الخواص الميكانيكية الأساسية للمواد المعدنية

تنقسم خصائص المواد المعدنية عمومًا إلى فئتين: أداء المعالجة وأداء الاستخدام. يشير أداء المعالجة إلى أداء المواد المعدنية في ظل ظروف معالجة محددة، سواءً كانت باردة أو ساخنة، أثناء عملية تصنيع الأجزاء الميكانيكية. وتحدد جودة أداء المعالجة مدى ملاءمة المواد المعدنية لعمليات المعالجة والتشكيل أثناء التصنيع. ونظرًا لاختلاف ظروف المعالجة، تختلف خصائص المعالجة المطلوبة، مثل أداء الصب، وقابلية اللحام، وقابلية التشكيل، وأداء المعالجة الحرارية، وقابلية القطع، وغيرها. أما أداء الاستخدام فيشير إلى أداء المواد المعدنية في ظل ظروف استخدام الأجزاء الميكانيكية، ويشمل الخصائص الميكانيكية والفيزيائية والكيميائية، وغيرها. ويحدد أداء الاستخدام نطاق استخدام المواد المعدنية وعمرها الافتراضي.

في صناعة تصنيع الآلات، تُستخدم الأجزاء الميكانيكية العامة في درجات حرارة وضغوط عادية، وفي بيئات غير شديدة التآكل، ويتعرض كل جزء ميكانيكي لأحمال مختلفة أثناء الاستخدام. تُعرف قدرة المواد المعدنية على مقاومة التلف تحت تأثير الأحمال بالخواص الميكانيكية. تُعد الخواص الميكانيكية للمواد المعدنية الأساس الرئيسي لتصميم الأجزاء واختيار موادها. وتختلف الخواص الميكانيكية المطلوبة للمواد المعدنية تبعًا لطبيعة الحمل المُطبق (مثل الشد، والضغط، والالتواء، والصدم، والحمل الدوري، وما إلى ذلك). تشمل الخواص الميكانيكية الشائعة الاستخدام: القوة، واللدونة، والصلابة، والمتانة، ومقاومة الصدمات المتعددة، وحد الإجهاد. سيتم تناول كل خاصية ميكانيكية على حدة فيما يلي.

1. القوة

تشير المتانة إلى قدرة المادة المعدنية على مقاومة التلف (التشوه اللدن المفرط أو الكسر) تحت تأثير الأحمال الساكنة. ونظرًا لأن الأحمال تؤثر على شكل شد أو ضغط أو انحناء أو قص، وما إلى ذلك، تُقسم المتانة أيضًا إلى مقاومة الشد، ومقاومة الضغط، ومقاومة الانحناء، ومقاومة القص، وغيرها. وغالبًا ما توجد علاقة معينة بين مختلف أنواع المتانة. وفي الاستخدام العملي، تُستخدم مقاومة الشد عمومًا كمؤشر أساسي للمتانة.

2. اللدونة

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

3. الصلابة

الصلابة هي مقياس لمدى صلابة أو ليونة المادة المعدنية. في الوقت الحاضر، تُعد طريقة قياس الصلابة بالانضغاط الطريقة الأكثر شيوعًا لقياس الصلابة في الإنتاج، حيث تُستخدم أداة انضغاط ذات شكل هندسي معين للضغط على سطح المادة المعدنية المراد اختبارها تحت حمل معين، ويتم قياس قيمة الصلابة بناءً على درجة الانضغاط.
تشمل الطرق الشائعة الاستخدام صلابة برينل (HB)، وصلابة روكويل (HRA، HRB، HRC) وصلابة فيكرز (HV).

4. الإرهاق

تُعدّ القوة واللدونة والصلابة التي نوقشت سابقًا مؤشرات للأداء الميكانيكي للمعادن تحت تأثير الأحمال الساكنة. في الواقع، تعمل العديد من أجزاء الآلات تحت تأثير الأحمال الدورية، مما يؤدي إلى حدوث إجهاد في هذه الأجزاء في ظل هذه الظروف.

5. مقاومة الصدمات

يُطلق على الحمل الذي يؤثر على جزء الآلة بسرعة عالية جدًا اسم حمل الصدمة، وتُطلق على قدرة المعدن على مقاومة التلف تحت حمل الصدمة اسم صلابة الصدمة.