دانش

کلمات کلیدی: پلاستیسیته، کاهش مساحت

 

انتخاب مواد مناسب بخش جدایی‌ناپذیری از فرآیند توسعه محصول است.

اگرچه پارامترهای عملکردی متعددی برای مواد وجود دارد، اما خواص مکانیکی مواد عمدتاً مورد توجه قرار می‌گیرند، مانند استحکام و سختی. به ویژه "استحکام" اغلب به عنوان مهمترین پارامتر در نظر گرفته می‌شود و در تحلیل و محاسبه تنش سازه دخیل است.

پارامترهایی مانند «افزایش طول پس از شکست»، که به نظر ناچیز می‌رسند، در محاسبه شرکت نمی‌کنند و بنابراین (حداقل در ظاهر) به نظر می‌رسد که این پارامتر هیچ سهمی در طراحی محصول ندارد.

در واقع، ازدیاد طول پس از شکست معمولاً به عنوان یک شاخص مرجع برای طراحان جهت انتخاب مواد استفاده می‌شود. به عنوان مثال، اینکه آیا طراح نیاز به درجه خاصی از شکل‌پذیری برای محصول دارد و اینکه آیا طراح می‌خواهد که شکست در شرایط شدید، شکننده یا پلاستیک باشد.

مشابه «افزایش طول پس از شکست» A، «کاهش سطح مقطع» Z نیز شاخصی برای قضاوت در مورد پلاستیسیته مواد است.

بنابراین این سوال مطرح می‌شود: از آنجایی که از قبل شاخص‌هایی برای قضاوت در مورد انعطاف‌پذیری مواد وجود دارد، چرا باید به دردسر ایجاد «کاهش مساحت» افتاد؟ مثل این است که اگر ژو دی از قبل در قلبش قصد داشت ژو گائوچو را وارث تاج و تخت کند، چرا ژو گائوچی را به عنوان ولیعهد منصوب کرد؟ آیا او فقط حوصله‌اش سر رفته بود یا دلیل پنهانی دیگری وجود داشت؟

 

 

افزایش طول پس از شکستگی کامل نیست.

شکل 1 اندازه‌گیری ازدیاد طول پس از شکست

دوستان آشنا با آزمایش مواد می‌دانند که "افزایش طول پس از شکست" به نسبت اختلاف طول گیج پس از شکست و طول گیج اولیه به طول گیج اولیه اشاره دارد، یعنی:

فرمول ۱: A = (Lx - L0) / L0

از این فرمول می‌توان دریافت که وقتی افراد از فرمول ۱ برای قضاوت در مورد پلاستیسیته مواد استفاده می‌کنند، فقط به تغییر طول کلی ناشی از افزایش طول پس از شکست نگاه می‌کنند و اصلاً به شکل نمونه هنگام شکستن اهمیتی نمی‌دهند - مهم نیست که چگونه شکسته شود، تا زمانی که افزایش طول پس از شکست به اندازه کافی طولانی باشد، آنها پلاستیسیته این ماده را به اندازه کافی خوب می‌دانند.

با این حال، مشکل دقیقاً همین جا نهفته است.

از فرمول ۱، همچنین می‌توانیم ببینیم که جدا از طول گیج پس از شکستگی Lx، طول گیج اولیه L1 پارامتر مرجع برای محاسبه افزایش طول پس از شکستگی است.

به عبارت دیگر، میزان ازدیاد طول پس از شکست ماده و اینکه آیا ماده از خاصیت پلاستیسیته خوبی برخوردار است یا خیر، بستگی به این دارد که با چه چیزی مقایسه شود. از منظر ازدیاد طول پس از شکست، باید با طول گیج اولیه مقایسه شود. بنابراین، این بدان معناست که تعیین مشخصات برای انتخاب طول گیج اولیه بسیار مهم است.

یه مثالی بزنم تا دوستان متوجه بشن.

از یک میله سیمی به قطر 10 میلی‌متر، به ترتیب میله‌های فولادی به طول 1 متر و 10 متر را برش داده و آنها را بشکنید. طبق تجربه، هر دو میله فولادی در نقطه‌ای دچار گلویی شدن و شکستگی می‌شوند. به جز ناحیه شکستگی، سطح مقطع میله‌های فولادی در سایر نواحی به سختی تغییر خواهد کرد، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است: هرچه از ناحیه گلویی شدن دورتر شویم، درجه تغییر سطح مقطع کمتر می‌شود و دقیقاً تغییر اندازه در این ناحیه گلویی شدن است که دلیل اصلی افزایش طول قطعه است.

شکل ۲: هیچ تغییر قابل توجهی در قطر به دور از ناحیه انقباض گردن وجود ندارد

 

این بدان معناست که وقتی یک میله فولادی به طول ۱ متر و یک میله فولادی به طول ۱۰ متر تا نقطه شکست کشیده شوند، ازدیاد طول آنها تقریباً یکسان است - یعنی (Lx - L1) یکسان است.

سپس، افزایش طول پس از شکست محاسبه شده بر اساس فرمول 1 و طول اولیه مربوطه L0، اختلاف ده برابری را نشان می‌دهد! دقیقاً به همین دلیل است که استانداردهای مربوطه تصریح می‌کنند که نمونه‌های اندازه‌گیری افزایش طول پس از شکست مواد باید تا طول مشخصی پردازش شوند - یعنی طول اولیه گیج را نمی‌توان به دلخواه تغییر داد. برای جزئیات، لطفاً به GB/T 228.1 مراجعه کنید.

همچنین به نظر می‌رسد که این موضوع دلالت بر این دارد که افزایش طول پس از شکست ماده به اندازه نمونه مربوط می‌شود. با این حال، نباید اینطور باشد. دلیل آن این است که چه در مورد استحکام، سختی یا حتی افزایش طول پس از شکست صحبت کنیم، همه آنها باید از خواص ذاتی ماده باشند و نباید به اندازه مربوط باشند.

به دلایلی که در بالا ذکر شد، به همین دلیل است که افزایش طول پس از شکست A اغلب باید با طول نمونه علامت گذاری شود، برای مثال، A5 به طول گیج پنج برابر قطر اشاره دارد.

می‌توان مشاهده کرد که اگر پلاستیسیته ماده با افزایش طول پس از شکست ارزیابی شود، لازم است که اندازه محصول به اندازه کافی بزرگ باشد تا بتوان طول مشخصی از نمونه را پردازش کرد. این محدودیت اندازه مستقیماً منجر به این واقعیت می‌شود که نمی‌توان با آزمایش افزایش طول پس از شکست، در مورد مطابقت پلاستیسیته ماده با الزامات، در مورد محصولات با اندازه کوچک قضاوت کرد.

کاهش مساحت، این کمبود را جبران می‌کند.

 

کاهش مساحت قابل توجه است

شکل 3 تعیین نرخ کاهش مقطعی

برای محاسبه کاهش سطح، ابتدا لازم است سطح مقطع اولیه A0 نمونه و سطح مقطع Ax در محل شکستگی اندازه‌گیری شود. سپس، اختلاف بین این دو را بر A0 تقسیم کنید، یعنی:

فرمول ۲: Z = (A0 - Ax)A0

از این فرمول می‌توان دریافت که کاهش مساحت ماده هیچ رابطه مستقیمی با طول نمونه ندارد. به عبارت دیگر، صرف نظر از طول نمونه، تا زمانی که مساحت سطح مقطع اولیه و مساحت سطح مقطع در محل شکست قابل اندازه‌گیری باشند، کاهش مساحت قابل محاسبه است.

میلگرد فولادی ۱ متری و میلگرد فولادی ۱۰ متری که در بالا ذکر شد، از آنجایی که ناحیه گلویی شدن به یک شکل تغییر می‌کند، نرخ کاهش سطح مقطع آنها یکسان است.

این همچنین با درک ما از خواص مواد همسو است - پارامترهای عملکرد مواد باید مستقل از اندازه اجزا باشند.

علاوه بر این، کاهش مساحت، تغییر در سطح مقطع در محل شکستگی را اندازه‌گیری می‌کند، که کمبود افزایش طول پس از شکستگی را جبران می‌کند، که تنها پلاستیسیته ماده را به عنوان یک کل ارزیابی می‌کند و تغییر شکل موضعی را نادیده می‌گیرد. مهندسان می‌توانند از این دو پارامتر برای ارزیابی جامع عملکرد ماده استفاده کنند.

 

ویگور با بیش از 20 سال تجربه و تیم حرفه‌ای در تولید ریخته‌گری، آهنگری و قطعات ماشینکاری شده با CNC، ما می‌دانیم که عملکرد قطعات فلزی را روی مواد مختلف و قطعات فلزی با ساختار متفاوت بهبود می‌بخشد. در صورت داشتن هرگونه سوال یا نیاز به توسعه هر قطعه، لطفاً با ما تماس بگیرید. info@castings-forging.com