مقدمة: أنواع القوة

إن قوة المادة هي ببساطة قدرتها على تحمل الحمل قبل أن تتشوه أو تنكسر. تمتلك المعادن أنواعًا مختلفة من القوة التي تحتاج إلى تحليل دقيق لتحديد قوتها وصلابتها ومدى ملاءمتها لتطبيقات محددة. عادة نستخدم ملف اختبار صلابة لاختبار صلابة الجسم.

تتناسب بعض المواد مع نوع معين من التطبيقات أكثر من المواد الأخرى نظرًا لصلابتها وقوتها. يساعد فهم قوة المواد على ضمان السلامة والجودة العالية للمنتج النهائي الذي يتوافق مع الامتثال للوائح التنظيمية المختلفة. تتم مناقشة الأنواع المختلفة لقوة المعادن أدناه:

قوة الضغط

قوة الانضغاط للمادة هي أقصى قدر من القوة التي يمكن أن تتحملها قبل أن تنضغط أو تنضغط.

مقاومة الانضغاط للمادة تقاوم القوة المطبقة للضغط. تتفاعل المواد المختلفة بشكل مختلف عند الوصول إلى حد مقاومة الضغط. تتكسر بعض المواد في هذه المرحلة بينما قد يتشوه البعض الآخر بشكل لا رجعة فيه.

يتم قياس قوة الانضغاط باستخدام آلة اختبار عالمية ويتم حسابها بقسمة الحمل الأقصى على منطقة المقطع العرضي للعينة.

[ux_featured_products products = "" أعمدة = "4 ″]

 

قوة الانضغاط هي مؤشر شائع ورئيسي يستخدم لتحديد مدى ملاءمة المواد في قطاع البناء. قد يتأثر قياس قوة الانضغاط بطرق الاختبار وبيئة الاختبار.

قوة الشد

قوة الشد هي أقصى قدر من الضغط أو القوة التي يمكن للمادة أن تتحملها قبل أن يتم تفكيكها أو كسرها. يتم حسابه بقسمة إجمالي القوة على مساحة المقطع العرضي الأصلية للعينة.

يتم تمثيله بشكل عام على أنه رطل لكل بوصة (psi). وحدة SI لقوة الشد هي Pascal (Pa).

يتم قياس قوة الشد للعينة عن طريق سحب العينة بمقياس الشد عند إجهاد ثابت حتى تنكسر. تنكسر بعض المواد بشكل حاد دون أي تشوه في البلاستيك وهذا ما يعرف بالفشل الهش.

المواد الأخرى الأكثر مرونة تخضع لقدر صغير من تشوه البلاستيك ثم ترقق قبل أن تنكسر. قوة الشد هي مقياس مهم لقوة المعدن لتقييم مدى ملاءمتها لنوع مختلف من التطبيقات.

قوة التأثير

قوة تأثير مادة ما هي قدرتها على امتصاص القوة أو الصدمات المفاجئة قبل أن تنكسر. يتم التعبير عنها من حيث الطاقة - كمية الطاقة الميكانيكية التي تمتصها المادة في عملية التشوه والكسر.

تعتبر قوة تأثير مادة ما مؤشرًا مهمًا يستخدم لتحديد ما إذا كانت ستعمل بطريقة هشة أو مطيلة. يعطي فكرة عادلة عن متانة المادة.

 

يستخدم اختبار تأثير الانحناء بشكل شائع لتحديد قوة تأثير العينة. عند خفض درجة الحرارة ، يشير الانخفاض الحاد في قوة تأثير العينة إلى درجة الحرارة الهشة للمادة. التقديرات الموثوقة لقوة تأثير العينة ممكنة فقط في درجات حرارة أعلى من درجة الحرارة الهشة.

تشمل العوامل التي تؤثر على قوة تأثير المواد حجمها ، ومعامل المرونة ، وقوة الخضوع ، وتوزيع القوى عبر قسم المواد.

قوة الغلة

تساعد قوة الغلة في تحديد مدى عناد المادة أو قابليتها للدكتات. تُعرف النقطة التي تصبح فيها المادة بلاستيكية تمامًا وتنتج عندها نقطة محصولها.

قوة الخضوع هي مقدار الضغط الذي يحدث عنده تشوه دائم للعينة. قبل الوصول إلى نقطة العائد ، سوف تتشوه المادة بشكل مرن وتعود إلى شكلها الأصلي. ومع ذلك ، بمجرد الوصول إلى نقطة العائد ، يكون التشوه من البلاستيك ولا رجوع فيه.

تشير قوة الخضوع إلى حد السلوك المرن للمادة. تتمتع معادن الدكتايل مثل الحديد بمقاومة خضوع أعلى من البلاستيك. يستخدم المهندسون قوة الغلة لتحديد مدى ملاءمة الاستخدام في البناء والأعمال المدنية.

تفاصيل أقوى المواد في العالم

فيما يلي تفاصيل بعض من أقوى المواد في العالم:

صلب

الصلب ليس معدنًا نقيًا ولكنه سبيكة مصنوعة من مزيج من الحديد والكربون وبعض العناصر الأخرى. يسخن الحديد في الفرن ويزيل الشوائب منه ويضاف إليه الكربون. تضيف إضافة عناصر أخرى مثل المنجنيز والنيوبيوم والفاناديوم مزيدًا من القوة إلى الفولاذ.

 

الصلب هو أحد المعادن الأكثر استخدامًا في العالم. لها تطبيقات مختلفة وتستخدم في الغالب في النقل والبنية التحتية والبناء ، إلخ.

تستخدم معظم المباني المعاصرة والهياكل الأخرى استخدامًا مكثفًا للفولاذ مما يساعد على تماسكها. هناك أنواع مختلفة من سبائك الصلب.

الفولاذ المقاوم للصدأ عبارة عن سبيكة فولاذية خالية من الصدأ والتآكل يتم تصنيعها بإضافة ما لا يقل عن 11% من الكروم إلى الفولاذ العادي. يتم تصنيع فولاذ Maraging عن طريق إضافة عناصر النيكل وعناصر أخرى. يحتوي على نسبة منخفضة من الكربون وهو قوي للغاية مما يجعله مثاليًا للتطبيقات المتقدمة مثل تصنيع الصواريخ وجلد الصواريخ وشفرات المبارزة وما إلى ذلك.

التيتانيوم

التيتانيوم معدن فضي اللون وخفيف الوزن وقوة شد عالية. يوجد بكثرة على الأرض في الغالب على شكل أكاسيد في الصخور المبتكرة. على الرغم من أنه معدن صلب ، إلا أنه ليس بنفس قساوة بعض الفولاذ المعالج حرارياً. كما أنها ليست قوية أو صلبة مثل الماس.

ومع ذلك ، فإن نسبة قوة الشد إلى الكثافة أعلى من التنجستن ، ولكنها تحتل مرتبة أقل على مقياس صلابة موس مقارنة بالتنغستن.

 

من المزايا المميزة لاستخدام التيتانيوم على الفولاذ أنه خفيف الوزن. يتم مزج التيتانيوم مع معادن أخرى مختلفة مثل الحديد والألمنيوم والفاناديوم وما إلى ذلك لتشكيل سبائك أقوى وأكثر صلابة.

سبائك التيتانيوم هذه متعددة الاستخدامات وخفيفة الوزن ومتينة للغاية وتجد مجموعة متنوعة من التطبيقات في السيارات والفضاء والطيران والتطبيقات الصناعية الأخرى.

يستخدم بشكل شائع لتصنيع قطع غيار الطائرات. التيتانيوم أيضًا شديد المقاومة للتآكل والصدأ مما يجعله شائعًا للتطبيقات المختلفة.

التنغستن

التنغستن هو معدن نادر اكتشفه كارل شيل في عام 1781. وله نقطة انصهار عالية للغاية وقوة قصوى تبلغ 1510 ميجاباسكال ، مما يجعله أحد أقسى المعادن على وجه الأرض.

لونه رمادي معدني وعندما يتم صقله إلى أنقى صوره يكون أقوى من العديد من أنواع الفولاذ. من بين جميع المعادن النقية ، يحتوي التنجستن على أعلى نقطة انصهار وأقل نقطة تبخير وأعلى مقاومة شد.

ومن المعروف أيضًا أن لديها أقل معامل تمدد حراري بين جميع المعادن النقية. يستخدم معظم التنجستن تجاريًا لتصنيع المواد الصلبة وخاصة كربيد التنجستن.

وهي تستخدم في صنع السكاكين ، والمثاقب ، والمخارط ، وما إلى ذلك. كما أنها تستخدم بشكل شائع في التطبيقات الكهربائية والعسكرية. يمكن تحسين صلابة التنجستن بشكل كبير عن طريق خلطها بالفولاذ.

 

إنكونيل

Inconel هو سبائك فائق من النيكل والكروم تم تطويره لأول مرة في الأربعينيات. على الرغم من أن التركيب الدقيق لسبائك Inconel يختلف اختلافًا كبيرًا ، إلا أنها كلها نيكل مدمج مع الكروم كعنصر ثانٍ. إنها سبيكة مقاومة للأكسدة والتآكل ومثالية للاستخدام في البيئات القاسية التي تتعرض لضغط عالٍ وطاقة حركية.

يتميز Inconel بقوة عالية لا تتأثر حتى في درجات الحرارة العالية. هذا يجعلها مثالية للاستخدام في التطبيقات التي تنطوي على درجات حرارة عالية للغاية حيث يستسلم الألمنيوم والفولاذ للحرارة.

 

بالنظر إلى أن Inconel عبارة عن سبيكة صلبة للغاية يمكنها تحمل ظروف العمل القاسية ، فهي تستخدم بشكل شائع في صناعات مثل صناعة الطيران والسيارات. كما أنها تستخدم بشكل شائع في شفرات التوربينات الغازية ، وأعمدة مضخة محرك الآبار ، ومحطات المعالجة الكيميائية ، ومفاعلات الماء المضغوط نوويًا ، إلخ.

الماس

الماس هو أقسى معدن موجود على الأرض. إنه تآصل من الكربون وهو أصعب المعادن التي تحدث بشكل طبيعي. إنه أقل الموصل الحراري والأقل انضغاطًا بين جميع المواد الطبيعية.

صلابة الماس هي أعلى مستوى لمقياس موس 10. إنه أصلب 1000 مرة من الكوارتز وأصلب 150 مرة من اكسيد الالمونيوم.

على مقياس روكويل ، صلابة الماس هي 98.07 HRC بينما يقيس التيتانيوم 36 HRC بنفس المقياس من حيث الصلابة.

 

نظرًا لكون الماس هو أصعب المعادن المعروفة في العالم ، فإنه يستخدم على نطاق واسع في صنع لقم الثقب ، وقواطع حفر الصخور ، وإدراج أدوات القطع ، وقوالب البثق ، وأدوات الطحن الضوئية ، وطلاء المحامل الكروية ، إلخ.

تتمتع Diamond أيضًا بخصائص ممتازة لأشباه الموصلات نظرًا لأنها تستخدم أيضًا بشكل شائع لتصنيع الترانزستورات عالية الطاقة والدوائر المتكاملة ذات درجة الحرارة العالية والأجهزة الكهروضغطية وما إلى ذلك. كما أنها تستخدم في اختبار الصلابة كمحرك.

الكروم

الكروم هو أقسى معدن معروف على الأرض ويبلغ قياسه 8.5 على مقياس موس. كما أن لديها نقطة انصهار عالية. يظهر خصائص مغناطيسية مضادة في درجة حرارة الغرفة ، ومع ذلك ، فوق 30 درجة مئوية ، فإنه يتحول إلى مادة مغناطيسية.

له انعكاس مرآوي عالٍ بسبب استخدامه للطلاء لأغراض عاكسة.

كما أنها مقاومة جدًا للتآكل والصدأ مما يجعلها شائعة كمواد طلاء على الأسطح الخارجية للحماية من التآكل. ولهذا السبب يتم خلطها بالفولاذ لتشكيل سبيكة فولاذية مقاومة للصدأ خالية من التآكل والصدأ.

 

يتم استخدامه أيضًا لطلاء أجزاء السيارة مما يحميها من التآكل ويعزز أيضًا جاذبيتها المرئية. تشير التقديرات إلى أن ما يقرب من 851 طنًا واحدًا من الكروم يستخدم في إنتاج السبائك المعدنية والباقي يستخدم في الأصباغ والدهانات والمواد الحافظة للأخشاب والدباغة والمواد المقاومة للصهر ومحفزًا لإنتاج الهيدروكربونات وما إلى ذلك.

نيتريد البورون

نيتريد البورون مركب من البورون والنيتروجين. يوجد في العديد من الأشكال البلورية. يعتبر شكل الورتزيت من نيتريد البورون نادرًا ويعتبر أكثر صلابة من الماس. استنادًا إلى نتائج المحاكاة ، من المفترض أن يكون هذا الشكل من نيتريد البورون أصعب من الماس بمقدار 18%.

ومع ذلك ، نظرًا لوجود كمية صغيرة جدًا من هذا المعدن ، لم يتم اختباره على نطاق واسع للتحقق من الادعاء تجريبيًا.

يصور نيتريد البورون درجة عالية جدًا من الاستقرار الكيميائي والحراري. يتم استخدامه في مستحضرات التجميل والدهانات وأسمنت الأسنان وأقلام الرصاص وما إلى ذلك.

 

نظرًا لاستقراره الحراري والكيميائي الاستثنائي ، فإنه يستخدم أيضًا في تصنيع أجزاء من المعدات ذات درجة الحرارة العالية. يمكن إضافته في معادن مختلفة ، سيراميك ، بلاستيك ، مطاط ، إلخ لإضفاء خصائص التشحيم الذاتي لهم. تعتبر هذه المواد مثالية لبناء محامل كريات وتصنيع الفولاذ.

لونسداليت

Lonsdaleite هو تآصل من الكربون مع شبكة سداسية الشكل والتي يطلق عليها أيضًا اسم الماس السداسي. يحدث بشكل طبيعي عندما تضرب النيازك المحتوية على الجرافيت الأرض.

تعمل الحرارة والضغط الشديدين لتأثير النيزك على تحويل الجرافيت إلى ماس ولكنه يحتفظ بالشبكة البلورية السداسية التي تعد سمة رئيسية لـ Lonsdaleite.

تم اكتشافه لأول مرة في عام 1967 خلال ضربة نيزك كانيون ديابلو. منذ ذلك الحين ، تم تصنيعه أيضًا في مختبر تم إنشاؤه عن طريق ضغط الجرافيت وتسخينه أو عن طريق ترسيب البخار الكيميائي.

Lonsdaleite لونه نصف شفاف ولونه أصفر بني وتعتبر صلابته 58% أكثر من صلابة الماس. ومن المعروف أيضًا أنها تقاوم ضغوط المسافة البادئة البالغة 152 جيجا باسكال ، بينما من المفترض أن ينكسر الماس عند 97 جيجا باسكال. Lonsdaleite أقوى أيضًا من نيتريد البورون حيث أن روابط الكربون والكربون الموجودة فيه أقوى بكثير من روابط البورون والنيتروجين في نيتريد البورون.

[أعمدة ux_latest_products = ”4 ″]

الجرافين  

الجرافين هو تآصل للكربون موجود في شكل شبكي ثنائي الأبعاد وسداسي.

يحتوي الجرافين على العديد من الخصائص المهمة ومن المعروف أنه أقوى 100 مرة على الأقل من أقوى أشكال الفولاذ. إنه شبه شفاف وموصل ممتاز للحرارة والكهرباء. يتمتع الجرافين بقوة شد تبلغ 130 جيجا باسكال ، مما يجعله أحد أقوى المواد التي تم اكتشافها على الإطلاق.

بالإضافة إلى كونه قويًا للغاية ، فإن الجرافين خفيف أيضًا بشكل ملحوظ. يزن حوالي 0.77 مجم لكل متر مربع وهو أخف 1000 مرة من وزن المتر المربع من الورق.

 

من المعروف أن الجرافين يمتلك بعض الخصائص المذهلة ولا يزال يتم اكتشاف العديد من الميزات الجديدة. يتم استخدامه بشكل شائع في مجالات مثل الهندسة البيولوجية ، والإلكترونيات الضوئية ، وتطوير أنظمة تنقية المياه ، وما إلى ذلك. في المستقبل ، من المتوقع أن يتم استخدام الجرافين لإنشاء مواد مركبة ستكون أقوى بكثير وأخف وزناً مما يتم استخدامه حاليًا. المعادن والسبائك.

arالعربية