مقدمه
شکل پذیری (به انگلیسی Ductility) و چکش خواری (به انگلیسیMalleability) دو ویژگی مهم مواد مهندسی هستند. به طور کلی، اکثر فلزات هم شکل پذیر و هم چکش خوار هستند. Ductility توانایی یک ماده برای تغییر شکل پلاستیکی بدون شکستن هنگام اعمال تنش کششی (کشش) به آن است. چکش خواری نیز ویژگی مشابهی است، اما توانایی یک ماده را برای تغییر شکل پلاستیکی بدون شکستن تحت تنش فشاری به جای تنش کششی بیان می کند. در این مقاله، تفاوت های کلیدی بین Ductility و Malleability را توضیح خواهیم داد.
فهرست مطالب
شکل پذیری چیست؟
Ductility ویژگی یک ماده است که نشان می دهد تا چه اندازه به راحتی تحت تنش کششی (کشیدن یا کشش) تغییر شکل پلاستیکی می دهد (اما نمی شکند). این ویژگی نشان دهنده توانایی تحمل تغییر شکل پلاستیکی (دائم) قابل توجه است. یک ماده شکل پذیر را می توان به راحتی به شکل هایی مانند سیم کشید بدون اینکه بشکند.
شکل پذیری چگونه کار می کند؟
Ductility به دلیل آرایش اتم ها در ساختار جامد امکان پذیر است. به ویژه در فلزات، لایه های اتم های تکراری تمایل دارند روی هم قرار بگیرند. بنابراین، با کشیده شدن فلز و القای تنش کششی، اتم ها می توانند روی هم بلغزند و تغییر شکل دهند بدون اینکه ساختار کلی بشکند.
اهمیت شکل پذیری چیست؟
Ductility در مهندسی سازه های ایمن و مقاوم که قبل از شکستن تغییر شکل می دهند، و همچنین یک نیاز برای بسیاری از فرایندهای ساخت، یک ویژگی مهم است. به عنوان مثال، Ductility برای ایجاد فرم های محصول میانی یا نیم ساخته مانند سیم مسی مهم است. ساخت سیم نیاز دارد که مس (یا فلزات دیگر مانند آلومینیوم) از طریق یک قالب کشیده شود که به تدریج قطر را کاهش می دهد و طول سیم را به اندازه مورد نظر افزایش می دهد. این امر تنش کششی بالایی بر روی ماده ایجاد می کند، اما Ductility آن اجازه می دهد تا به قطر سیم تولید شده تغییر شکل دهد.
هدف اندازه گیری شکل پذیری چیست؟
هدف اندازه گیری شکل پذیری درک توانایی هر ماده برای تغییر شکل به جای شکستن تحت تنش کششی است. پس از اندازه گیری و درک این Ductility، امکان انتخاب مواد برای کاربردهای مختلف مهندسی فراهم می شود. اندازه گیری های Ductility همچنین می تواند به عنوان وسیله ای برای کنترل کیفیت، به ویژه برای آلیاژهای فلزی که ممکن است برای شکل پذیری بالا انتخاب شده باشند، استفاده شود. هر دسته می تواند آزمایش شود تا اطمینان حاصل شود که این ویژگی مهم در محدوده مشخصات است. سرانجام، اندازه گیری Ductility امکان مدل سازی دقیق مواد در طراحی های کامپیوتری سازه های آتی را فراهم می کند تا بتوان به درستی طراحی بهینه را محاسبه کرد.
چگونه شکل پذیری اندازه گیری می شود؟
Ductility از طریق یک آزمایش استحکام کششی اندازه گیری می شود. یک نمونه تخت یا گرد با یک بخش گریپ در هر انتها و یک بخش کوچک تر سنج در وسط، شبیه یک استخوان سگ یا یک دمبل، توسط فک های بالا و پایین محکم نگه داشته می شود، که یکی از آنها به یک سلول بار متصل است. سلول بار به آرامی و به صورت کنترل شده تنش کششی اعمال می کند. سپس می توان یک منحنی تنش-کرنش ترسیم کرد زیرا نمونه آزمایشی تا نقطه شکست کشیده می شود. Ductility از اندازه گیری افزایش طول استنباط می شود – درصد تغییر در طول بخش سنج نهایی در مقایسه با طول اولیه آن.
مزایای اندازه گیری شکل پذیری مواد چیست؟
اندازه گیری Ductility مواد دارای سه مزیت زیر است:
- انتخاب دقیق مواد: Ductility یک پارامتر حیاتی در برخی کاربردهای ساخت است. انتخاب یک ماده که با اطمینان شناخته شده است که شکل پذیری کافی داشته باشد ممکن است برای اجرای موفقیت آمیز یک پروژه ضروری باشد.
- طراحی دقیق مهندسی: اگر Ductility یک ماده برای شرایط سرویس مورد نظر یک کاربرد به درستی اندازه گیری شده باشد، امکان مدل سازی دقیق تر عناصر محدود طراحی ها را فراهم می کند. مدل سازی بهتر ساختارها و اجزا می تواند زمان کلی طراحی و آزمایش را کاهش دهد و منجر به قطعات و سیستم هایی با دوام بهتر با هزینه کمتر شود.
- کنترل کیفیت مواد: برای موادی که Ductility یک ویژگی حیاتی است، اندازه گیری Ductility می تواند به عنوان یک پارامتر کنترل کیفیت استفاده شود تا اطمینان حاصل شود که هر دسته معین از مواد در محدوده مشخصات است.
مثال هایی از مواد شکل پذیر چیست؟
در زیر لیستی از سه فلز شکل پذیرترین وجود دارد:
- طلا
- نقره
- پلاتین
این سه فلز گرانبها همگی بسیار شکل پذیر هستند و می توانند به سیم های بسیار نازک کشیده شوند. اینها می توانند در کاربردهای صنعتی دقیق یا در جواهرات استفاده شوند.
چکش خواری چیست؟
Malleability توانایی یک ماده برای تغییر شکل بدون شکستن هنگام تحت فشار قرار گرفتن است. به عنوان مثال، یک فلز چکش خوار را می توان با یک چکش کار کرد و کوبید.
چکش خواری چگونه کار می کند؟
Malleability توسط نحوه حرکت اتم ها در داخل یک فلز روی یکدیگر هنگام فشرده شدن فلز کنترل می شود. بسته به ساختار اتمی و دانه های موجود در ساختار فلزی، اتم ها می توانند به سمت موقعیت های جدید بلغزند و بنابراین بدون ترک خوردن فشرده شوند. با این حال، برخی از ساختارهای دانه ای فلز به راحتی اجازه حرکت اتم ها روی یکدیگر را نمی دهند. بنابراین، با القای تنش فشاری، شکستگی شروع به ظاهر شدن می کند. این شکستگی ها می توانند در مرزهای دانه باشند، اما مکانیسم شکست می تواند پیچیده تر باشد – شکست در واقع به دلیل تنش های کششی بسیار موضعی رخ می دهد که معمولاً توسط ناپیوستگی های سطحی معرفی می شوند.
اهمیت چکش خواری چیست؟
Malleability برای فلزکاری و نورد یا شکل دادن فلزات به شکل ها و فرم های محصول نهایی مهم است. بسیاری از فلزات در میله ها، ورق ها، لوله ها یا پروفیل هایی که نورد شده اند، در دسترس هستند. شکل ها و فرم هایی که می توانند در یک فلز معین تولید شوند به چکش خواری آن بستگی دارد.
هدف اندازه گیری چکش خواری چیست؟
هدف اندازه گیری چکش خواری درک این است که هر ماده تا چه اندازه می تواند تحت تنش فشاری بدون شکستن تغییر شکل دهد. علاوه بر این، این نقش مهمی در انتخاب مواد بهینه برای کاربردهای مهندسی ایفا می کند. اندازه گیری Malleability همچنین برخی از کنترل کیفیت مواد را که معمولاً برای استحکام فشاری و چکش خواری آنها استفاده می شوند، فراهم می کند.
چگونه چکش خواری اندازه گیری می شود؟
Malleability معمولاً با استنباط آن از سختی اندازه گیری می شود. سختی مقاومت یک ماده در برابر تغییر شکل پلاستیکی موضعی را اندازه گیری می کند. برینل و راکول دو روش محبوب اندازه گیری سختی هستند. سختی برینل با فشار دادن یک توپ کروی به سطح ماده با یک نیروی ثابت و اندازه گیری قطر فرورفتگی حاصل اندازه گیری می شود.
برای اندازه گیری سختی راکول، عمق دیفرانسیل نفوذ اندازه گیری می شود. ابتدا، یک بار استاندارد با یک ابزار استاندارد برای ایجاد یک فرورفتگی اولیه اعمال می شود، و سپس، یک بار بزرگتر برای ایجاد یک نفوذ عمیق تر اعمال می شود. افزایش عمق برای محاسبه سختی راکول استفاده می شود. Malleability همچنین می تواند از آزمایش های استحکام فشاری استنباط شود، جایی که یک سیلندر از ماده بین دو صفحه فشرده می شود تا بشکند یا خم شود. منحنی تنش-کرنش از این آزمایش اطلاعاتی در مورد استحکام فشاری ماده ارائه می دهد.
مزایای اندازه گیری چکش خواری مواد چیست؟
سه مزیت زیر از اندازه گیری Malleability مواد حاصل می شود:
- تسهیل انتخاب بهینه مواد: دانستن چکش خواری مواد مختلف امکان انتخاب بهترین ماده برای کاربردهای خاصی که نیاز به Malleability بالا دارند، مانند آهنگری و پرسکاری را فراهم می کند.
- ارائه داده ها برای طراحی دقیق مهندسی: برای مدل سازی یک ساختار یا فرآیند ساخت، داشتن داده های دقیق ضروری است. این داده ها امکان بهینه سازی طراحی ها را فراهم می کند.
- کنترل کیفیت مواد: برای مصرف کنندگان و کاربران نهایی دانستن اینکه Malleability یک ماده در محدوده مشخصات است، به ویژه در موادی که چکش خواری یک ویژگی کلیدی است، مهم است. بنابراین، اندازه گیری چکش خواری می تواند به عنوان یک پارامتر کنترل کیفیت استفاده شود.
مثال هایی از مواد چکش خوار چیست؟
در ادامه مثال هایی از مواد چکش خوار آورده شده است:
- طلا: یک ماده محبوب که از قرن ها پیش مورد استفاده قرار گرفته است.
- آلومینیوم: به راحتی به ورق های نازک نورد می شود، مانند فویل آلومینیومی رایج.
- مس: می تواند برای اهداف معماری و تزئینی به ورق ها تبدیل شود.
این سه فلز چکش خوار هستند و به راحتی میتوان آنها را به شکلهای مختلفی تغییر داد.
تفاوتهای کلیدی شکل پذیری و چکش خواری
جدول زیر برخی از تفاوتهای کلیدی بین Ductility و Malleability را نشان میدهد:
ویژگی | Ductility | Malleability |
---|---|---|
نوع تنش | کششی | فشاری |
شکل تغییر | پلاستیکی | پلاستیکی |
کاربردها | کشیدن سیم | کوبیدن ورق |
روشهای اندازهگیری | آزمون استحکام کششی (منحنی تنش-کرنش)، افزایش طول | آزمون استحکام فشاری، آزمون سختی |
مواد | طلا، نقره، پلاتین | طلا، آلومینیوم، مس |
فرآیند | کشیدن/اکستروژن | نورد، چکشکاری، کوبیدن، له کردن، پرسکاری |
وابستگی به دما | Ductility بیشتر در دماهای بالاتر (شکنندهتر در دماهای پایینتر) | Malleability بیشتر در دماهای بالاتر (شکنندهتر در دماهای پایینتر) |
ساختار کریستالی | شبکه کریستالی منظم با اتمهایی که میتوانند از کنار یکدیگر “سر بخورند” | شبکه کریستالی منظم با اتمهایی که میتوانند از کنار یکدیگر “سر بخورند” |
همانطور که از جدول مشاهده میشود، هر دو ویژگی Ductility و Malleability در تغییر شکل پلاستیکی مواد نقش دارند، اما نوع تنش اعمال شده و کاربردهای آنها متفاوت است.
آیا فلزات شکل پذیر یا چکش خوار هستند؟
اکثر فلزات هم شکل پذیر و هم چکش خوار هستند. این به این دلیل است که ساختار اکثر فلزات – اتمهای تکراری که روی هم قرار گرفتهاند – امکان حرکت نسبتاً آسان بین آنها را فراهم میکند. این لایهها تمایل دارند روی یکدیگر بلغزند یا بچرخند. اکثر فلزات به خوبی تغییر شکل میدهند، چه کشیده شوند (Ductility را نشان میدهند) یا فشرده شوند (که Malleability است). برای اطلاعات بیشتر، راهنمای ما در مورد فلز را ببینید.
آیا یک فلز میتواند شکل پذیر باشد اما چکش خوار نباشد؟
خیر، به طور کلی اگر یک فلز شکل پذیر باشد، در همان دما نیز چکش خوار است. ساختار اکثر فلزات هر دو ویژگی را همزمان امکانپذیر میکند – اگر ساختار اتمی اجازه Ductility (تغییر شکل تحت تنش کششی) را بدهد، همچنین اجازه Malleability (تغییر شکل تحت تنش فشاری) را نیز میدهد. اما عکس این همیشه صادق نیست. یک فلز چکش خوار ممکن است لزوماً شکل پذیر نباشد. سرب یک مثال رایج از یک فلز بسیار چکش خوار است که Ductility کمی دارد – اگر کشیده شود به راحتی میشکند.
عوامل موثر بر Ductility و Malleability
عوامل متعددی بر Ductility و Malleability مواد تأثیر میگذارند، از جمله:
- ساختار کریستالی: آرایش اتمها در شبکه کریستالی ماده نقش مهمی در تعیین Ductility و Malleability دارد. فلزات با ساختار کریستالی FCC (face-centered cubic) مانند طلا، نقره و مس معمولاً شکل پذیرتر و چکش خوارتر از فلزات با ساختار BCC (body-centered cubic) مانند آهن هستند.
- دما: با افزایش دما، معمولاً Ductility و Malleability افزایش مییابد. زیرا در دماهای بالاتر، اتمها انرژی جنبشی بیشتری دارند و راحتتر میتوانند نسبت به یکدیگر حرکت کنند.
- نرخ کرنش: سرعت اعمال نیرو بر روی ماده نیز بر Ductility و Malleability تأثیرگذار است. معمولاً با افزایش نرخ کرنش، شکل پذیری کاهش مییابد.
- اندازه دانهها: اندازه دانههای تشکیلدهنده فلز نیز بر Ductility تأثیر میگذارد. معمولاً فلزاتی با دانههای ریزتر، Ductility بیشتری دارند.
- آلیاژسازی: افزودن عناصر آلیاژی به فلزات میتواند Ductility و Malleability را تغییر دهد. برخی عناصر آلیاژی میتوانند Ductility را افزایش دهند و برخی دیگر آن را کاهش دهند.
کاربردهای شکل پذیری و چکش خواری
Ductility و Malleability در بسیاری از صنایع و فرآیندهای تولید مورد استفاده قرار میگیرند، از جمله:
- صنعت فلزکاری: در فرآیندهایی مانند نورد، کشش سیم، آهنگری و پرسکاری از Ductility و Malleability فلزات استفاده میشود.
- صنعت خودروسازی: در ساخت بدنه خودروها و قطعات مختلف خودرو از ورقهای فلزی با شکل پذیری بالا استفاده میشود.
- صنعت ساختمان: در ساخت سازههای فلزی مانند تیرها و ستونها از فولادهایی با شکل پذیری مناسب استفاده میشود.
- صنعت جواهرات: فلزات گرانبایی مانند طلا و نقره به دلیل Ductility و Malleability بالا در ساخت جواهرات استفاده میشوند.
سوالات متداول(FAQ)
شکل پذیری چیست؟
Ductility توانایی یک ماده است که تحت تنش کششی تغییر شکل دهد بدون اینکه بشکند. این ویژگی به ماده اجازه میدهد تا به راحتی به شکلهای نازک مانند سیم کشیده شود.
چکش خواری چیست؟
Malleability توانایی یک ماده برای تغییر شکل تحت تنش فشاری بدون شکستن است. این ویژگی باعث میشود ماده بتواند به راحتی به ورقهای نازک تبدیل شود.
تفاوت کلیدی بین شکل پذیری و چکش خواری چیست؟
Ductility به توانایی تغییر شکل ماده تحت تنش کششی (کشش) و چکش خواری به توانایی تغییر شکل ماده تحت تنش فشاری (فشار) اشاره دارد. Ductility برای کشیدن سیمها و Malleability برای ساخت ورقهای فلزی استفاده میشود.
آیا طلا هم شکل پذیر و هم چکش خوار است؟
بله، طلا هم شکلپذیر و هم چکشخوار است. طلا را میتوان به سیمهای بسیار نازک کشید و همچنین به ورقهای بسیار نازک (ورق طلا) تبدیل کرد.
آیا فولاد شکل پذیر است؟
بله، به طور کلی فولاد شکل پذیر است، اگرچه به آلیاژ و دما بستگی دارد. فولاد یک آلیاژ آهن، کربن و عناصر دیگر است و برخی آلیاژهای فولاد (کربن پایین) میتوانند برای داشتن Ductility بالاتر طراحی شوند تا به راحتی کشیده و به سیم و لوله تبدیل شوند. با این حال، برخی از آلیاژهای فولاد (به ویژه آلیاژهای کربن بالا) شکنندهتر هستند و شکل پذیر در نظر گرفته نمیشوند. دما نیز بر شکل پذیری یک ماده تأثیر میگذارد، بنابراین هنگام طبقهبندی یک ماده به عنوان شکل پذیر، توجه به دما نیز مهم است. دماهای پایین (معمولاً زیر انجماد برای فلزات) باعث انتقال از شکل پذیر به شکننده میشوند.
چگونه میتوان شکل پذیری یک ماده را اندازهگیری کرد؟
Ductility از طریق آزمون کشش اندازهگیری میشود که در آن یک نمونه فلزی تحت نیروی کششی قرار میگیرد و تا نقطه شکست کشیده میشود. میزان افزایش طول نمونه نشاندهنده میزان شکلپذیری آن است.
چگونه میتوان Malleability یک ماده را اندازهگیری کرد؟
Malleability معمولاً از طریق آزمونهای سختی مانند تست برینل یا راکول اندازهگیری میشود. همچنین میتوان از آزمون استحکام فشاری استفاده کرد تا تغییر شکل ماده تحت فشار بررسی شود.
آیا یک فلز میتواند شکلپذیر باشد اما چکشخوار نباشد؟
در حالت کلی، اگر یک فلز شکلپذیر باشد، معمولاً چکشخوار هم هست. اما برخی از فلزات میتوانند چکشخوار باشند بدون اینکه شکلپذیری زیادی داشته باشند؛ مثلاً سرب چکشخوار است اما به راحتی شکسته میشود اگر تحت کشش قرار بگیرد.
چه عواملی بر شکل پذیری و Malleability تأثیر میگذارند؟
عواملی مانند ساختار کریستالی ماده، دما و نرخ کرنش (سرعت اعمال نیرو) بر میزان شکلپذیری و چکشخواری مواد تأثیرگذار هستند. برای مثال، فلزات با ساختار کریستالی مکعبی مرکز-وجی (FCC) مانند طلا و مس معمولاً شکلپذیری و چکشخواری بیشتری دارند.
آیا دما بر شکل پذیری و Malleability تاثیر دارد؟
بله، افزایش دما به طور معمول شکلپذیری و چکشخواری را افزایش میدهد. در دماهای بالاتر، اتمها آزادتر حرکت میکنند و تغییر شکل پلاستیکی آسانتر میشود.
خلاصه
شکل پذیری و چکش خواری دو ویژگی مهم مواد مهندسی هستند که در انتخاب مواد مناسب برای کاربردهای مختلف بسیار مهم هستند. درک تفاوتها و شباهتهای این دو ویژگی به مهندسان کمک میکند تا مواد مناسب را برای طراحی و ساخت محصولات مختلف انتخاب کنند.این مقاله شکل پذیری در مقابل چکش خواری را ارائه کرد، هر کدام را توضیح داد و تفاوتهای کلیدی مختلف آنها را مورد بحث قرار داد.این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه الکترونیکی ساخت و تولید ایران به نشانی Digimfg.ir منتشر شده است.
منابع
xometry.com/resources/materials/ductility-vs-malleability
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.