مقالات تجارت آلیاژ مقالاتی از فلزات پرکاربرد
فولاد و مقاطع فولادی از جمله پرکاربردترین متریال در سازه‌ها محسوب می‌شوند و برای انتخاب فولاد مناسب جهت کاربردهای مختلف باید استحکام آن قبل از استفاده بررسی گردد که از مهمترین آن‌ها بررسی استحکام کششی می‌باشد. استحکام در واقع حداکثر باری است که فلز می‌تواند تحمل کند.
استحکام کششی فولاد
فولاد آلیاژی از آهن و ۰.۰۲۵ تا ۲ درصد کربن تشکیل شده است و ویژگی‌های آن به عوامل مختلفی نظیر درصد کربن و فرایندهای حرارتی بستگی دارد. فولاد در بخش‌های مختلف نظیر سیم‌ها، لوله‌ها، مخازن و دیگ‌های بخار استفاده می‌شود. در فولاد استحکام کششی و استحکام تسلیم جزو دو فاکتور مهم ارزیابی مقاومت و استحکام است. فولادهای حاوی کروم و وانادیوم استحکام کششی و تسلیمی یکسانی دارند. استحکام کششی معمولاً رابطه عکس با دما و رابطه مستقیم با کرنش دارد و با افزایش دما استحکام تسلیمی کاهش و با افزایش کرنش استحکام افزایش می‌یابد.
استحکام کششی چیست؟
استحکام شامل سه گروه استحکام کششی، ضربه پذیری و شکست است. استحکام کششی به توانایی ماده برای مقاومت در برابر نیروهای کششی بدون شکستن است. استحکام کششی خود به سه گروه استحکام کششی تسلیم، استحکام کششی شکست و استحکام کششی نهایی تقسیم می‌شود. استحکام کششی حداکثر نیروی کشش است که فلز آن را تحمل کرده بدون آنکه بشکند. این معیار نشان می‌دهد که فلز چه مقدار می‌تواند کشش را تحمل کند. زمانی که کشش از مقدار نقطه تسلیم فراتر رود تغییر شکل دائمی رخ داده که دیگر قابل برگشت نیست. واحد استحکام کششی برای اندازه‌گیری مقاومت کششی نیرو بر واحد سطح بوده و برای اندازه‌گیری آن از واحد پاسکال که نیوتون بر متر مربع می‌باشد نیز استفاده می‌شود.
استحکام کششی ویژگی مهمی برای تعیین عملکرد مکانیکی مواد است. هنگامی که کشش بیش از حد وارد شود ماده به نقطه شکست خود نزدیک شده و تغییر شکل می‌دهد، این تغییر شکل در ابتدا به صورت یکنواخت در کل قطعه اتفاق می‌افتد و سپس طول آن افزایش یافته و به همان مقدار عرض آن کاهش می‌یابد.
استحکام کششی تسلیمی فولاد
استحکامی که فولاد بدون تغییر شکل دائمی تحمل می‌کند، استحکام کششی تسلیمی نامیده می‌شود. در این حالت می‌توان حداکثر باری که قابل اعمال کردن می‌باشد محاسبه کرد. فولاد در اثر فشار و تنش دچار تغییر شکل شده و گاهی تغییر شکل قابل بازگشت است. اما اگر فشار بالاتر از استحکام تسلیم باشد دائمی می‌شود و امکان برگشت وجود ندارد. در این مرحله زمانی که فشار و تنش مجددا به آن وارد شود، دچار تغییر شکل می‌شود.
استحکام کششی شکست فولاد
این میزان نیرو در واقع نقطه شکست منحنی تنش کرنش است. در فولاد و سایر فلزات این استحکام قابل اهمیت است زیرا توان شکست ماده در اثر قرار گرفتن در تنش کششی است.
استحکام کششی نهایی فولاد
بیشترین مقدار کشش، فشار، تنش برشی و در واقع بیشترین مقدار تنشی است که فولاد می‌تواند تحمل کند.
تست کشش چیست؟
تست کشش از اساسی‌ترین تست‌های مکانیکی روی فولاد و سایر مواد و از جمله ساده‌ترین، ارزان‌ترین و کامل‌ترین آزمون‌ها می‌باشد و با وارد کردن کشش می‌توان دریافت که چقدر افزایش طول یافته و نهایتا میشکند. تست کششی در دستگاه تست جهانی UTM که یک دستگاه استاندارد برای کشش است انجام می‌شود.
در این آزمون، نمونه با استفاده از گیره در دو طرف نگه داشته می‌دارند و یک سمت ثابت و دیگری دور می‌شود. این دور شدن تا جایی که نمونه میشکند ادامه می‌یابد. این آزمون می‌تواند اطلاعات زیادی در مورد کشش تا پارگی و منحنی خوب و کاملی از استحکام کششی در اختیارمان قرار دهد.
کرنش چیست؟
وقتی به فولاد نیرو وارد شود و این نیرو سبب ایجاد تنش شود که کرنش نامیده می‌شود کرنش با تغییر شکل فولاد در جهت نیروی اعمال شده به دست می‌آید.
استحکام کششی روی محور منحنی تنش کرنش
در این نمودار چهار بخش محدوده الاستیک، حد تسلیم، کرنش سختی و گردنی شدن وجود دارد.
-در محدوده الاستیک ماده نظیر فنر عمل کرده و کرنش وارد شده به آن برگشت پذیر است. این بخش به ناحیه هوک معروف است زیرا قانون هوک در آن برقرار است.
-حد تسلیم زمانی است که نمونه از محدوده الاستیک خارج و وارد منطقه تسلیم می‌شود. در این مرحله تغییر شکل دائمی شده و نمونه دیگر به حالت اولیه باز نمی‌گردد.
-زمانی که تنش کششی بیشتر شود وارد محدوده کرنش سختی می‌شویم و در این مرحله ساختار کریستالی ماده عوض شده و ساختار داخلی آن تغییر می‌کند، ماده سخت و سخت‌تر شده و خواص مکانیکی آن بهبود میابد.
-قبل از رسیدن به محدوده گردنی شدن نمونه در سخت‌ترین حالت خود بوده و در ناحیه گردنی شدن به ضعیف‌ترین حالت خود می‌رسد. در این مرحله سطح مقطع کاهش موضعی یافته و به سمت شکست حرکت می‌کند و هرچه سطح مقطع کوچکتر، تنش بیشتر می‌شود.
استحکام کششی نهایی فولاد
نقطه‌ای که کرنش سختی از ناحیه گردنی شدن عبور می‌کند استحکام نهایی است، در این مرحله فولاد به بیشترین مقدار باری می‌رسد که می‌تواند تحمل کند. بنابراین این نقطه مهم حداکثر میزانی است که فولاد، تنش را قبل از شکست تحمل می‌کند.
اهمیت استحکام کششی فولاد
واحد اندازه‌گیری مقاومت کششی در فولاد پوند بر اینچ مربع می‌باشد و پارامتری ضروری است که میزان افزایش طول نسبی و انعطاف پذیر یا شکننده بودن مقاطع فولادی می‌باشد. این استحکام در واقع حداکثر توان تحمل فلز در برابر شکست است و یک فاکتور مهم در تعیین کیفیت و کارایی محصول به حساب می‌آید که عمر قطعه را نشان می‌دهد.
فولادی که استحکام کششی آن بالا باشد کیفیت و مقاومت بسیار بیشتری نسبت به دیگر فولادها با استحکام کششی پایین دارد. استحکام کششی فولاد در واقع همان تعیین حد شکست است که باید جدی گرفته شود زیرا اگر رعایت نشود ممکن است خسارت‌های مالی و جانی زیادی به ارمغان بیاورد.
کاربرد استحکام کششی
استحکام کششی در واقع مقاومت کشش محوری می‌باشد و با توجه به نوع فولاد و ترکیبات موجود در آن متفاوت بوده و خصوصیات فیزیکی، شیمیایی، دمای محیط، جامد یا مایع بودن می‌تواند بر این مقاومت تاثیر بگذارد. فولاد و آلومینیوم به خاطر ترکیبات خود، استحکام کششی بالایی نسبت به سایر مواد دارند.
از فولادهایی که استحکام کششی بالایی دارند در صنعت خودروسازی و صنایع ساختمان سازی استفاده می‌شود. زیرا تحمل فشار و کشش بالا در برابر تنش‌ها در این صنایع بسیار حائز اهمیت بوده و سبب استحکام و حفاظت از سازه می‌شود.
از آنجایی که شکست ماده بر اساس استحکام کششی آن مشخص می‌شود، استحکام کششی جز مهمترین ویژگی‌های مکانیکی و فاکتوری است که باید در ساخت و ساز در نظر گرفته شود.
بیشتر بخوانید: آشنایی با استانداردهای جهانی فولاد
عوامل تاثیرگذار روی استحکام کششی
عواملی نظیر وزن مولکولی، پیوند عرضی، کریستالی و بلوری روی استحکام کششی تاثیرگذار است.
