معرفة

الكلمات المفتاحية: اللدونة، تقليل المساحة

 

يعد اختيار المواد المناسبة جزءًا لا غنى عنه من عملية تطوير المنتج.

على الرغم من وجود معايير أداء متعددة للمواد، إلا أن الخصائص الميكانيكية للمواد تُؤخذ في الاعتبار بشكل رئيسي، مثل القوة والصلابة. وتُعتبر "القوة" على وجه الخصوص أهم معيار، وتُستخدم في تحليل وحساب الإجهاد الهيكلي.

إن المعلمات مثل "الاستطالة بعد الكسر"، والتي تبدو غير مهمة، لا تشارك في الحساب، وبالتالي (على الأقل ظاهريًا) يبدو أن هذه المعلمة لا تساهم في تصميم المنتج.

في الواقع، عادةً ما يُستخدم الاستطالة بعد الكسر كمؤشر مرجعي للمصممين لاختيار المواد. على سبيل المثال، ما إذا كان المصمم يشترط أن يتمتع المنتج بدرجة معينة من اللدونة، وما إذا كان يشترط أن يكون الكسر في الظروف القاسية هشًا أو مرنًا.

على غرار "الاستطالة بعد الكسر" A، فإن "انخفاض المساحة" Z هو أيضًا مؤشر للحكم على مرونة المواد.

لذا يُطرح السؤال: بما أن هناك مؤشراتٍ لتقييم مرونة المواد، فلماذا كل هذا العناء لخلق "تقليل للمساحة"؟ الأمر أشبه بـ: إذا كان تشو دي قد عزم في قرارة نفسه على ترك تشو غاو شي العرش، فلماذا عيّن تشو غاوتشي وليًا للعهد؟ هل كان ذلك بسبب الملل فقط، أم لسببٍ خفي؟

 

 

الاستطالة بعد الكسر ليست مثالية.

الشكل 1 قياس الاستطالة بعد الكسر

يعرف الأصدقاء المطلعون على اختبار المواد أن "الاستطالة بعد الكسر" تشير إلى نسبة الفرق بين طول القياس بعد الكسر وطول القياس الأصلي إلى طول القياس الأصلي، أي:

أ = (Lx - L0) / L0 الصيغة 1

من هذه الصيغة، يمكن ملاحظة أنه عندما يستخدم الناس الصيغة 1 للحكم على مرونة المواد، فإنهم ينظرون فقط إلى التغير الكلي في الطول للاستطالة بعد الكسر، ولا يهتمون على الإطلاق بشكل العينة عندما تنكسر - بغض النظر عن كيفية كسرها، طالما أن الاستطالة بعد الكسر طويلة بما يكفي، فإنهم يعتبرون مرونة هذه المادة جيدة بما فيه الكفاية.

ولكن المشكلة تكمن هنا بالتحديد.

ومن الصيغة 1، يمكننا أيضًا أن نرى أنه، بصرف النظر عن طول المقياس بعد الكسر Lx، فإن طول المقياس الأولي L0 هو معلمة مرجعية لحساب الاستطالة بعد الكسر.

بمعنى آخر، يعتمد مقدار استطالة المادة بعد الكسر، وما إذا كانت تتمتع بلدونة جيدة، على المادة المُقارنة بها. من منظور استطالة المادة بعد الكسر، يجب مقارنتها بطول القياس الأولي. لذلك، من المهم جدًا تحديد مواصفات اختيار طول القياس الأولي.

دعونا نعطي مثالا للأصدقاء حتى يشعروا.

من قضيب سلكي قطره 10 مم، اقطع قضبان فولاذية بطول متر واحد و1 أمتار على التوالي، ثم اكسرها. بناءً على التجربة، سيتعرج كلا القضيبين وينكسران في نقطة ما. باستثناء منطقة الكسر، لا يتغير المقطع العرضي للقضبان الفولاذية في المناطق الأخرى تقريبًا، كما هو موضح في الشكل 10: كلما ابتعدنا عن منطقة التعرج، قلّ التغير في المقطع العرضي، وهذا التغير في الحجم في منطقة التعرج هو السبب الرئيسي لاستطالة القطعة.

الشكل 2: لا يوجد تغيير كبير في القطر بعيدًا عن منطقة انقباض الرقبة

 

وهذا يعني أنه عندما يتم سحب قضيب فولاذي بطول متر واحد وقضيب فولاذي بطول 1 أمتار إلى نقطة الكسر، فإن استطالتهما تكون متساوية تقريبًا - أي أن (Lx - L10) هي نفسها.

ثم، يُظهر الاستطالة بعد الكسر، المحسوبة وفقًا للصيغة 1، وأطوالهما الأصلية L0، فرقًا قدره عشرة أضعاف! ولهذا السبب تحديدًا، تنص المعايير ذات الصلة على ضرورة معالجة عينات قياس استطالة المواد بعد الكسر بطول محدد، أي أنه لا يمكن تغيير طول القياس الأولي عشوائيًا. لمزيد من التفاصيل، يُرجى مراجعة GB/T 228.1.

يبدو أن هذا يعني أيضًا أن استطالة المادة بعد الكسر مرتبطة بحجم العينة. ومع ذلك، لا ينبغي أن يكون الأمر كذلك. والسبب هو أنه سواء تحدثنا عن القوة أو الصلابة أو حتى الاستطالة بعد الكسر، فيجب أن تكون جميعها خصائص متأصلة في المادة، ولا ينبغي أن ترتبط بالحجم.

وللأسباب المذكورة أعلاه، فإن هذا هو السبب أيضًا وراء ضرورة وضع علامة على الاستطالة بعد الكسر A بطول العينة، على سبيل المثال، يشير A5 إلى طول مقياس يبلغ خمسة أضعاف القطر.

يتضح أنه عند تقييم لدونة المادة من خلال الاستطالة بعد الكسر، يلزم اشتراط أن يكون حجم المنتج كبيرًا بما يكفي لمعالجة طول معين من العينة. هذا التقييد في الحجم يؤدي مباشرةً إلى استحالة الحكم على استيفاء لدونة المادة للمتطلبات في المنتجات صغيرة الحجم من خلال اختبار الاستطالة بعد الكسر.

ويعوض تقليص المساحة هذا النقص.

 

إن تقليص المساحة أمر ملحوظ

الشكل 3 تحديد معدل التخفيض المقطعي

لحساب انخفاض المساحة، يلزم أولًا قياس مساحة المقطع العرضي الأصلية A0 للعينة ومساحة المقطع العرضي Ax عند الكسر. ثم يُقسم الفرق بينهما على A0، أي:

Z = (A0 - Ax)A0 الصيغة 2

من هذه الصيغة، يتضح أن انخفاض مساحة المادة لا علاقة له بطول العينة. بمعنى آخر، مهما كان طول العينة، طالما أمكن قياس مساحة المقطع العرضي الأصلي ومساحة المقطع العرضي عند الكسر، يُمكن حساب انخفاض المساحة.

بالنسبة لقضيب الفولاذ 1م وقضيب الفولاذ 10م المذكورين أعلاه، نظرًا لأن مساحة العنق تتغير بنفس الطريقة، فإن معدلات التخفيض في المقطع العرضي لهما هي نفسها.

ويتماشى هذا أيضًا مع فهمنا لخصائص المواد - حيث يجب أن تكون معلمات أداء المواد مستقلة عن حجم المكونات.

بالإضافة إلى ذلك، يقيس انخفاض المساحة التغير في مساحة المقطع العرضي عند الكسر، مما يعوّض عن نقص الاستطالة بعد الكسر، ويقيّم فقط مرونة المادة ككل، متجاهلاً التشوه الموضعي. ويمكن للمهندسين استخدام هذين المعيارين لتقييم أداء المادة بشكل شامل.

 

تتمتع فيجور بخبرة تزيد عن 20 عامًا، وفريق عمل محترف في إنتاج المسبوكات والمطروقات والأجزاء المجهزة بآلات التحكم الرقمي (CNC). ندرك أهمية تحسين أداء الأجزاء المعدنية على مختلف المواد والهياكل. لأي استفسار أو طلب تطوير أي أجزاء، يُرجى التواصل معنا على info@castings-forging.com