استحکام فولاد بیشتر است یا مس؟ مهم‌ترین دلایل

استحکام از مهم‌ترین مواردی است که در انتخاب فلزات مطرح می‌شود. استحکام یعنی حداکثر باری که یک فلز می‌تواند تحمل کند و شامل استحکام کششی، استحکام تسلیمی و استحکام به ضربه می‌باشد. توجه شود استحکام با سختی متفاوت است. استحکام در دوام و عملکرد موثر بوده و اگر فلز مناسب انتخاب نشود، ممکن است خسارت‌های مالی و جانی به بار آورد. بررسی و مقایسه استحکام مس و فولاد جز موضوعات حائز اهمیت در فلزات می‌باشد. زیرا این دو فلز از محبوب‌ترین فلزات بوده و از نظر قیمت، خواص مکانیکی، ویژگی‌ها، کاربرد و موارد استفاده با یکدیگر تفاوت دارند که در این مقاله به بررسی ویژگی‌های هریک از آن‌ها پرداخته می‌شود.

استحکام فولاد

فولاد از ۰.۰۲ تا ۲.۱ درصد کربن تشکیل شده است و استحکام کششی نهایی بالا و قیمت نسبتاً پایینی دارد و در صنایع کشتی‌سازی، پل‌سازی، قطار، ساختمان سازی، سازه‌های زیرساختی و سلاح‌های نظامی کاربرد دارد. با افزایش میزان کربن محلول استحکام فولاد افزایش اما قابلیت جوشکاری آن کاهش می‌یابد. استحکام فولاد همچنین به عناصری نظیر کربن، نیکل و سیلیسیم بستگی دارد.

استحکام مس

مس ماده‌ای خالص است و هنگامی که آنیل می‌شود، استحکام کششی آن حدود ۲۰۰ مگاپاسگال و بسیار کمتر از فولاد است. در این حالت افزایش ۶۰ درصدی طول دارد. در طی کار سرد استحکام کششی مس به ۴۵۰ مگاپاسکال می‌رسد؛ یعنی بیش از دو برابر افزایش می‌یابد اما باز هم با فولاد اختلاف زیادی دارد. در این حالت توانایی افزایش طول آن بسیار کم و حدود ۵ درصد می‌شود.

• مس استحکام کم و شکل‌پذیری بالایی دارد به همین علت برای کاربردهایی که شکل‌دهی مناسب است، بسیار مطلوب می‌باشد. همچنین دمای تبلور مجدد مس کمتر از ۲۶۰ درجه بوده به همین علت می‌توان تاثیر افزایش سختی کرنشی را حذف کرد. مس و آلیاژ‌های آن با طیف وسیعی از فرایندها نظیر ریخته‌گری، ماشین کاری، اتصال دهی، آبکاری و پرداخت سازگار می‌باشد.
• مس و آلیاژهای آن سه ویژگی مهم هدایت الکتریکی و حرارتی بالا، استحکام مفید با شکل پذیری بالا و مقاومت در برابر خوردگی در بیشتر محیط‌ها را دارد.
• مس همچنین بدون افت کیفیت قابل بازیافت بوده و بعد از آهن و آلومینیوم رتبه سوم را در فلزات بازیافتی دارد.
• مس سنگین‌تر از آهن بوده اما نسبت استحکام به وزن آن برعکس فولاد بسیار کم است.
• مس و آلیاژ‌های آن در دمای بالا نرم شده و اگر مدت زیادی در دمای بالا قرار گیرد، شکست بین کریستال‌ها اتفاق افتاده و استحکام آنها به نصف می‌رسد.
• علی رغم اینکه اصطکاک کم و مقاومت خوبی در برابر سایش چسبی دارد اما خوردگی سایشی ضعیفی دارد و در دماهای پایین استحکام مس افزایش یافته و شکل پذیری خود را حفظ می‌کند. البته رسانایی الکتریکی نیز با کاهش دما افزایش می‌یابد.
• سختی الاستیک مس نیز ۵۰ تا ۶۰ درصد فولاد است.

به طور کلی مس خواص متغیری دارد، به طوری که قوی‌ترین آلیاژ‌های مس تا ۲۰ برابر قوی‌تر از ضعیف‌ترین آلیاژ‌های آن است.

تفاوت های مس و فولاد

مس و فولاد از نظر خواص و ویژگی‌ها با یکدیگر متفاوت هستند.این تفاوت شامل موارد زیر است:

استحکام کششی

حداکثر مقدار کششی که بدون آسیب دیدگی یک فلز می‌تواند تحمل کند استحکام کششی نامیده می‌شود. در مقابل کشش بعضی تغییرات ایجاد شده قابل بازگشت نیست. خود استحکام کششی به استحکام تسلیمی Yield Strength، استحکام شکست Breakable Strength و استحکام نهایی Ultimate Strength تقسیم می‌شود. استحکام تسلیمی فولاد ۵۰۰۰۰ و استحکام تسلیمی مس ۲۸۰۰۰ است یعنی استحکام کششی فولاد تقریبا دو برابر مس است.

استحکام ضربه پذیری

به حداکثر مقدار تحمل نیروی ناگهانی قبل از شکست، پارگی و خراب شدن فلز استحکام ضربه پذیری گفته می‌شود. در واقع این نوع استحکام زمانی که قرار باشد جسم فلزی مورد ضربه قرار گیرد، به کار رفته می‌شود. در این حالت باید مقدار جذب انرژی حاصل از ضربه بررسی گردد. عواملی که در استحکام ضربه پذیری اثر می‌گذارد شامل دما، ضخامت و شعاع می‌باشد. دما و شعاع رابطه مستقیم با مقاومت به ضربه و ضخامت رابطه عکس با مقاومت به ضربه دارد. استحکام ضربه فولاد بیشتر از مس است و در هنگام ضربه مس تغییر شکل داده اما شکل فولاد دیرتر تغییر می‌کند.

استحکام فشاری

حداکثر فشاری که یک فلز بدون تغییر شکل تحمل می‌کند را استحکام فشاری می‌گوییم. در بررسی این استحکام فشار به تدریج افزایش یافته تا تغییر شکل آغاز شود. نقطه تغییر شکل همان مقاومت به فشار است که این مقاومت نیز در فولاد بیشتر از مس می‌باشد.

همچنین فولاد و مس تفاوت‌های دیگری نیز دارند: فولاد فلزی آهنی و مس فلزی غیر آهنی می‌باشد، فولاد بسیار سخت‌تر از مس بوده اما مس نرم‌تر، منعطف‌تر و در مقابل خوردگی مقاوم‌تر از فولاد است. مس همچنین رسانایی حرارتی بالاتری از فولاد داشته و در نتیجه گرما را بهتر منتقل می‌کند. از نظر اقتصادی نیز مس گران قیمت‌تر از فولاد است.

نتیجه گیری

به طورکلی و با توجه به آنچه گفته شد فولاد قوی‌تر از مس بوده و در کاربردهایی که استحکام مورد نیاز است فولاد بهتر از مس عمل می‌کند. در واقع در جواب این سوال که مس بهتر است یا فولاد، نمی‌توان پاسخی دقیق یافت. زیرا برای برخی از کارها مس و برای برخی دیگر فولاد مناسب‌تر است که همه چیز بستگی به کاربری مورد نظر دارد. اما فولاد ماده‌ای با استحکام بالا و عضو جدایی ناپذیر صنعت است. خواصی که فولاد را به آلیاژی کارآمدتر از مس تبدیل می‌کند؛ استحکام کششی بالا، سختی بالا، مقاومت به سایش، مقاومت به خوردگی، نقطه ذوب و چگالی بسیار بالا، درخشندگی زیاد، دوام و پایداری، فراوانی، در دسترس بودن، قابلیت چکش خواری، شکل پذیری و هزینه تولید کم آن می‌باشد.