکام کششی متفاوتی در جهات مختلف (مثلاً Z و XY) داشته باشند (ناهمسانگرد). این ناهمسانگردی به دلیل جهت‌گیری لایه‌ها در فرآیند چاپ ایجاد می‌شود.
  • کاربرد در طراحی: دانستن استحکام کششی یک ماده برای طراحی قطعات مهندسی بسیار مهم است. مهندسان با دانستن استحکام کششی ماده می‌توانند اطمینان حاصل کنند که قطعه در شرایط بارگذاری واقعی دچار شکست نمی‌شود.

به طور خلاصه، استحکام کششی حداکثر تنش کششی قابل تحمل توسط یک ماده قبل از شکست است و یک پارامتر کلیدی در انتخاب مواد برای کاربردهای مختلف مهندسی محسوب می‌شود.

بسیاری از برگه‌های اطلاعات مواد چاپ سه‌بعدی، استحکام کششی را در جهات مختلف ماده (معمولاً در جهات Z و XY) نشان می‌دهند. سایر فناوری‌های چاپ سه‌بعدی، مانند SLM (ذوب گزینشی با لیزر)، قطعاتی با ساختار همسانگرد تولید می‌کنند، به این معنی که خواص آن‌ها در تمام جهات یکسان است.

استحکام کششی ایده‌آل برای چاپ سه‌بعدی

استحکام کششی ایده‌آل به کاربرد قطعه، ماده مورد استفاده و اندازه و جهت بارهای اعمالی بستگی دارد. برای مثال، اگر قطعه‌ای فقط تحت فشار باشد، استحکام کششی اهمیتی ندارد. یا اگر قطعه محفظه‌ای برای قطعات الکترونیکی باشد، استحکام کششی از خواص ضد الکتریسیته ساکن و جذب رطوبت اهمیت کمتری دارد. در طراحی قطعات چاپ سه‌بعدی، ماده بر اساس کاربرد انتخاب می‌شود، نه برعکس.

تعیین استحکام کششی مواد چاپ سه‌بعدی مهم است، اما فقط در صورتی که قطعه چاپ سه‌بعدی در معرض بارگذاری مکانیکی قرار گیرد. برای مثال، در طراحی یک قطعه ABS چاپ سه‌بعدی، استفاده از خواص ABS معمولی اشتباه است. ماده چاپ سه‌بعدی ممکن است استحکام کششی کمتری نسبت به استحکام کششی تئوری ماده، بر اساس فناوری چاپ سه‌بعدی مورد استفاده، داشته باشد.

محاسبه استحکام کششی

استحکام کششی را نمی‌توان بدون آزمایش اولیه ماده برای به دست آوردن نمودار تنش-کرنش، مستقیماً محاسبه کرد. نمودار تنش-کرنش با قرار دادن نمونه آزمایشی در دستگاه آزمایش کشش و سپس کشیدن نمونه با سرعت ثابت تا زمان شکست، به دست می‌آید. نیرو و تغییر شکل برای رسم نمودار تنش-کرنش در حین کشیده شدن نمونه، اندازه‌گیری می‌شوند.

برای موادی با ناحیه الاستیک خطی کاملاً مشخص، استحکام تسلیم را می‌توان به صورت نیروی اعمالی تقسیم بر سطح مقطع، مطابق فرمول زیر، تعریف کرد:

واحد استحکام کششی در سیستم SI، مگاپاسکال (N/mm²) است. اساساً، استحکام برابر با تنش در نقطه شکست ماده است و این نقطه شکست را می‌توان با نیرو بر واحد سطح مشخص کرد.

انواع مختلف استحکام کششی

اصطلاح استحکام کششی می‌تواند به هر مقداری که برای کاربر مفیدتر باشد، اشاره کند. مقادیری که تحت شرایط استاندارد به دست می‌آیند، برای مهندسانی که سعی در مقایسه فرمولاسیون‌ها یا دسته‌بندی‌های مواد دارند یا در تلاش برای تعیین مناسب بودن یک ماده برای یک کار خاص هستند، بیشترین کاربرد را دارند.

نقاط استاندارد استحکام کششی که بیشترین استفاده را دارند، استحکام تسلیم، استحکام نهایی کششی و (کمتر رایج) استحکام شکست هستند.

هر دسته از مواد، رفتار متفاوتی در هنگام مواجهه با بار کششی از خود نشان می‌دهند. مواد شکل‌پذیر مانند فولاد کم‌کربن قبل از شکست تغییر شکل پلاستیک می‌دهند، در حالی که مواد شکننده مانند فولاد پرکربن قبل از شکست تغییر شکل بسیار کمی دارند.

۱. استحکام تسلیم

استحکام تسلیم یک ماده به نقطه‌ای اشاره دارد که تغییر شکل دائمی (یا پلاستیک) آغاز می‌شود. برای فولاد، این نقطه زمانی است که ماده از حد تناسب خود عبور کرده باشد که معمولاً با یک خط مستقیم در نمودار تنش-کرنش نشان داده می‌شود. برای موادی بدون نقطه تسلیم مشخص، مانند آلومینیوم، استحکام تسلیم به صورت تنشی که با کرنش ۰.۲٪ منطبق است، گزارش می‌شود.

در بیشتر موارد، قطعات فلزی طوری طراحی می‌شوند که تنش‌ها در محیط کاری زیر استحکام تسلیم باقی بمانند.

مواد بسیار شکننده مانند سرامیک‌ها در تغییر شکل‌های بسیار کوچک می‌شکنند و تسلیم نمی‌شوند. مواد دیگر، مانند الاستومرها، می‌توانند چندین برابر طول اولیه خود تغییر شکل دهند. آن‌ها تسلیم نمی‌شوند اما پس از برداشتن بار، مقدار کمی تغییر شکل دائمی دارند.

۲. استحکام شکست

این اصطلاح که به عنوان استحکام گسیختگی نیز شناخته می‌شود، به نقطه‌ای اشاره دارد که ماده دیگر نمی‌تواند بار بیشتری را تحمل کند و می‌شکند. این نقطه را می‌توان به عنوان نقطه پایانی نمودار تنش-کرنش در نظر گرفت، یعنی نقطه E در شکل ۳ بالا. نقطه شکست همچنین نقطه‌ای است که برای اندازه‌گیری میزان ازدیاد طول کل استفاده می‌شود.

۳. استحکام نهایی

استحکام نهایی کششی، حداکثر تنشی است که ماده می‌تواند قبل از شکست نهایی تحت بار کششی تحمل کند (نقطه D در شکل ۳ بالا). برخی فلزات پس از عبور از نقطه تسلیم خود، سخت می‌شوند و با افزایش تنش تا استحکام نهایی کششی ماده، به تغییر شکل خود ادامه می‌دهند. همه مواد استحکام نهایی کششی کاملاً مشخصی ندارند. این شامل برخی پلاستیک‌ها نیز می‌شود.

مثال‌هایی از استحکام تسلیم مواد مختلف

جدول ۱ زیر، خلاصه‌ای از استحکام تسلیم برخی مواد رایج را نشان می‌دهد:

مادهاستحکام تسلیم (MPa)
فولاد نرم AISI 1018 (کشیده سرد)370
تنگستن750
فولاد زنگ‌نزن نوع 316 (آنیل‌شده)434
مس (آنیل‌شده)33.3
برنج 230 (تمپر OSO70)69
آلومینیوم T6061-048.3
ABS44.9
نایلون 663.6
جدول 1: استحکام کششی مواد مختلف[منبع جدول:matweb.com]

توضیح:

  • آنیل شده: به فرایندی گفته می‌شود که طی آن ماده گرم شده و سپس به آرامی سرد می‌شود تا نرمی و شکل‌پذیری آن افزایش یابد.
  • تمپر OSO70: یک فرآیند حرارتی است که برای بهبود خواص مکانیکی برنج استفاده می‌شود.
  • مقادیر استحکام کششی ذکر شده در جدول، مقادیر تقریبی هستند و ممکن است بسته به شرایط آزمایش و تولید متفاوت باشند

عواملی که می‌توانند بر استحکام کششی یک ماده تأثیر بگذارند

استحکام کششی می‌تواند تحت تأثیر عوامل متعددی قرار گیرد که در زیر لیست شده‌اند:

  1. دما: استحکام کششی مواد به طور کلی با افزایش دما کاهش می‌یابد. در دماهای زیر دمای اتاق، بیشتر مواد کمی قوی‌تر، اما شکل‌پذیری کمتری دارند.
  2. کار سختی: کار سختی شامل تغییر شکل پلاستیکی فلز است – برای مثال، با نورد کردن، چکش‌کاری، خم کردن یا کشیدن آن. در نتیجه، ساختار کریستالی فلز دستخوش تغییرات میکروسکوپی می‌شود که هم استحکام تسلیم و هم استحکام نهایی کششی را افزایش می‌دهد و همزمان شکل‌پذیری را کاهش می‌دهد.
  3. افزودنی‌ها: افزودنی‌هایی مانند الیاف شیشه یا کربن می‌توانند استحکام کششی مواد غیرفلزی مانند نایلون را به طور قابل توجهی افزایش دهند.
  4. عملیات حرارتی: عملیات حرارتی ریزساختار فلز را تغییر می‌دهد. این می‌تواند منجر به افزایش یا کاهش استحکام کششی شود، بسته به نوع عملیات حرارتی اعمال شده.
  5. عیوب: عیوب سطحی و داخلی می‌توانند استحکام کششی ماده را کاهش دهند. این عیوب نقاط ضعیفی ایجاد می‌کنند که در آن‌ها ترک می‌تواند شروع شود.

انواع شکست استحکام کششی

موادی که تحت تنش‌های کششی فراتر از استحکام نهایی کششی خود قرار می‌گیرند، به یکی از دو روش رایج زیر می‌شکنند: شکست شکننده یا شکست شکل‌پذیر.

۱. شکست ترد

شکست ترد عمدتاً در مواد سخت رخ می‌دهد. این مواد قبل از شکست ناگهانی، تغییر شکل چندانی از خود نشان نمی‌دهند. شکل 3 زیر، مثالی از یک شکست ترد را نشان می‌دهد:

مواد مانند چدن خاکستری مستعد شکست ترد هستند.

توضیح مفاهیم کلیدی

  • شکست ترد: نوعی شکست است که در آن ماده بدون تغییر شکل قابل توجه، ناگهان می‌شکند.
  • مواد سخت: موادی که مقاومت بالایی در برابر تغییر شکل پلاستیکی دارند.

تفسیر و توضیح بیشتر

وقتی یک ماده تحت تنش قرار می‌گیرد، ممکن است به دو صورت تغییر شکل دهد و یا بشکند:

  • تغییر شکل پلاستیک: ماده قبل از شکست، تغییر شکل قابل توجهی پیدا می‌کند.
  • شکست ترد: ماده بدون تغییر شکل قابل توجه، ناگهانی می‌شکند.

چرا برخی مواد مستعد شکست ترد هستند؟

  • ساختار کریستالی: مواد با ساختار کریستالی خاص، مانند چدن خاکستری، تمایل بیشتری به شکست ترد دارند.
  • وجود عیوب: وجود عیوب در ساختار ماده مانند ترک‌ها، حفره‌ها و ناخالصی‌ها می‌تواند باعث تمرکز تنش شده و احتمال شکست ترد را افزایش دهد.
  • سرعت بارگذاری: اعمال سریع بار می‌تواند باعث شکست ترد شود، حتی در موادی که در شرایط عادی تغییر شکل پلاستیکی نشان می‌دهند.
  • دما: کاهش دما می‌تواند باعث افزایش شکنندگی مواد شود.

چرا شکست ترد خطرناک است؟

شکست ترد به دلیل ناگهانی بودن و عدم وجود علائم هشداردهنده، بسیار خطرناک است. این نوع شکست می‌تواند منجر به خسارات جانی و مالی زیادی شود. به همین دلیل، مهندسان در طراحی سازه‌ها و قطعات، باید به این نوع شکست توجه ویژه داشته باشند و از موادی استفاده کنند که مقاومت خوبی در برابر شکست ترد دارند.

مثال‌های دیگر از موادی که مستعد شکست ترد هستند:

  • شیشه
  • سرامیک‌ها
  • برخی از آلیاژهای فولاد

راه‌های کاهش احتمال شکست ترد:

  • انتخاب مواد مناسب: استفاده از موادی که مقاومت بهتری در برابر شکست ترد دارند.
  • کنترل کیفیت مواد: اطمینان از عدم وجود عیوب در مواد.
  • طراحی مناسب: طراحی اجزا به گونه‌ای که تنش‌ها به طور یکنواخت توزیع شوند.
  • عملیات حرارتی: انجام عملیات حرارتی مناسب برای بهبود خواص مکانیکی مواد.

درک مفاهیم شکست ترد و عوامل مؤثر بر آن برای مهندسان و طراحان بسیار مهم است. با شناخت این مفاهیم می‌توان از وقوع شکست‌های ناگهانی جلوگیری کرده و ایمنی و عملکرد سازه‌ها و قطعات را بهبود بخشید.

2.شکست نرم

شکست نرم رایج‌ترین حالت شکست کششی در بسیاری از فولادهای ساختمانی و مواد نرم‌تر مانند آلومینیوم است. این نوع شکست به صورت ناگهانی رخ نمی‌دهد، بلکه به تدریج اتفاق می‌افتد. پس از آنکه ماده شروع به تسلیم شدن می‌کند، تغییر شکل پلاستیکی ادامه می‌یابد و در نهایت در یک نقطه خاص متمرکز شده و باعث ایجاد یک “گردن” می‌شود که محل نهایی جداشدن ماده خواهد بود.

شکل 4 زیر، یک شکست نرم معمولی را نشان می‌دهد:

توضیح مفاهیم کلیدی

  • شکست نرم: نوعی شکست است که در آن ماده قبل از شکست، تغییر شکل پلاستیکی قابل توجهی از خود نشان می‌دهد.
  • تغییر شکل پلاستیک: تغییر شکلی است که پس از برداشتن بار، ماده به شکل اولیه خود باز نمی‌گردد.
  • گردن: ناحیه‌ای از ماده که در آن تغییر شکل پلاستیکی به شدت متمرکز شده و به تدریج باریک می‌شود.

تفسیر و توضیح بیشتر

وقتی یک ماده تحت کشش قرار می‌گیرد، ابتدا تغییر شکل الاستیک نشان می‌دهد که با برداشتن بار، ماده به شکل اولیه خود باز می‌گردد. با افزایش تنش، ماده به نقطه تسلیم می‌رسد و تغییر شکل پلاستیک آغاز می‌شود. در این مرحله، ماده به صورت دائمی تغییر شکل می‌دهد. در ادامه، تغییر شکل پلاستیک در یک ناحیه خاص متمرکز شده و باعث ایجاد یک گردن می‌شود. با افزایش بیشتر تنش، این گردن باریک‌تر شده و در نهایت ماده در این نقطه می‌شکند.

چرا برخی مواد مستعد شکست نرم هستند؟

  • ساختار کریستالی: مواد با ساختار کریستالی خاص، مانند فولادهای کم کربن، تمایل بیشتری به تغییر شکل پلاستیک دارند.
  • وجود عیوب: وجود عیوب در ساختار ماده می‌تواند بر رفتار شکست تأثیر بگذارد، اما معمولاً باعث شکست ترد نمی‌شود.
  • سرعت بارگذاری: سرعت اعمال بار تأثیر کمی بر نوع شکست دارد.
  • دما: افزایش دما معمولاً باعث افزایش قابلیت تغییر شکل پلاستیک می‌شود.

چرا شکست نرم نسبت به شکست ترد خطرناک‌تر نیست؟

شکست نرم به دلیل تغییر شکل پلاستیکی قابل مشاهده، معمولاً قبل از وقوع شکست، علائمی از خود نشان می‌دهد. این علائم به مهندسان فرصت می‌دهند تا اقدامات لازم برای جلوگیری از شکست کامل را انجام دهند. به همین دلیل، شکست نرم نسبت به شکست ترد خطرناک‌تر نیست.

مثال‌های دیگر از موادی که مستعد شکست نرم هستند:

  • آلومینیوم آلیاژی
  • مس
  • برخی از پلیمرها

راه‌های کاهش احتمال شکست نرم:

  • افزایش استحکام تسلیم: با استفاده از عملیات حرارتی یا آلیاژسازی می‌توان استحکام تسلیم مواد را افزایش داد.
  • کاهش اندازه دانه‌ها: کاهش اندازه دانه‌ها می‌تواند مقاومت در برابر گسترش ترک را افزایش دهد.
  • کنترل عیوب: کاهش تعداد و اندازه عیوب موجود در ماده.

درک مفاهیم شکست نرم و عوامل مؤثر بر آن برای مهندسان بسیار مهم است. با شناخت این مفاهیم می‌توان مواد مناسب را انتخاب کرده و طراحی‌های ایمن‌تری ایجاد کرد.

استحکام کششی در مقایسه با تنش کششی

در علم مواد و مهندسی، دو اصطلاح کلیدی استحکام کششی (Tensile Strength) و تنش کششی (Tensile Stress) به طور مکرر استفاده می‌شوند. اگرچه این دو اصطلاح شباهت دارند اما مفاهیم متفاوتی را بیان می‌کنند.

تنش کششی به نیرویی که باعث کشیده شدن یک ماده می‌شود، اشاره دارد. به عبارت ساده‌تر، تنش کششی اندازه‌گیری نیرویی است که به ازای هر واحد سطح بر یک ماده اعمال می‌شود. برای مثال، هنگامی که یک سیم را می‌کشیم، نیرویی که باعث کشیده شدن سیم می‌شود، تنش کششی نامیده می‌شود. واحد اندازه‌گیری تنش کششی معمولاً پاسکال (Pa) یا مگاپاسکال (MPa) است.

استحکام کششی، از سوی دیگر، به حداکثر تنشی اشاره دارد که یک ماده می‌تواند قبل از شکست تحمل کند. این مقدار نشان می‌دهد که یک ماده تا چه اندازه می‌تواند در برابر نیروهای کششی مقاومت کند. استحکام کششی به نوع ماده، ترکیب شیمیایی آن، دما، نرخ بارگذاری و سایر عوامل بستگی دارد.

تفاوت بین استحکام کششی و تنش کششی:

  • تنش کششی یک کمیت فیزیکی است که مقدار نیروی اعمال شده بر واحد سطح را نشان می‌دهد.
  • استحکام کششی یک خاصیت ماده است که نشان‌دهنده مقاومت ماده در برابر نیروهای کششی است.

اهمیت استحکام کششی و تنش کششی:

  • طراحی سازه‌ها: مهندسان از این مفاهیم برای طراحی سازه‌ها و قطعات استفاده می‌کنند تا اطمینان حاصل کنند که مواد مورد استفاده قادر به تحمل بارهای وارده هستند.
  • انتخاب مواد: دانستن استحکام کششی مواد مختلف به مهندسان کمک می‌کند تا ماده مناسب را برای یک کاربرد خاص انتخاب کنند.
  • کنترل کیفیت: اندازه‌گیری استحکام کششی مواد، یکی از روش‌های کنترل کیفیت در صنایع مختلف است.

مثال:

تصور کنید می‌خواهیم یک سیم فولادی برای ساخت یک پل استفاده کنیم. در این حالت، تنش کششی به نیرویی که وزن پل و سایر بارهای وارده بر سیم وارد می‌کند، اشاره دارد. استحکام کششی فولاد، به ما می‌گوید که سیم فولادی تا چه اندازه می‌تواند این نیرو را تحمل کند بدون اینکه بشکند.

در نهایت:

درک تفاوت بین استحکام کششی و تنش کششی برای هر کسی که با مواد و طراحی سازه‌ها سروکار دارد، بسیار مهم است. این مفاهیم به ما کمک می‌کنند تا مواد مناسب را انتخاب کرده و طراحی‌های ایمن و کارآمد ایجاد کنیم.

استحکام کششی در مقایسه با استحکام تسلیم

استحکام کششی (Tensile Strength) و استحکام تسلیم (Yield Strength) دو اصطلاح مهم در علم مواد و مهندسی هستند که به مقاومت یک ماده در برابر نیروهای کششی اشاره دارند. اگرچه این دو اصطلاح شباهت دارند، اما مفاهیم متفاوتی را بیان می‌کنند.

استحکام کششی به طور کلی به حداکثر تنشی اشاره دارد که یک ماده می‌تواند قبل از شکست تحمل کند. این مقدار نشان می‌دهد که یک ماده تا چه اندازه می‌تواند در برابر نیروهای کششی مقاومت کند. استحکام کششی به نوع ماده، ترکیب شیمیایی آن، دما، نرخ بارگذاری و سایر عوامل بستگی دارد.

استحکام تسلیم به حداقل تنشی اشاره دارد که در آن ماده شروع به تغییر شکل پلاستیکی می‌کند. این بدان معنی است که پس از رسیدن به استحکام تسلیم، ماده به صورت دائمی تغییر شکل می‌دهد و حتی پس از برداشتن بار، به شکل اولیه خود باز نمی‌گردد.

رابطه بین استحکام کششی و استحکام تسلیم:

  • در بسیاری از مواد، استحکام تسلیم کمتر از استحکام کششی است. این بدان معنی است که ماده قبل از رسیدن به حداکثر تنشی که می‌تواند تحمل کند، شروع به تغییر شکل پلاستیکی می‌کند.
  • در برخی مواد، استحکام تسلیم و استحکام کششی تقریباً برابر هستند. این مواد به عنوان مواد “ترد” شناخته می‌شوند و معمولاً بدون تغییر شکل قابل توجه، به طور ناگهانی می‌شکند.

اهمیت استحکام کششی و استحکام تسلیم:

  • طراحی سازه‌ها: مهندسان از این مفاهیم برای طراحی سازه‌ها و قطعات استفاده می‌کنند تا اطمینان حاصل کنند که مواد مورد استفاده قادر به تحمل بارهای وارده هستند.
  • انتخاب مواد: دانستن استحکام کششی و استحکام تسلیم مواد مختلف به مهندسان کمک می‌کند تا ماده مناسب را برای یک کاربرد خاص انتخاب کنند.
  • کنترل کیفیت: اندازه‌گیری استحکام کششی و استحکام تسلیم مواد، یکی از روش‌های کنترل کیفیت در صنایع مختلف است.

مثال:

تصور کنید می‌خواهیم یک کابل فولادی برای ساخت یک پل استفاده کنیم. استحکام کششی فولاد به ما می‌گوید که کابل تا چه اندازه می‌تواند وزن پل و سایر بارهای وارده را تحمل کند بدون اینکه بشکند. استحکام تسلیم فولاد به ما می‌گوید که قبل از اینکه کابل شروع به کشیده شدن و تغییر شکل دائمی کند، تا چه اندازه می‌تواند بار را تحمل کند.

در نهایت:

درک تفاوت بین استحکام کششی و استحکام تسلیم برای هر کسی که با مواد و طراحی سازه‌ها سروکار دارد، بسیار مهم است. این مفاهیم به ما کمک می‌کنند تا مواد مناسب را انتخاب کرده و طراحی‌های ایمن و کارآمد ایجاد کنیم.

سوالات متداول(FAQ)

تفاوت بین استحکام کششی نهایی و استحکام تسلیم چیست؟

استحکام تسلیم، تنشی است که در آن ماده شروع به تغییر شکل دائمی (پلاستیک) می‌کند، در حالی که استحکام کششی نهایی، حداکثر تنشی است که ماده می‌تواند قبل از شکست تحمل کند. به عبارت دیگر، استحکام تسلیم نشان‌دهنده‌ی شروع تغییر شکل دائمی و استحکام کششی نهایی نشان‌دهنده‌ی نقطه‌ی شکست ماده است.

چگونه استحکام کششی یک ماده اندازه‌گیری می‌شود؟

استحکام کششی با استفاده از آزمایش کشش تک‌محوری اندازه‌گیری می‌شود. در این آزمایش، یک نمونه از ماده با سطح مقطع مشخص در دستگاه آزمایش کشش قرار داده می‌شود و با سرعت ثابتی کشیده می‌شود تا شکست رخ دهد. نیرو و میزان تغییر طول در طول آزمایش ثبت می‌شوند و با استفاده از این داده‌ها، منحنی تنش-کرنش رسم می‌شود. استحکام کششی از روی این منحنی قابل تعیین است.

چه عواملی بر استحکام کششی یک ماده تأثیر می‌گذارند؟

عوامل متعددی می‌توانند بر استحکام کششی یک ماده تأثیر بگذارند، از جمله:
ترکیب شیمیایی: نوع و مقدار عناصر آلیاژی موجود در ماده
ریزساختار: اندازه دانه، فازهای موجود و نحوه‌ی توزیع آن‌ها
عملیات حرارتی: نوع عملیات حرارتی و پارامترهای آن (دما، زمان و …)
دما: استحکام کششی معمولاً با افزایش دما کاهش می‌یابد.
سرعت بارگذاری: اعمال بار با سرعت بیشتر معمولاً منجر به استحکام کششی بالاتر می‌شود.
عیوب: وجود عیوب مانند ترک، حفره و ناخالصی‌ها می‌تواند استحکام کششی را کاهش دهد.

چرا دانستن استحکام کششی مواد در طراحی مهندسی مهم است؟

استحکام کششی یکی از مهم‌ترین خواص مکانیکی مواد است که در طراحی قطعات مهندسی نقش حیاتی دارد. مهندسان با دانستن استحکام کششی یک ماده می‌توانند اطمینان حاصل کنند که قطعه در شرایط بارگذاری واقعی دچار شکست نمی‌شود. به عنوان مثال، در طراحی یک پل، باید از فولادی استفاده شود که استحکام کششی آن به اندازه‌ی کافی بالا باشد تا بتواند وزن پل و بارهای متحرک را تحمل کند.

تفاوت بین مواد ایزوتروپیک و ناهمسانگرد از نظر استحکام کششی چیست؟

مواد ایزوتروپیک خواص مکانیکی یکسانی در تمام جهات دارند، بنابراین استحکام کششی آن‌ها در جهات مختلف برابر است. در مقابل، مواد ناهمسانگرد خواص مکانیکی متفاوتی در جهات مختلف دارند. به عنوان مثال، چوب یک ماده ناهمسانگرد است و استحکام کششی آن در جهت الیاف بسیار بیشتر از جهت عمود بر الیاف است. در چاپ سه‌بعدی، قطعات تولید شده با فناوری FDM معمولاً ناهمسانگرد هستند، در حالی که قطعات تولید شده با فناوری SLM معمولاً ایزوتروپیک هستند.

آیا می‌توان استحکام کششی را به طور مستقیم محاسبه کرد؟

خیر، استحکام کششی را نمی‌توان به طور مستقیم محاسبه کرد. این یک خاصیت ماده است که باید از طریق آزمایش‌های تجربی مانند آزمایش کشش تعیین شود. اگرچه مدل‌سازی‌های کامپیوتری می‌توانند تخمین‌هایی ارائه دهند، اما اعتبارسنجی آن‌ها نیاز به داده‌های تجربی دارد.

شکست ترد و نرم چه تفاوتی دارند و کدامیک خطرناک‌تر است؟

در شکست ترد، ماده بدون تغییر شکل پلاستیکی قابل توجهی به طور ناگهانی می‌شکند. در شکست نرم، ماده قبل از شکست، تغییر شکل پلاستیکی قابل توجهی از خود نشان می‌دهد. شکست ترد به دلیل عدم هشدار قبلی خطرناک‌تر است، در حالی که در شکست نرم، تغییر شکل قابل مشاهده قبل از شکست به عنوان هشداری عمل می‌کند.

خلاصه

در این مقاله به بحث در مورد استحکام کششی و انواع آن پرداختیم.این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه الکترونیکی ساخت و تولید ایران به نشانی digimfg.ir منتشر شده است.

منابع

xometry.com/resources/3d-printing/tensile-strength

اطلاعیه‌های حق چاپ و علائم تجاری

Inconel® علامت تجاری ثبت شده شرکت Special Metals Corporation است.

سلب مسئولیت

محتوای ارائه شده در این صفحه وب صرفا جنبه اطلاع رسانی دارد. DIGIMFG هیچگونه ضمانت یا مسئولیتی، چه به صورت صریح یا ضمنی، در خصوص صحت، کامل بودن یا اعتبار اطلاعات بر عهده نمی گیرد. پارامترهای عملکرد، تلرانس های هندسی، ویژگی‌های طراحی خاص، کیفیت یا نوع مواد، یا فرایندها را نباید نمایانگر آنچه توسط تأمین کنندگان یا تولیدکنندگان شخص ثالث در شبکه DIGIMFG ارائه می‌شود، دانست. خریدارانی که به دنبال دریافت قیمت هستند موظفند تا الزامات فنی ویژه موردنیاز برای قطعات را تعریف کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر، لطفاً به شرایط و ضوابط ما مراجعه کنید.

نوشته‌های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *