مکانیزم های شکست و تفاوت شکست مواد نرم و ترد

مکانیزم شکست  Mechanisms of crack : بررسی مکانیزمهای ایجاد ترک و مکانیزمهای متفاوت رشد سریع یا در حد بحرانی ترک و رشد آرام و پایینتر از رشد بحرانی از اهمیت ویژه صنعتی برخوردارند. بررسی فعل و انفعالات فیزیکی که به هنگام شکست روی میدهد چندان ساده نیست، زیرا چگونگی ایجاد ترک و رشد آن و بالاخره نوع شکست در مواد کریستالی به جنس، ساختار شبکه کریستالی، ریزساختار و از آنجا که قطعات معمولا به طور کامل سالم و بدون عیب نیستند به نوع، اندازه و موقعیت عیب، نوع و حالت تنش وارد بر آنها بستگی خواهد داشت. معمولا شکست در فلزات به شکست نرم و شکست ترد تقسیم می شود.
شکست : جدایش یا تقسیم شدن دویا چند قسمت دراثر اعمال تنش. فرایند شکست شامل دو مرحله ی جوانه زنی ترک و پیشرفت وگسترش ترک میشود . شکست رامی توان ازچند نظر تقسیم بندی کرد:
الف( ارنظرکریستالوگرافی به دو دسته ی برشی وکلیواژ
ب( ازنظرشکل ظاهر به دونوع الیافی ودانه ی
ج( ازنظرمقدار کرنش شکست به دوگروه نرم وترد
د( ازنظرمیکروسکوپی ومتالوگرافی به دونوع درون دانه ی ومرزدانه ی
نوع شکست به چند عامل مانند: نوع ماده ، دما ، شرایط تنش وسرعت بارگذاری بستگی دارد. دونوع عمده شکست، شکست نرم وترد می باشد. شکست نرم با مقدارقابل توجه ی تغییر فرم پلاستیک قبل ازمرحله ی پیشرفت ترک و درحین آن مرحله همراه است . شکست ترد در فلزات با سرعت سریع پیشرفت ترک و میزان خیلی کم تغییر فرم پلاستیک همراه است.

دانلود مقاله بررسي عوامل خستگي و انواع شكست در چرخدنده ها

شکست نرم:
بسیاری از فلزات و آلیاژهای آنها مانند آلومینیوم و آلیاژهای آن، در تمام درجه حرارتها، شکست نرم خواهند داشت. شکست نرم به آرامی و پس از تغییر شکل پلاستیکی زیاد به ازای تنشی بالاتر از استحکام کششی ظاهر میشود. از مشخصات شکست نرم، تحت تاثیر تنش کششی، ظاهر گشتن گلویی یا نازکی موضعی و ایجاد حفره های بسیار ریز در درون قسمت گلویی و اتصال آنها به یکدیگر تا رسیدن به حد یک ترک ریز و رشد آرام ترک تا حد پارگی یا شکست نهایی است.
مراحل مختلف شکست نرم در یک فلز انعطاف پذیر، در این نوع شکست علت ایجاد حفرهای ریز در محدوده گلویی میتواند تغییر شکل غیر یکنواخت ناشی از ناخالصی های موجود در ماده اصلی زمینه باشد. لذا با ایجاد حفره های بسیار ریز در محدوده گلویی حالت تنش سه محوری برقرار میشود که منجر به ایجاد ترک میشود.
در طراحی و ساخت اجزای ماشین آلات و در ساختمان سازی، تنشهای وارد بر سازه های فلزی در محدوده الاستیکی انتخاب میشود. بنابراین در کاربرد صنعتی، شکست در حالت تنش استاتیکی در مواد انعطاف پذیر ) داکتیل ( یک پیشامد نامطلوب است.
شکست ترد:
شکست ترد همانطور که در درس علم مواد خوانده ایم ، معمولا در فلزاتی با ساختار کریستالی مکعب مرکزدار و هگزاگونال متراکم و آلیاژهای آنها در درجه حرارتهای پایین ) معمولا پایین تر از دمای معمولی محیط ( و سرعتهای تغییر شکل بالا بطور ناگهانی ظاهر میشود. شکست ترد در امتداد صفحه کریستالی معینی، به نام صفحه کلیواژ، انجام میگیرد. در شکست ترد عموما تغییر شکل پلاستیکی قابل توجهی در منطقه شکست مشاهده نمیشود .
نظریه شکست ابتدا علت شکست را این چنین بیان کرد که تمام پیوندهای اتمی در امتداد صفحه شکست هم زمان با هم گسیخته میشوند. بدین ترتیب که با ازدیاد تنش فاصله اتمها از یکدیگر دور میشوند ودر نهایت به محض اینکه تنش به حد تنش شکست ) تنش بحرانی ( رسید، در نتیجه گسستن تمامی پیوندهای اتمی در صفحه عمود بر امتداد کشش، شکست پدیدار میشود.
شکست ترد به سه دلیل اصلی صورت میگیرد:
 تنش سه بعدی
 دمای پایین
 نرخ کرنش بالا

در نظر گرفتن و دانستن مکانیزمهای ایجاد ترک و مکانیزم های متفاوت رشد سریع و یا در حد بحرانی و یا رشد آرام و پایینتر از رشد بحرانی از اهمیت خاصی برخوردار است، بررسی شکست قطعات نسبتا دشوار است چون بسته به نوع جنس ماده ی موردنظر به اندازه و موقعیت، نوع و حالت تنش نیز بستگی دارد و شکست در فلزات را از دو دیدگاه مواد نرم و ترد بررسی می شود.
هدف از دانستن و مطالعه ی علم شکست در صنعت و مهندسی،کنترل، جلوگیری از افزایش ترک و خطر شکست در قطعات است.
شکست در مواد نرم شکست در مواد نرم مانند آلومنیوم و آلیاژهای آن به آرامی و پس از تغیر شکل
پلاستیکی زیاد به ازای تنش بالاتر از استحکام کششی ظاهر می شود. از مشخصات شکست نرم ، تحت تاثیر تنش کششی ظاهر شدن گلوی یا نازکی موضعی و ایجاد حفره های بسیار ریز در درون قسمت گلویی و اتصال آنها به یکدیگر تا رسیدن به حد یک ترک ریز و رشد آرام ترک تا شکست نهایی است.

دانلود پدیده شکست در اجسام

شکست در مواد ترد
شکست در مواد ترد اکثرا در فلزات باساختار کریستال مکعب مرکزدار و هگزاگونال متراکم و آلیاژهای آنها در درجه حرارتهای پایین )معمولا پاینتر از دمای معمولی محیط( و سرعتهای تغییر شکل بالا به طور ناگهانی ظاهر می شود . شکست در مواد ترد در امتداد صفحه ی کریستال معینی به نام صفحه ی کلیواژ انجام می گیرد . در شکست مواد ترد عموما تغیر شکل پلاستیکی قابل توجهی در منطقه شکست مشاهده نمی شود.

شکست نرم:

بسياري از فلزات و آلياژهاي آنها، به ويژه آنهايي که داراي شبکه fcc هستند، مانند آلومينيوم و آلياژهاي آن، در تمام درجه حرارتها، شکست نرم خواهند داشت. شکست نرم به آرامي و پس از تغيير شکل پلاستيکي زياد به ازاي تنشي بالاتر از استحکام کششي ظاهرميشود

شکست ترد:

شکست ترد معمولا در فلزاتي با ساختار کريستالي مکعب مرکزدار(bcc ) و هگزاگونال متراکم (hcp) و آلياژهاي آنها در درجه حرارتهاي پايين ( معمولا پايينتر از دماي معمولي محيط ) و سرعتهاي تغيير شکل بالا بطور ناگهاني ظاهر ميشود. شکست ترد در امتداد صفحه کريستالي معيني، به نام صفحه کليواژ، انجام ميگيرد. در شکست ترد عموما تغيير شکل پلاستيکي قابل توجهي در منطقه شکست مشاهده نميشود.

شکست خستگی:

پدیده شکست و خستگی مواد وقتی اتفاق می افتد که ماده تحت تنش تکراری یا نوسانی قرار گیرد که منجر به شکست ناگهانی قطعه می گردد. با پیشرفت صنعت و افزایش تعداد وسایلی از قبیل خودرو، هواپیما، کمپرسور، پمپ توربین و غیره که تحت بارگذاری تکراری و ارتعاشی هستند، خستگی بیشتر متداول شده و اکنون چنین برداشت می شود که عامل حداقل ۹۰ درصد شکست های ناشی از دلایل مکانیکی حین کار، خستگی باشد.

به طور کلی شکست هایی که در شرایط بارگذاری دینامیک رخ می دهند، شکست های خستگی نامیده می شوند.

شکست نرم:

fccبسياري از فلزات و آلياژهاي آنها، به ويژه آنهايي كه داراي شبكه  ی هستند مانند المینیوم و الیاژ آن،در تمام درجه حرارت ها،شکست نرم خواهد داشت.شکست نرم به ارامی و پس از تغییر شکل پلاستیکی زیاد به ازای تنشی بالاتر از استحکام کششی ظاهر میشود.از مشخصات شکست نرم ،تحت تاثیر تنش کششی،ظاهر گشتن گلویی یا نازکی موضعی و ایجاد حفره های بسیار ریز درون قسمت گلویی و اتصال ان ها به یک دیگر تا رسیدن به حد یک ترک ریز و رشد ارام ترک تا حد پارگی یا شکست نهایی است.در این نوع شکست علت ایجاد حفره های ریز در محدوده ی گلویی میتواند تغییر شکل غیر یکنواختی ناشی از ناخالصی های موجد در ماده اصلی زمینه باشد.لذا با ایجاد حفره های بسیار ریز در محدوده ی گلویی حالت تنش سه محوری برقرار میشود که منجر به ایجاد ترک میشود.

شکست ترد:

bccشکست ترد معمولا در فلزاتی با ساختار کریستالی مکعب مرکز دار و هگزاگونال متراکم و الیاژ های انها در درجه حرارت های پایین و سرعت های تغییر شکل بالا به ظور ناگهانی ظاهر میشود.شکست ترد در امتداد صفحه ی کریستالی معینی،به نام صفحه کلیواژ،انجام میگیرد.در شکست ترد عموما تغییر شکل پلاستیکی قابل توجهی در منطقه شکست مشاهده نمیشود.

پس از مطالعه در مورد مکانیزم شکست در مواد نرم وترد در سایت های مختلف خارجی وایرانی ومقاله های مختلف در مورد شکست شاید نتوان همه آن چیرهای که مطالعه شده رو نوشت ولی خلاصه هایی از آن را که مربوط به درس فعلی ما می باشد یادآورمی شود.
خوب قبل از بررسی شکست در مواد نرم وترد به این نکته اشاره می کنیم که هر مهندس وقتی که یه قطعه ای رو طراحی می کند تا وقتی که این قطعه به کار گرفته شده باشد مسولیت آن بر عهده مهندس طراح می باشد و مسلما شکست از مواردی که در هر قطعه ای احتمال اتفاق آن به دلایل مختلف وجود دارد. پس شکست پدیده ی مهمی می باشد که دانشجویان رشته های مهندسی مکانیک بایستی با آن آشنایی خوبی داشته باشند.

وصله های تعمیراتی برای جلوگیری از رشد ترک
شکست در مواد نرم:
ابتدا شکست در مواد نرم را مورد مطالعه قرار میدهیم و میدانیم که مواد نرم نسبت به تنش های برشی حساس می باشند ورفتار آنها در مقابل کشش وفشار یکسان است و مواد نرم قبل از شکست تغییر شکل زیادی می دهند تا اینکه بشکنند شاید بتوان گفت که این ویژگی خوبی که مواد نرم نسبت به مواد ترد دارند اینکه به صورت ناگهانی نمی شکنند. استحکام شکست تنشی است که وقتی ما به
یک ماده وارد می کنیم ماده می شکند.در مواد نرم استحکام کششی آنها کمتر از استحکام نهایی می باشد.وبا توجه به نمودار تنش وکرنش مواد نرم ماده قبل از اینکه بشکند چند مرحله را طی می کند ابتدا در محدوده الاستیک به صورت تقریبا خطی تغییر می کند تا اینکه به استحکام تسلیم برسد وبعد از آن بصورت غیر خطی ادامه می یابد در ناحیه بلاستیک تا اینکه به استحکام نهایی برسد وبشکند پس در مواد نرم وقتی که تنشی برابر با تنش نهایی به آنها وارد می شود شکست صورت می گیرد.
شکست در مواد ترد:
همانطور که میدانیم مواد ترد نسبت به تنش های عمودی حساس هستند و رفتار آنها در کشش وفشار یکسان نیست مواد ترد در مقابل فشار مقاومت بیشتری از خود نشان میدهند تا در مقابل کشش. در مواد ترد استحکام تسلیم و استحکام نهایی آنها برابر می باشد. وبا توجه به نمودار تنش وکرنش مواد ترد در این مواد وقتی تنشی برابر با تنش تسلیم به آنها وارد می شود شکست صورت می گیرد و معمولا در این مواد استحکام تسلیم مهم است ودر مواد ترد شکست در جهت عمود بر جهت اعمال تنش صورت می گیرد.

دانلود مقاله بررسی اثر ساچمه زنی بر استحکام خستگی فولاد CK35

دانلود مقاله تاثير دماي ساچمه زني بر عمر خستگي فولاد فنر

دانلود گسیختگی خستگی

 

راه های افزایش مقاومت مکانیکی مواد و افزایش مقاومت مصالح مختلف

راه های افزایش مقاومت مکانیکی مواد و افزایش مقاومت مصالح مختلف - یکی از راه های افزایش مقاومت مکانیکی مواد افزودن مواد دیگری به مواد اصلی است به طور مثال در بحث مقاومت ساخت ساختمان برای افزایش مقاومت سازه های خشتی افزودن موادی مانند ماسه گچ پودر آجری و کاه با درصد و ترکیبات مختلف باعث افزایش مقاومت و جلوگیری از ایجاد ترک های عمیق میشودو در ساخت بتن نیز استفاده از سیمان های با کیفیت به جای بی کیفیت و شن ماسه شکسته به جای شن ماسه رودخانه و همچنین آب چاه به جای آب رودخانه تاثیر زیادی بر افزایش مقاومت و همچنین طول عمر سازه دارد.

خواص مواد از جمله فلزات علاوه بر ترکیب شیمیایی به نوع پیوند بین اتم ها,نحوه ارایش یا قرار گرفتن اتم ها در کنار یکدیگر (ساختار شبکه کریستالی) و ریزساختار ان بستگی دارد به طوریکی با تغییر هرکدام از عوامل مذکورخواص فیزیکی  ﻣﮑﺎﻧﻴﮑﯽ و ﺗﮑﻨﻮﻟﻮژﻳﮑﯽ ﻓﻠﺰ همانند شکل پذیری هدایت الکتریسیته سختی و استحکام تغییر کند

بنابراین برای ما مهم است که از راه هایی برای بدست اوردن فلزات بهتر اشنا شویم

که در اینجا چند راه افزایش مقاومت مکانیکی اجسام مختلف را بررسی میکنیم

1. عملیات حرارتی
   گرم کردن و سرد کردن زمان بندی شده فلزات و آلیاژ های آن در حالت جامد که برای مواد غیر فلزیه مانند مواد سرامیک ها نیز بکار می رود
   به طور ﮐﻠﯽ ﻫﺪف ﻫﺎی ﻣﻮرد ﻧﻈﺮ از اﻧﺠﺎم ﻋﻤﻠﻴﺎت ﺣﺮارﺗﯽ را ﻣﯽ ﺗﻮان ﺑﻪ ﺳﻪ دﺳﺘﻪ ﺗﻘﺴﻴﻢ ﮐﺮد؛ ١ــ اﻓﺰاﻳﺶ ﺳﺨﺘﯽ و اﺳﺘﺤﮑﺎم ٢ــ ﻧﺮم ﺷﺪن و اﻓﺰاﻳﺶ ﻗﺎﺑﻠﻴﺖ ﺷﮑﻞ ﭘﺬﻳﺮی ٣ــ ﺑﺮﮔﺸﺖ و ﻳﮑﻨﻮاﺧﺖ ﮐﺮدن ﺳﺎﺧﺘﺎر قطعه (ﺣﺬف ﺗﻐﻴﻴﺮات اﻳﺠﺎد ﺷﺪه در ﺳﺎﺧﺘﺎر ﻗﻄﻌﻪ ﻓﻠﺰی ﺣﻴﻦ ﻋﻤﻠﻴﺎت ﺳﺎﺧﺖ ﻳﺎ ﺷﺮاﻳﻂ ﮐﺎری ﻣﺜﻞ ﺟﻮﺷﮑﺎری، ﻧﻮرد، ﻣﺎﺷﻴﻦ ﮐﺎری و ﻏﻴﺮه)
   
   • مواد به کار رفته در ساخت فنرها و نحوه بهبود خواص آنها
   
   برای مثال تنش زدایی:
   در ﻃﯽ ﻓﺮآﻳﻨﺪ ﺳﺎﺧﺖ ﺳﺎزه ﻫﺎی ﻓﻠﺰی در اﺛﺮ ﻋﻤﻠﻴﺎﺗﯽ ﻧﻈﻴﺮ : ﻧﻮرد، ﺧﻢ ﮐﺎری، ﺟﻮﺷﮑﺎری، ﻣﺎﺷﻴﻦ ﮐﺎری و ﻏﻴﺮه ﺑﺨﺸﯽ از ﺗﻨﺶ ﻫﺎ ﺑﺎ ﻧﻴﺮوﻫﺎی اﻋﻤﺎل ﺷﺪه ﺑﻪ ﻗﻄﻌﻪ در ﺳﺎﺧﺘﺎر داﺧﻠﯽ آن ﺑﺎﻗﯽ ﻣﯽ ﻣﺎﻧﻨﺪ ﮐﻪ ﺑﻪ ﻃﻮر ﮐﻠﯽ ﺗﻨﺶ ﻫﺎی ﺑﺎﻗﻴﻤﺎﻧﺪه ﻧﺎﻣﻴﺪه ﻣﯽ ﺷﻮﻧﺪ.
   که این تنشها در صورت از بین نرفتن باعث کاهش طول عمر سازه فلزی میشوند

 در اﻧﺘﻬﺎی ﻓﺮآﻳﻨﺪ ﺳﺎﺧﺖ ﻗﻄﻌﺎت و ﺳﺎزه ﻫﺎی ﻓﻠﺰی ﺟﻬﺖ ﺣﺬف ﻳﺎ ﮐﺎﻫﺶ ﻣﻘﺪار ﺗﻨﺶ ﻫﺎی ﺑﺎﻗﻴﻤﺎﻧﺪه و اﻳﺠﺎد ﺳﺎﺧﺘﺎر  ن را ﻳﮑﻨﻮاﺧﺖ، ﺳﺎزه ﻓﻠﺰی را ﺑﺮای ﻣﺪت ﻣﻌﻴﻨﯽ در درﻣﺎی از ﭘﻴﺶ ﺗﻌﻴﻴﻦ ﺷﺪه ﻗﺮار ﻣﯽ دﻫﻨﺪ و ﺳﭙﺲ آن ﺑﻪ آراﻣﯽ ﺳﺮد ﻣﯽ ﮐﻨﻨﺪ.

 کارمکانیکی

1. یکی از ویژگی فلزات توانایی کار مکانیکی بر روی آن هاست و هنگامی که ما بر روی یک قطعه در دمای محیط کار مکانیکی انجام میدهیم ﺑﻪ دﻟﻴﻞ ﺗﻐﻴﻴﺮ ﺷﮑﻞ و ﻓﺸﺮده ﺷﺪن داﻧﻪ ﻫﺎی ﻓﻠﺰ و ﺑﺎﻗﯽ ﻣﺎﻧﺪن ﺑﺨﺸﯽ از ﺗﻨﺶ اﻋﻤﺎل ﺷﺪه در ﺳﺎﺧﺘﺎر داﺧﻠﯽ ﻣﺎده اﺳﺘﺤﮑﺎم و ﺳﺨﺘﯽ ﻓﻠﺰ اﻓﺰاﻳﺶ ﻣﯽ ﻳﺎﺑﺪ و از ﻗﺎﺑﻠﻴﺖ ﺷﮑﻞ ﭘﺬﻳﺮی آن ﮐﺎﺳﺘﻪ می شود.
   در این عملیات قطعات فولادی به نام تختال به منظور نرم شدن و راحتتر عملیات انجام دادن روی انها وارد کوره ای گرم میشوند و به صورت گداخته وارد خط نورد میشوند و محصول نهایی با ضخامت های متفاوتی در می آید.
   در ﻫﺮ ﺻﻮرت ﻋﻤﻠﻴﺎت ﻧﻮرد ﭼﻪ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﮔﺮم اﻧﺠﺎم ﺷﻮد و ﭼﻪ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺳﺮد ﺻﻮرت ﭘﺬﻳﺮد ﺑﻪ دﻟﻴﻞ اﻋﻤﺎل ﻧﻴﺮو و ﻓﺸﺮده ﺷﺪن ﺳﺎﺧﺘﺎر ﮐﺮﻳﺴﺘﺎﻟﯽ ﻓﻠﺰ ﻳﺎ آﻟﻴﺎژ و ﻧﻴﺰ ﺑﺎﻗﯽ ﻣﺎﻧﺪن ﺑﺨﺸﯽ از ﺗﻨﺶ اﻋﻤﺎل ﺷﺪه ﻣﺤﺼﻮل از درﺟﻪ ﺳﺨﺘﯽ ﺑﻴﺸﺘﺮی ﺑﺮﺧﻮردار ﻣﯽ ﺷﻮد.

   1. آشنایی با نرم افزار ANSYS

2. آلیاژ سازی
   یکی از متداول ترین راه ها برای افزایش مقاومت مکانیکی اجسام مختلف با اضافه کردن آلیاژ ها به آن ها می باشد
   در علم مواد ما میخوانیم که فلزات در حالت جامد دارای ساختار بلوری می باشند و اکثر فلزات صنعتی پرکاربرد دارای سه نوع شبکه کریستالی (BCC,FCC,HCP) بنابر این در طی عملیا استحکام بخشی از طریق اضافه کردن یک ی چند عنصر به شبکه اتمی فلز مورد نظر سه حالت اتفاق می افتد.
   یک:
    در ﺻﻮرﺗﯽ ﮐﻪ ﻣﻘﺪار ﻋﻨﺼﺮ آﻟﻴﺎژی ﮐﻢ ﺑﺎﺷﺪ و اﻧﺪازه اﺗﻢ ﻫﺎی ﻋﻨﺼﺮ آﻟﻴﺎژی ﮐﻮﭼﮏ ﺑﺎﺷﺪ اﺗﻢ ﻫﺎی اﺿﺎﻓﻪ ﺷﺪه در ﻓﻀﺎﻫﺎی ﺧﺎﻟﯽ ﺑﻴﻦ اﺗﻢ ﻫﺎی ﻓﻠﺰ ﭘﺎﻳﻪ ﻗﺮار ﻣﯽ ﮔﻴﺮﻧﺪ حالت بین نبش میگویند یا بین خود نشین.
   
   دو:
   چنانچه مقدار ﻋﻨﺼﺮ آﻟﻴﺎژی ﮐﻢ ﺑﺎﺷﺪ وﻟﯽ اﻧﺪازه اﺗﻢ ﻫﺎی ﻋﻨﺼﺮ آﻟﻴﺎژی ﺑﺰرگ ﺑﺎﺷﻨﺪ  به ﺟﺎی ﺑﻌﻀﯽ از اﺗﻢ ﻫﺎی ﻓﻠﺰ ﭘﺎﻳﻪ در ﺷﺒﮑﻪ ﮐﺮﻳﺴﺘﺎﻟﯽ ﻗﺮار ﻣﯽ ﮔﻴﺮﻧﺪ .ﻧﻈﻴﺮ اﺗﻢ ﻫﺎی روی در ﺷﺒﮑﻪ ﮐﺮﻳﺴﺘﺎﻟﯽ ﻓﻠﺰ ﻣﺲ (ﺣﺎﻟﺖ ﺟﺎﻧﺸﻴﻦ).
   

   آشنایی با روش المان محدود (FEM)

   سه:
   درﺣﺎﻟﺘﯽ ﮐﻪ ﻣﻘﺪار ﻋﻨﺼﺮ آﻟﻴﺎژی ﺑﻴﺶ از ﺣﺪ ﺣﻼﻟﻴﺖ در ﻓﻠﺰ ﭘﺎﻳﻪ ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻨﺠﺮ ﺑﻪ ﺗﺸﮑﻴﻞ ﺗﺮﮐﻴﺒﺎت ﻓﻠﺰی ﺟﺪﻳﺪ ﻣﯽ ﺷﻮد ﮐﻪ ﻧﻮع اﻳﻦ ﺗﺮﮐﻴﺒﺎت، ﻣﻘﺪار آﻧﻬﺎ و ﭼﮕﻮﻧﮕﯽ ﺗﻮزﻳﻊ آﻧﻬﺎ در داﺧﻞ ﻓﻠﺰ ﭘﺎﻳﻪ ﺑﺴﺘﮕﯽ ﺑﻪ ﻧﻮع ﻋﻨﺎﺻﺮ آﻟﻴﺎژی و واﮐﻨﺶ ﭘﺬﻳﺮی آﻧﻬﺎ ﺑﺎ اﺗﻢ ﻫﺎی ﻓﻠﺰ ﭘﺎﻳﻪ دارد (اﻳﺠﺎد ﺗﺮﮐﻴﺒﺎت ﻓﻠﺰی ﺟﺪﻳﺪ ).

در همه این سه حالت ها پایه ارایش اتمی فلز پایه دچار تغییر شده و در نتیجه حرکت اتم های فلزی پایه در اثر اعمال نیروی خارجی سخت تر میشود

و در نهایت چند مورد از برتری الیاژ ها نسبت به فلز های عادی

اﺳﺘﺤﮑﺎم و ﺳﺨﺘﯽ آﻟﻴﺎژﻫﺎ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﻓﻠﺰ ﭘﺎﻳﻪ در ﺣﺎﻟﺖ ﺧﺎﻟﺺ ﺑﻴﺸﺘﺮ اﺳﺖ.

اﻧﻌﻄﺎف ﭘﺬﻳﺮی ﻳﺎ ﺷﮑﻞ ﭘﺬﻳﺮی آﻟﻴﺎژﻫﺎ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﻓﻠﺰ ﭘﺎﻳﻪ در ﺣﺎﻟﺖ ﺧﺎﻟﺺ ﮐﻤﺘﺮ اﺳﺖ.

ﺟﻮش ﭘﺬﻳﺮی آﻟﻴﺎژﻫﺎ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﻓﻠﺰ ﭘﺎﻳﻪ در ﺣﺎﻟﺖ ﺧﺎﻟﺺ ﮐﻤﺘﺮ اﺳﺖ.

ﻫﺪاﻳﺖ اﻟﮑﺘﺮﻳﮑﯽ و ﺣﺮارﺗﯽ آﻟﻴﺎژﻫﺎ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﻓﻠﺰ ﭘﺎﻳﻪ در ﺣﺎﻟﺖ ﺧﺎﻟﺺ ﺑﺴﻴﺎر ﮐﻤﺘﺮ اﺳﺖ.

نقطه ذوب آلیاژ ها نسبت به فلز پایه در حالت خالص کمتر است

فرآیند اکستروژن

يکي از روش‌هاي شکل دهي شمش‌ها يا فلزات نيم ساخته است که براي کاهش ضخامت يا سطح مقطح اين مواد به کار مي‌رود.در اين دستگاه از پيستوني قوي جهت اعمال بار يکنواخت بر قطعه مورد نظر و پرس کردن و فشار دادن آن در بدنه دستگاه استفاده مي‌شود.از آنجايي که اصطکاک ميان بدنه دستگاه و قطعه زياد است، درجه حرارت نيز زياد مي‌شود.بنابراين لازم مي‌شود که بدنه دستگاه هر چند بار خنک کاري شود.جهت خنک کاري از آب صابون يا روغن استفاده مي‌شود.جنس بدنه اين دستگاه بايد مقاوم باشد تا بتواند تنشهاي وارد بر آن را تحمل کند.

 1- تلورانس ابعادي و سطح تمام شده بسيار خوب

2- صرفه‌جويي در ماده و هزينه‌ي ماشين‌کاري

3-استقامت کششی بالا به خاطر کرنش سختی

 4- دارا بودن ساختار دانه ای مناسب که باعث بالا بردن استحکام قطعهی اکسترود شده میباشد.

فرآیند اکستروژن بسیار ساده میباشد به طوری که ابتدا شمش اماده شده را در محفظه دستگاه اکستروژن قرار میدهند سپس این شمش با اعمال فشار بالایی که به صورت هیدرولیکی یا مکانیکی به آن وار میشود از طریق قابی  به بیرون میآید.

که دو نوع فرآیند اکستروژن داریم

مستیقیم به جلو و غیرمستقیم

 5-ultrasonic impact treatment

ﺗﻨﺶ ﭘﺴﻤﺎﻧﺪ ﺗﻨﺸﯽ ﺧﻮد ﻣﺘﻌﺎدل اﺳﺖ ﮐﻪ ﺑﺮ اﺛﺮ اﻧﺠﺎم ﻋﻤﻠﯿﺎﺗﯽ ﺧﺎص ﻧﻈﯿﺮ ﺟﻮﺷﮑﺎري در ﺟﺴﻢ ﺑﺎﻗﯽ ﻣﯽ روش ﻣﺎﻧﺪ .ﻫﺎي ﻣﺨﺘﻠﻔﯽ ﺟﻬﺖ ﮐﺎﻫﺶ ﺗﻨﺶﻫﺎي ﭘﺴﻤﺎﻧﺪ در ﻧﻤﻮﻧﻪ های جوشکاری شده وجود دارد.

ﻣﻘﺪار ﺗﻨﺶﻫﺎي ﭘﺴﻤﺎﻧﺪ در روش ﺗﻨﺶزداﯾﯽ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﺿﺮﺑﺎت اوﻟﺘﺮاﺳﻮﻧﯿﮏ ﺑﻪ ﻣﺮاﺗﺐ ﮐﻤﺘﺮ از ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺗﻨﺶزداﯾﯽ ﺷﺪه ﺑﻪ روش ﺣﺮارﺗﯽ و ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺑﺪون اﻧﺠﺎم ﻋﻤﻠﯿﺎت ﺗﻨﺶزداﯾﯽ ﻣﯽباشد

ﺗﻨﺶﻫﺎي ﭘﺴﻤﺎﻧﺪ ﺗﻨﺶﻫﺎي ﺧﻮد ﻣﺘﻌﺎدﻟﯽ ﻫﺴﺘﻨﺪ ﮐﻪ در ﻗﻄﻌﻪ در اﺛﺮ ﻓﺮآﯾﻨﺪﻫﺎي ﺗﻮﻟﯿﺪ ﻧﻈﯿﺮ ﻧﻮرد، ﺟﻮﺷﮑﺎري، رﯾﺨﺘﻪﮔﺮي و ﻏﯿﺮه ﻣﺤﺒﻮس ﻣﯽﮔﺮدﻧﺪ و ﻣﯽﺗﻮاﻧﺪ ﺗﺄﺛﯿﺮ ﻣﺜﺒﺖ ﯾﺎ ﻣﻨﻔﯽ ﺑﺮ روي ﻋﻤﺮ ﻗﻄﻌﺎت داشته باشند که در این روش چکس التراسونیک با ضربه زدن به قطعه باعث ایجاد تنش پسماند شده که مقاومت قطعه را افزایش میدهد.

1.عملیات حرارتی :

*سرعت گرم کردن

*دمای عملیات

*دمای نگه داری قطعه 

*سرعت سرد کردن قطعه

هدف از چیزای بالا میتونه 1 تنش زدایی 2 افزایش سختی باشه

2.کار مکانیکی :

با نیرو شکل دادن، از این دسته میتواند باشد یعنی فلز رو از سوراخی عبور دهیم

3.گرم کردن و ضربه زدن و سریع سرد کردن که این روش سنتی میباشد که برای ساخت وسایلی مانند شمشیر و بیل و.... استفاده میشده 

4. آلیاژ سازی :

که در این روش ماهیت ماده تغییر میکند و یه ماده با استحکام تر درست میشود.

خواص مکانیکی مواد، خواصی هستند که تعیین کننده ی رفتار مواد در برابر نیروهای وارده هستند

که شامل استحکام،سختی،چقرمگی شکست،مدول الاسیسته،رفتار خستگی و خزش هستند.

برای استحکام مکانیکی مواد باید نقاطی از کریستال که از حرکت نابجایی ها ممانعت می کنند را به شبکه اضافه کرد .

کارمکانيکی ، آلياژسازی.

مکانیزم های استحکام بخشی مواد به مهندسین این توانایی را می دهند که خواص مکانیکی مواد را به گونه ای تغییر دهند که برای کاربرد متعدد مناسب باشد.

و با آزمون کشش (tension test) که یکی از آزمون های سخت ومخرب خواص مکنیکی جامدات است،مورد بررسی قرار میگیرند.

1 - عملیات حرارتی

به طور معمول از عملیات حرارتی برای افزایش سختی و استحکام فلزات استفاده می شود ؛ برای این کار باید فلز را تا دمای مشخص با سرعت معین حرارت داد سپس آن را با سرعت معین سرد نمود تا به سختی لازم برسد

2 - سخت کردن سطحی

این عملیات به منظور افزایش مقاومت در برابر سایش و خوردگی لایه ی خارجی است

به دو روش انجام می گیرید :

1 ) تغییر در ترکیب شیمیایی لایه ی خارجی (کربن دهی - ازت دهی)

2 ) تغییر در ترکیب شیمیایی ایجاد نمی شود و تغییرات فیزیکی صورت می گیرد

3 - عملیات حرارتی افتراقی

روشی است که در حین عملیات حرارتی به کار گرفته می شود برای سخت یا نرم کردن ناحیه مشخص یک شئ فولادی و باعث به وجود امدن یک اختلاف در سختی نواحی می شود.

1::استفاده از چندجسم مختلف در کنارهم (کامپوزیت ها)

2::ساخت به روش نانو::درتولید به روش نانوذرات تشکیل دهنده ی جسم را طوری کنار هم قرار میدهند که خواص مورد نظر را داشته  باشد

مانند استفاده از میل گرددرستون های بتنی.

بتن مقاومت بالایی دربرابر فشار دارداما در برابر کشش بسیار ضعیف است که با فراردادن میل گرد در بتن این ضعف جبران می شود؛نیروی کشش را میل گرد تحمل میکند.

3::عملیات حرارتی ::باعملیات حرارتی می توان سختی جسم را تغییر داد.

مقاومت مکانیکی یکی از فاکتورهای مهم در صنعت می باشد باتزریق نانو گرافن های جدید آنرا تا ده برابرافزایش داده اند.محققان باتغییر ساختاری گرافن ها و مقاومت سنجی متوجه تولید ساختاری با مقاومت بسیار بالا شدند که می تواند به عنوان ساختاری جهت تولید مواد مقاوم به کار گرفته شود.

گرافن به عنوان ساختاری کارآمد درتمام مواد کاربردهای فراوانی دارد که این تکنیک جدیدوساخت مواد مقاوم به جهت استفاده درمفاصل ومحل های متحرک مختلف به کارآمدی ومفیدبودن این ماده پی برده اند.همچنین پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس بااستفاده از روشی ساده وارزان موفق به تولید آزمایشگاهی نانوپوشش هایی از جنس آلیاژ نیکل_آهن شدند که منجربه افزایش مقاومت به سایش وخوردگی ابزاروتجهیزات الکترونیکی ومغناطیسی خواهد شد : دراین طرح نانو پوشش هایی چند لایه از جنس آلیاژ Nife وباضخامت کمتر از صد نانومترتولید شده است،کاربردهای اصلی این پوشش های از جنس Nifeمصارف مغناطیسی و الکتریکی فراوانی دارد که مهم ترین کاربردهای آنها شامل شیرهای الکتریکی ومغناطیسی،پرینترها،رله ها وترانزیستور است،وهمچنین بااعمال ساختار چندلایه از آن استحکام آن بهبود خواهد یافت که برمقاومت مکانیکی آن درسیستم کاری خواهد افزود.وهمچنین میزان سختی_یاهمان مقاومت دربرابرجسم فرورنده خارجی_به ساختار مواد نیز مرتبط است واضح است که اگر سطح مواد متخلخل وپراز ترک باشد مقاومت مواد دربرابر یک عامل فرورنده خارجی بسیار کمتر خواهد بود. باین تصور،بااستفاده از فناوری نانو می توان ساختارهایی راتولید کرد که یا ترک های کمتری داشته باشند یااندازه آنها آنقدر کوچک باشد که وقتی عامل فرورنده خارجی به سطح ماده برخورد می کند عملابه مرزهای این دانه ها برخورد کند، چون مرزهامحل بی نظمی اتم ها هستند وانرژی پیوندها باپیوندهای داخل دانه فرق دارند، مقاومت بیشتری دربرابرماده فرورونده ی خارجی نشان می دهد.

آشنایی با فرآیند ساچمه زنی shot peening

برخی از راهکار های افزایش مقاومت و استحکام مکانیکی مواد مختلف

برخی از راهکار های افزایش مقاومت و استحکام مکانیکی مواد مختلف در این بخش توضیح داده شده است.

روش UltraSonic Impact Treatment:

در این روش یک چکش التراسونیک به سطح قطعه ظربه وارد میکند وباعث ایجاد تنش پسماند یا Residual Stress در سطح قطعه میشود این عمل باعث افزایش مقاومت قطعه در برابر گسیخته گی ترد(Brittle Failure) میشود.

روش عملیات ضربه ایی التراسونیک در سته بندی روش های تقه کاری(Peening)قرار میگیرد مانند: ساچمه زنی (Ball Peening)-(Laser Peening)-(Sand Blasting)و....

روش فورج کوبشی سرد (Cold Hammer Forging):

در این روش قطعه در دمای پایین توسط دستگاه های کوبشی مانند فورج هیدرولیکی شکل داده میشود و قطعه نهایی در مقایسه با قطعات ریخته گری شده اسطحکام بالا تری از خود نشان میدهند.

این روش معمولا برای  آلومینیوم بکار میرود و بعد از انجام عملیات فورج کوبشی سرد بافت دانه ها (Grain Texture) به شکل کلی قطعه در می ایند.

روشش پاشش حرارتی (Thermal Spray):

عملیات پاشش حرارتی روشی است که در آن مواد ذوب یا حرارت داده شده و روی یک قطعه کار پوششی از ان ماده را ایجاد میکنند(Coating).به عنوان مثال میتوان پودر سرامیکی از جنس آلومینا(Al2O3)را روی یک قطعه فلزی مانند توربین

پوشش داد و با این کار میزان سختی (Hardness)سطح و مقاومت در برابر خوردگی(Corrosioin Resistance)و... را افزایش داد.

عملیات حرارتی:

     گرم کردن و سرد کردن زمان بندی شده ی فلزات سرامیکها و آلیاژها را به منظور به دست آوردن خواص مکانیکی و فیزیکی مطلوب عملیات حرارتی می نامند.عملیات حرارتی برای تغییر خواص فیزیکی –شیمیایی-مکانیکی و به ویژه متالوژیکی مواد استفاده می شود.عملیات حرارتی برای مواد غیر فلزی مانند شیشه وسرامیکها نیز بکار می رود.

دلایل عملیات حرارتی             

 - تنش زدایی  تنش های ناشی از عملیات و فرایند های تولید

-ریز کردن دانه بندی

 - افزایش مقاومت به سایش با ایجاد لایه سخت بر سطح و در عین حال افزایش مقاومت به ضربه  با به وجود آوردن مرکز نرمتردرداخل قطعه

- بهبود خواص  فولاد به منظور اقتصادی کردن جایگزینی بعضی از انواع ارزانتر فولاد به جای گران آن

  - افزایش جذب انرژی توسط فولاد

- بهبود خصوصیات برش درفولاد های ابزار

- بهبود خواص الکتریکی

  - تغییر یا بهبود خواص مغناطیسی

 

خواص ماده مانند حداکثر مقاومت کششی، سختی و ... بستکی به نوع عملیات حرارتی انجام گرفته بر روی ماده دارد.

عملیات حرارتی شامل: عملیات های حرارت دادن و سرد کردن های متوالی و با برنامه ی خاص است تا خواص ماده مورد نظر را از نظر ساختار متالورژیکی، خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی ارتقاء دهد.

معمولا این عملیات شامل حرارت دادن ماده تا یک دمای خاص، نگهداری در آن دما برای مدت زمان مشخص، و سپس سرد کردن تا دمای محیط یا کمتر از آن با نرخ خاص است. آنیل کردن، نرماله کردن، سخت کردن و تنش گیری چهار عملیات حرارتی پرکاربرد است.

مباحث و سرفصل های مقاومت مصالح 1 به صورت جلسه به جلسه

1)آنیل کردن(تابکاری)

آنیل کردن گستره وسیعی از فرایندهای حرارتی است که اساسا برای همگن سازی، تبلور مجدد، یا تنش گیری از نمونه هایی که تحت کارسرد قرار گرفته اند و یا جوشکاری شده اند به کار می رود. آنیل کردن شامل تغییر خواص فولادها بعد از عملیات حرارتی می‌باشد و به چند نوع آنیل کامل آنیل ناقص و ... تقسیم می‌شود. در آنیل کردن فولاد را تا دمای مختلف Acm یا A۳ بسته به نوع فولاد گرم کرده و مدتی در این دما نگهداری می‌کنند و سپس سرد می‌کنند. این کار باعث افزایش استحکام و چقرمگی و بالا رفتن نقطه تسلیم فلز آنیل شده می‌شود. معمولاً عملیات آنیل کردن کامل گران تمام می‌شود. چرا که کوره در مدت زمان زیادی اشغال می‌گردد که از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.

2)نرماله کردن

این عملیات به منظور ریزکردن ذرات درشت حاصل از عملیات کارگرم و ریخته گری و ایجاد یکنواختی بیشتر ریزساختاری و توزیع یکنواخت تر عناصر آلیاژی انجام می گیرد. لذا در مقایسه با خواص حاصل از آنیل کردن، سختی و استحکام افزایش یافته و انعطاف پذیری کم می شود. در مواردی که هدف سخت کردن قطعاتی باشد که دارای دانه های درشت هستند نرماله کردن به عنوان یک عملیات حرارتی اولیه جهت ریز کردن دانه ها استفاده می شود.

3)تنش گیری

تنش زدایی عملیات حرارتی است که برای کاهش تنش های پس ماند در سطح مطلوبی در فولاد ها اجرا می شود، طوری که قطعه یا مجموعه مونتاژی وظایف خود را بدون تغییر شکل غیر مجاز، ترک خوردن در طی عملیات حرارتی یا فرآوری، و یا از کار افتادگی در حین کار در پایین تر از تنش های طراحی انجام دهد.

4)عملیات حرارتی اصلاح خواص سطح نمونه

سخت کاری یا سخت کردن سطحی Surface or Case Hardening) ) نوعی عملیات حرارتی که در آن با استفاده از شرایط خاص کاری و محیطی سطح قطعه را سخت کرده در حالی که ترکیب شیمیایی داخل قطعه تغییر نمی کند و در نهایت قطعه ای حاصل می شود که سختی سطحی مطلوب در کنار چقرمه بودن دارد. در بسیاری از کاربردهای صنعتی نیاز به قطعاتی است که دارای سطحی سخت بوده و در عین حال از چقرمگی یا تافنس ضربه ای خوبی برخوردار باشند. از جمله این موارد، قطعاتی نظیر میل لنگ، میل بادامک و چرخنده ها بوده که باید سطحی بسیار سخت و مقاوم در برابر سایش داشته باشند و در عین حال چقرمه و مقاوم در برابر ضربات وارد حین کار باشند.

۱_ تنش زدایی ( حذف تنش های ایجاد شده و باقیمانده در ساختار  سازه فلزی ) 

مفهوم تنش

این تنش ها در صورتی که حذف یا کاهش پیدا نکنند ، باعث کاهش استحکام و طول عمر سازه ی فلزی میشوند.

۲_ بطور کلی فلزات در حالت خالص ، از درجه سختی و استحکام کمتری برخوردار هستتد . بنابراین یکی از روش های افزایش استحکام آنها ، اضافه کردن عناصر آلیاژی دیگر به ساختار آنها است .

۳_ باید شرایط زیر به شدت کنترل شده انجام شوند:

الف) سرعت گرم کردن قطعه

ب)دمای عملیات حرارتی

ج)زمان توقف یا نگهداری قطعه در دمای فوق

د) سرعت سرد کردن

چگونه مقاومت مصالح بخوانیم و آن را یاد بگیریم