افزایش سختی کرنشی ( Strain hardening) به پدیده افزایش سختی و استحکام فلزات داکتیل (شکل پذیر). در هنگام تغییر شکل پلاستیک (دائم یا غیر الاستیک) بیان می شود.

سختی کرنشی

گاهی به این پدیده work hardening به معنای افزایش سختی با کار Cold Hardening. به معنای افزایش سختی سرد (سرد نسبت به دمای ذوب فلز) نیز بیان می شود.

کارسختی یک نوع استحکام دهی به فلزات با تغییر شکل ماندگار در آن است. این استحکام در نتیجۀ جابجایی درون ساختار کریستال های ماده به وجود می آید. بسیاری از مواد نشکن با نقطۀ ذوب بالا مانند انواع مختلفی از پلیمرها می توانند با این روش استحکام یابند.

آلیاژهایی که به عملیات حرارتی قابلیت جوابگویی نداشته باشند مانند فولادهای کم کربن، می توانند کار سختی شوند. بسیاری از مواد در دمای پایین قابلیت کار سختی رویشان وجود ندارد. مانند ایندویوم در حالی که بقیۀ مواد می توانند سخت کاری شوند مانند مس خالص و آلومینیوم.

کار سختی بسته به نوع شرایط می تواند مطلوب یا نامطلوب باشد. یک نمودار نوع نامطلوب کار سختی هنگام ماشین کاری رخ می دهد. وقتی که تیغۀ برش از روی عدم توجه در ابتدا سطح قطعه کار را کارسختی می کند. این عمل باعث آسیب دیدن تیغه در براده برداری های ثانویه می شود. عملیات شکل دهی سرد معمولاً به چهار ریزشاخۀ اصلی تقسیم می شود؛ فشردن، خمش، حدیده کاری و برش.

افزایش سختی با کار مشکلی در ماشین کاری است که تقریباً همیشه توسط تراشکار ایجاد می شود. این اتفاق نتیجه مستقیم عمل اشتباهای در تراشکاری است. از جمله ابزارهای برش کند و سرعت بیش از اندازه ماشینکاری.

تاریخچه

مس از اولین فلزاتی هست که برای استفاده معمول در ابزارها و ظروف مورد مصرف قرار می گیرد. این کار به دلیل آن بود که مس از معدود فلزات قابل دستیابی ای بود. که فرم اکسیده شده داشت و احتیاجی به ذوب کردن آن از سنگ معدن نبود. مس به سادگی با گرما و سرد کردن می تواند خالص شود. در این مرحلۀ آنیله شدن مس می تواند. چکش کاری میشود. کشیده یا به شکل دلخواهی فرم دهی گردد. اما این کار در طول پروسه مس را سخت تر و هادی بودن آن را کمتر می کند. اگر مرحلۀ آنیله کردن ورای سختی خاصی ادامه یابد، فلز در طول کارکرد خود دچار شکست می گردد.

و باید دوباره چندین بار آنیله می شود. تا پروسۀ شکل گیری آن تکیمل شود. آنیله کردن در نقطه ای که قطعه کار در نزدیکی شکل نهایی خود است متوقف می شود. در این حالت محصول نهایی دارای سختی و صلبیت خاص خود است. برای مواد فلزی که طراحی می شود. در راستای پیچش مانند فنر، آلیاژهای مخصوصی با عملیات حرارتی خاصی مورد استفاده قرار می گیرد. تا از کار سختی و خستگی فلزات دور باشد و ویژگی های خاص را بدست آورد. وسایلی که از آلومینیوم و آلیاژهای آن تولید می گردند. مانند هواپیما، باید جوی طراحی شوند که خمش آنها به حداقل برسد یا به طور یکنواخت پخش شود. کاری که در نتیجۀ کار سختی روی می دهد. به این دلیل هواپیماهای جدید آلومینیومی دارای یک عمر کاری معین و تحمیلیایی هستند. که بعد از آن هواپیما باید کنار از رده خارج شود.

تئوری

قبل از سخت کاری، شبکۀ مواد یک طرح تقریباً بی نقص و منظم را به نمایش می گذارد. این شبکۀ بی نقص در هر زمان دلخواهی می تواند توسط آنیل شدن به وجود آید یا بازیابی شود. به محض اینکه یک ماده سخت کاری شود. به طور قابل ملاحظه ای دارای ساختار است. توسط جابجایی های جدیدی می شود. و از بسیاری از جابجایی های درون کریستالی به دلیل آرایش هسته جلوگیری می شود. این مقاومت در مقابل جابجایی درون کریستالی باعث پیدا شدن مقاومتی در خصوص تغییر شکل ماندگار می شود. که افزایش سختی ماده را منجر می شود.

در کریستال های فلزی، تغییر شکل غیرقابل بازگشت معمولاً در مقیاس میکروسکوپی همراه است. که معمولاً با نقص هایی به نام جابجایی که توسط نوساناتی در میدان تنش محلی داخل جسم ایجاد می شود. که در دوباره شکل یافتن شکبۀ ماده به عنوان تکثیر جابجایی ها به حداکثر می رسد. در دمای معمولی این جابجایی ها با آنیل کردن نابود نمی شوند. با انباشته شدن این جابه جایی ها و تأثیر متقابل آنها نسبت به یکدیگر. به عنوان مانعی برای جلوگیری از حرکت این جابه جایی ها تأثیر شگفتی دارند.

این عامل باعث افزایش کرنش محلی در ماده می شود. که پس آیند آن کاهش شکل پذیری ماده است. سخت کاری در حالت کلی باعث افزایش استحکام ماده در نتیجۀ افزایش تعداد جابجایی ها و کاهش شکل پذیری ماده می شود. تأثیر سخت کاری می تواند توسط آنیله شدن ماده در دمای بالا به حالت اولیۀ خود برگردد. و ماده و حالت کریستال های آن به دلیل کاهش تمرکز جابجایی ها بازبابی شوند. قابلیت سخت شوندگی ماده می تواند توسط آنالیز منحنی تنش کرنش مطالعه شود. یا قبل و بعد از پروسه با نسبت های سنجش سختی فهمیده شود.

تغییر شکل پلاستیک و الاستیک

کار سختی در نتیجۀ تغییر شکل ماندگار جسم است که با تغییر جسم الاستیک و قابل برگشت تفاوت دارد. کار سختی به طور قابل توجهی بر روی اجسام شکل پذیر قابل اعمال است. شکل پذیری، توانایی مواد برای متحمل شدن تغییر شکل های پلاستیک یا ماندگار قبل از وقوع شکست است. (برای مثال خمش آهن قبل از شکسته شدن آن). آزمون کشش برای مطالعۀ مکانیزم تغییر شکل کاربرد فراوانی دارد. آزمون کشش به این دلیل انجام می پذیرد. که زیر فشار بسیاری از مواد قبل از تغییر شکل پلاستیک یا شکست دچار اتفاقات کوچک و بزرگ بسیاری می شوند.

سختی کرنشی

و به دلیل همین پروسه های میانی که در خلال آزمون فشار روی ماده اثر می کنند این آزمون را دچار مشکلات فراوانی می کنند. یک ماده در حالت کلی می تواند زیر یک نیروی کوچک تغییر شکل الاستیک یا قابل بازگشت دهد. در این حالت ماده سریعاً به حالت اولیۀ خود باز می گردد. وقتی که نیروی خارجی حذف شود؛ این قانون به نام تغییر شکل الاستیک وجود دارد. که این رفتار در مواد با قانون هوک بیان می شود. مواد رفتار الاستیک خود را تا هنگامی که نیروی تغییر شکل دهندهی از محدودهی مورد تعیین. برای نیروی الاستیک خارج نشود، ادامه می دهند.

سختی کرنشی

این محدوده به نام تنش تسلیم شناخته می شود. در آن نقطه، ماده برای همیشه تغییر شکل می یابد و بعد از برداشتن نیرو به شکل اولیۀ خود باز نمی گردد. این قانون نیز به نام قانون تغییر شکل پلاستیک معروف است.برای مثال این پدیده را در یک فنر می توانیم مشاهده کنیم. که اگر تا یک حدی نیرو وارد کنیم کشیده شده. و سپس به حالت اولیۀ خود بر می گردد اما اگر بیشتر از تنش تسلیم به آن نیرو وارد کنیم. دیگر پس از کشش، قابل بازگشت نمی باشد. تغییر شکل الاستیک، پیوند اتم ها را از حالت تعادل کشش می دهد. اما آن قدری نیست که باعث شکست، پیوند درونی اتم ها شود. اما تغییر شکل پلاستیک پیوند داخلی اتم ها را می شکند؛ لذا قابل بازگشت نمی باشد.

افزایش نا به جایی ها و کار سختی

افزایش تعداد جابه جایی ها تعیین خاصیت یا کمیتی از سخت کاری است. تغییر شکل پلاستیک در نتیجۀ سخت کاری در ماده رخ می دهد. همچنین انرژی نیز به ماده اضافه می شود. به علاوه انرژی معمولاً سریع و به اندازۀ کافی زیاد به ماده اعمال می شود. که علاوه بر حفظ کردن جابجایی های قبلی، تعداد زیادی جابجایی های جدیدی در حین سختکاری مناسب نیز ایجاد می کند. استحکام تسلیم ماده در حین سخت کاری افزایش می یابد. نگاه کردن به شکبۀ میدان های کششی نشان می دهد.

که در جابجایی که پر از جابجایی ها باشد عامل مهمی برای ممانعت کردن از حرکت هریک از جابجایی ها است. به دلیل اینکه حرکت جابجایی ها محدودیت پیدا می کند. تغییر شکل پلاستیک در تنش های معمولی نمی تواند اتفاق بیفتد. پس از ناحیۀ استحکام تسلیم یک مادۀ سخت کاری شده. توسط تنها مکانیزم موجود با تغییر شکل ادامه می یابد. این مکانیزم از تغییر شکل الاستیک آغاز می گردد. یک شماتیک منظمی از کشش یا تراکم پیوندهای الکتریکی ادامه می یابد. و سرانجام تنش آنقدر زیاد می شود که بر ناحیۀ کرنش کششی غلبه می یابد و باعث تغییر شکل پلاستیک در ماده می شود.

سختی کرنشی

خاصیت شکل پذیری یک ماده با سخت کاری کاهش می یابد. شکل پذیری عبارتند از امتداد آنچه تغییر شکل پلاستیک ماده است. در واقع اینکه یک ماده چه میزان می تواند تغییر شکل پلاستیک پیدا کند قبل از آنکه بشکند شکل پذیری نام دارد. یک مادۀ سخت کاری شده در واقع همان مادۀ نرمالی است. که در اثر کشش در امتداد یک قسمتی که می تواند، در آن تغییر شکل پلاستیک موجود می شود. اگر جابجایی ها حرکت کنند و تغییر شکل پلاستیک به اندازۀ کافی با جابجایی ها انباشت گردد. و کشش پیوندهای الکتریکی ادامه یابد و تغییر شکل پلاستیک به نقطۀ بحرانی خود برسد. سومین مرحله از تغییر شکل اتفاق می افتد و آن شکست است.

فولاد رسول دلاکان

با سالها تجربۀ ارزشمند و گرانبها در عرصه تأمین و توزیع انواع ورق آلیاژی و انواع فولاد آلیاژی. و با گواهینامه ها و آنالیزهای معتبری که ضمیمه محصولاتش به مشتریان خویش ارائه داده است. توانسته رضایتمندی مشتریان خویش را همواره فراهم آورد.

صنعتگر شریف و گرامی از اینکه ما را جهت خرید کالا (فولاد آلیاژی) مورد نیاز خویش. انتخاب می نمایید از شما سپاسگزاریم.

ارتباط با ما
02128423820 – 09122136675– 09922704358
واتس آپ: 09122136675
اینستاگرام: fooladdalakan
ایمیل : fooladrasuldalakan@gmail.com