الخصائص الميكانيكية الأساسية للمواد المعدنية

تُقسّم خصائص المواد المعدنية عمومًا إلى فئتين: أداء العملية وأداء الاستخدام. يشير ما يُسمى بأداء العملية إلى أداء المواد المعدنية في ظل ظروف معالجة باردة وساخنة محددة أثناء عملية تصنيع الأجزاء الميكانيكية. تُحدد جودة أداء عملية المواد المعدنية قدرتها على التكيف مع المعالجة والتشكيل أثناء عملية التصنيع. ونظرًا لاختلاف ظروف المعالجة، تختلف أيضًا خصائص العملية المطلوبة، مثل أداء الصب، وقابلية اللحام، وقابلية التشكيل، وأداء المعالجة الحرارية، وقابلية معالجة القطع، إلخ. يشير ما يُسمى بالأداء إلى أداء المواد المعدنية في ظل ظروف استخدام الأجزاء الميكانيكية، والتي تشمل الخصائص الميكانيكية، والخصائص الفيزيائية، والخصائص الكيميائية، إلخ. يُحدد أداء المواد المعدنية نطاق استخدامها وعمرها الافتراضي.

في صناعة الآلات، تُستخدم الأجزاء الميكانيكية العامة في درجات حرارة وضغط طبيعيين وفي أوساط غير قابلة للتآكل بشدة، ويتحمل كل جزء ميكانيكي أثناء الاستخدام أحمالًا مختلفة. تُسمى قدرة المواد المعدنية على مقاومة التلف تحت الحمل بالخواص الميكانيكية (أو الخواص الميكانيكية). تُشكل الخواص الميكانيكية للمواد المعدنية الأساس الرئيسي لتصميم واختيار مواد الأجزاء. وتختلف الخواص الميكانيكية المطلوبة للمواد المعدنية باختلاف طبيعة الحمل المطبق (مثل الشد، والضغط، والالتواء، والصدمة، والحمل الدوري، إلخ). تشمل الخواص الميكانيكية الشائعة: القوة، واللدونة، والصلابة، والمتانة، ومقاومة الصدمات المتعددة، وحد التعب. سيتم مناقشة كل خاصية ميكانيكية على حدة أدناه.

1. القوة

تشير القوة إلى قدرة المادة المعدنية على مقاومة التلف (التشوه البلاستيكي المفرط أو الكسر) تحت تأثير الأحمال الساكنة. ونظرًا لأن الحمل يعمل على شكل شد، وضغط، وانحناء، وقص، وما إلى ذلك، تُقسم القوة أيضًا إلى قوة شد، وقوة ضغط، وقوة انحناء، وقوة قص، وما إلى ذلك. وغالبًا ما توجد علاقة معينة بين مختلف أنواع القوة. وفي الاستخدام، تُستخدم قوة الشد عمومًا كمؤشر أساسي للقوة.

2. اللدونة

تشير اللدونة إلى قدرة المادة المعدنية على إنتاج تشوه بلاستيكي (تشوه دائم) دون تدمير تحت الحمل.

3. الصلابة

الصلابة هي مقياس لمدى صلابة أو ليونة مادة معدنية. حاليًا، الطريقة الأكثر شيوعًا لقياس الصلابة في الإنتاج هي طريقة صلابة الانبعاج، والتي تستخدم مثقبًا ذو شكل هندسي معين للضغط على سطح المادة المعدنية قيد الاختبار تحت حمل معين، وتُقاس قيمة الصلابة بناءً على درجة الانبعاج.
تتضمن الطرق المستخدمة بشكل شائع صلابة برينيل (HB)، وصلابة روكويل (HRA، HRB، HRC) وصلابة فيكرز (HV).

4. التعب

القوة واللدونة والصلابة التي نوقشت سابقًا هي مؤشرات أداء ميكانيكية للمعدن تحت الحمل الساكن. في الواقع، تعمل العديد من أجزاء الآلات تحت حمل دوري، ويحدث إجهاد فيها في مثل هذه الظروف.

5. صلابة التأثير

يُطلق على الحمل المؤثر على جزء الماكينة بسرعة عالية جدًا اسم حمل التأثير، وتُسمى قدرة المعدن على مقاومة التلف تحت حمل التأثير بمتانة التأثير.