وبلاگ

تنش تسلیم – همه چیز درباره استحکام کششی پیچ و مهره

تنش تسلیم دیاپیچ

انتقال ناشی از تنش از حالت جامد به مایع معمولاً به عنوان تنش تسلیم نامیده می شود. مواد تنش عملکردی از جمله خمیرها، گل، نفت خام و چاشنی‌هایی مانند سس مایونز در حالت استراحت دارای خواص جامد هستند، اما می‌توان آنها را تحت تنش اعمالی کافی تسلیم و روان کرد. با وجود فراگیر بودن و اهمیت آنها، تئوری 100 ساله موجود که رفتار چنین موادی را توصیف می کند، تنها در شرایط اولیه تنش برشی اعمال شده به خوبی تأیید شده است و فرض می کند که حالت جامد غیرقابل تغییر است. آزمایش‌ها و شبیه‌سازی‌های انجام‌شده تحت انبساط خالص، اطلاعات اساسی در مورد رفتار مواد در تنش تسلیم ارائه می‌کنند.

نقطه تسلیم

آیا تا به حال یک گیره کاغذ را کمی خم کرده اید و متوجه برگشتن آن شده اید؟ اما وقتی آن را بیشتر خم می کنید، متوجه شده اید که گیره کاغذ برای همیشه خم می شود؟ نقطه تسلیم حداکثر فاصله ای را که می توانید گیره کاغذ را بدون تغییر دائمی شکل آن خم کنید، تعیین می کند. نقطه تسلیم مرز بین تغییر شکل الاستیک و تغییر شکل پلاستیک است.

قبل از نقطه تسلیم، یک ماده با کشش پیوندهای اتمی خم می شود. فراتر از نقطه تسلیم، اتم ها تا حد خود کشیده شده اند و تغییر شکل بیشتری رخ می دهد زیرا اتم ها از کنار هم حرکت می کنند. در منحنی تنش-کرنش، نقطه تسلیم نقطه‌ای است که در آن منحنی دیگر صاف نیست.

چرا نقطه تنش بسیار مهم است؟

نقطه تسلیم قدرت تسلیم و تنش تسلیم را نشان می دهد. قدرت تسلیم حداکثر نیرویی است که یک ماده می تواند بدون آسیب دائمی تحمل کند. به طور مشابه، تنش تسلیم می تواند تعیین کند که مواد تا چه اندازه می توانند قبل از آسیب دائمی خم شوند. اگر می خواهید از فنر برای کاری استفاده کنید، باید فنر را در موقعیتی قرار دهید که نتواند از تنش تسلیم خود عبور کند. نقطه تسلیم همچنین نقطه ای است که تغییر شکل مواد از کشش پیوند اتمی به حرکت جابجایی تغییر می کند (در ادامه در این مورد بیشتر توضیح خواهیم داد).

مطالب بیشتر: پیچ و مهره کیلویی

آنچه در طول تسلیم اتفاق می افتد

برای درک آنچه در نقطه تسلیم اتفاق می‌افتد، باید بدانید که در سطح اتمی در حالت های الاستیک و پلاستیک چه اتفاقی می‌افتد. برای همه جامدات، افزایش تنش منجر به افزایش خطی کرنش می شود (به این قانون هوک می گویند). این ناحیه الاستیک ممکن است بسیار کوچک باشد یا ممکن است کاملاً گسترده باشد. با این حال، همیشه وجود دارد، زیرا تمام جامدات از اتم های متصل به یکدیگر ساخته شده اند. هنگامی که ماده برای اولین بار کشیده می شود، پیوندهای اتمی کشیده می شوند. آنها مانند فنر رفتار خواهند کرد، به همین دلیل است که قانون هوک اعمال می شود. بسته به استحکام پیوندهای اتمی، ساختار کریستالی و سایر عوامل بر میزان کشش پیوندها تأثیر می گذارد. بنابراین وقتی یک ماده را می کشید، منبسط می شود زیرا پیوندهای اتمی کشیده می شوند. اگر تنش را حذف کنید (زیر نقطه تسلیم)، پیوندهای اتمی شل می شوند و ماده شکل اولیه خود را بازیابی می کند.

عوامل موثر بر تسلیم

4  عامل اصلی وجود دارد که بر قدرت تسلیم تأثیر می گذارد (بدون احتساب متغیر خارجی مانند دما). این عوامل عبارتند از:

  • سخت کاری
  • پالایش مرز دانه/بلور
  • سخت کاری رسوبی
  • استحکام بخشی با محلول جامد

قدرت تسلیم نقطه ای است که در آن حرکت نابجایی آسان تر از کشش پیوند اتمی است. بنابراین، برای افزایش قدرا تسلیم می‌توانید استحکام پیوندهای اتمی را افزایش دهید (بدون تغییر کامل ماده واقعا امکان‌پذیر نیست)، یا می‌توانید حرکت نابجایی را دشوارتر کنید.

مطالب بیشتر: پیچ و مهره پلاستیکی

این 4 مکانیسم تقویت کننده همگی مانع از نا به جایی حرکت می شوند:

  • سخت کاری: هر بار که یک ماده را تغییر شکل می دهید در واقع یک نا به جایی ایجاد می کنید. سخت کاری زمانی است که شما عمداً چگالی نا به جایی را افزایش دهید تا به این اثر برسید. نورد سرد نمونه بسیار رایجی از سخت کاری است.
  • پالایش مرز بلور: بیشتر مواد ‘پلی کریستالی’ هستند، به این معنی که آنها دارای تعداد زیادی دانه های کریستالی مختلف هستند که در جهت های مختلف قرار دارند. از آنجایی که جهت کریستالی بین دانه ها متفاوت است، نابجایی ها باید هر بار که از یک دانه به دانه دیگر می روند تغییر جهت دهند. در بسیاری از مواقع، نابجایی ها نمی توانند از یک دانه به دانه دیگر منتقل شوند، بنابراین فقط در مرزهای دانه انباشته می شوند و حرکت نا به جایی را کند می کنند.
  • سخت کاری رسوبی: سخت کاری رسوبی بر اساس همان اصل و پالایش مرز دانه عمل می کند. رسوبات فازهای مختلفی هستند که می توانند در آلیاژ اصلی وجود داشته باشند. هنگامی که یک نابجایی به یک رسوب برخورد می کند، از آنجایی که ساختار/جهت کریستالی معمولاً متفاوت است، نابجایی نمی تواند از میان رسوب عبور کند و در اطراف رسوب خم می شود. رسوبات ریز باعث خمیدگی بیشتر نا به جایی می شود که به آن استحکام بخشی اوروان می گویند. این رسوبات همچنین می توانند از طریق مکانیسم فرانک رید نابجایی های جدیدی ایجاد کنند.
  • استحکام بخشی با محلول جامد: استحکام بخشی با محلول جامد در هر آلیاژی اتفاق می افتد. این بدان معناست که یک نوع اتم در نوع دیگری از اتم حل شده است. این اتم ها دارای اندازه های متفاوت و نیروهای متقابل متفاوتی با یکدیگر هستند. در نتیجه، هر اتم مختلف فشار کوچکی بر روی شبکه ایجاد می کند. این فشار می تواند عبور نابجایی ها را دشوارتر کند.

مطالب بیشتر: کاربرد پیچ و مهره در صنایع پتروشیمی

سخن آخر درباره تنش تسلیم

مهمترین نقطه در منحنی کرنش- تنش، نقطه تسلیم است. نقطه تسلیم قدرت تسلیم و تنش تسلیم را به شما می گوید که این موضوع به مهندسان اطلاعاتی درباره مرز های مواد می دهد. در سطح اتمی، نقطه تسلیم با حداکثر ‘کشش’ پیوندهای اتمی مطابقت دارد و نقطه شروع لغزش اتمی است. قدرت تسلیم را می توان تحت تأثیر سخت شدن کار، پالایش مرز دانه/بلور، تقویت محلول جامد و تقویت رسوب قرار داد.

سوالات متداول

تفاوت بین تنش تسلیم و تنش نهایی چیست؟

مقاومت تسلیم در موادی استفاده می شود که رفتار کشسانی از خود نشان می دهند. این حداکثر تنش کششی است که ماده می تواند قبل از ایجاد تغییر شکل دائمی تحمل کند. استحکام نهایی به حداکثر تنش قبل از وقوع شکست اشاره دارد.

آیا قدرت تسلیم بالاتر از قدرت کششی است؟

قدرت کششی معمولاً ارزش عددی بالاتری نسبت به قدرت تسلیم یک ماده خاص دارد. قدرت کششی یک ماده را می توان با دقت 100٪ مشخص کرد. با این حال، قدرت تسلیم باید برای اکثر مواد تخمین زده شود.

کدام ماده از نظر قدرت کششی قوی است؟

از نظر قدرت کششی، تنگستن قوی ترین فلز طبیعی است (142000 psi). اما از نظر قدرت ضربه، تنگستن ضعیف است – این فلز شکننده ای است که در اثر ضربه خرد می شود. از طرف دیگر تیتانیوم دارای استحکام کششی 63000 psi است.

منبع

https://msestudent.com/what-is-yield-in-materials-yield-stress-yield-strength-and-yield-point/

https://www.cliftonsteel.com/knowledge-center/tensile-and-yield-strength

دیدگاهتان را بنویسید

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