سفتی (Stiffness) و استحکام (Strength) فولاد

<p>هنگامی که با فولاد سر و کار داریم پارامترهایی مانند سختی، استحکام کششی، استحکام تسلیم، چقرمگی و ... مطرح می شود که هر کدام معانی خاص خود را دارند و در کاربردهای تخصصی از اهمیت ویژه ای برخودارند.</p> <p>دو فاکتور مهم که بیان کننده مشخصات فولاد هستند استحکام (Strength) و سفتی (stiffness) ست که در این <a title="مقاله" href="https://www.modiranahan.com/articleHome" target="_blank">مقاله</a> ما به بررسی تفاوت های آن ها با یکدیگر خواهیم پرداخت.</p> <p>هنگامی که می خواهیم از فولاد برای یک کاربرد خاص استفاده کنیم حتما باید به ویژگی های آن توجه داشته باشیم. فرض کنید که قصد ساختن وسیله ای را داریم که باید قوی باشد و در برابر خم شدن مقاومت کند. از طرفی باید بتواند نیروهای وارد شده در یک محدوده ی خاص را به خوبی تحمل کند. اینجاست که پارامترهایی مانند استحکام و سختی از اهیمت ویژه ای برخوردار است.</p> <p style="text-align: center;"><img class="" title="the-differences-between-strength-and-stiffness-of-material.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1648543815468.jpg" alt="the-differences-between-strength-and-stiffness-of-material" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۱ - تفاوت سفتی و استحکام&nbsp;</p> <p>در اغلب مواقع استحکام و سفتی با هم اشتباه گرفته می شوند به ویژه در زبان فارسی که هر دو کلمه Stiffness &nbsp;و Strength را استحکام ترجمه می کنند. با این وجود این دو فاکتور با هم متفاوت هستند و لازم است تا این تفاوت ها به خوبی درک شود.</p> <p><strong><span id="stiffnessvsstrength"></span>آنچه در این مقاله مطالعه خواهید کرد:</strong></p> <ul> <li><a title="سفتی در مقابل استحکام" href="#stiffnessvsstrength">سفتی در مقابل استحکام</a></li> <li><a title="استحکام چیست" href="#strength">استحکام چیست</a></li> <li><a title="انواع استحکام&nbsp;" href="#types">انواع استحکام&nbsp;</a></li> <li><a title="استحکام تسلیم و استحکام نهایی" href="#vs">استحکام تسلیم و استحکام نهایی</a></li> <li><a title="سفتی (سختی) چیست؟" href="#stiffness">سفتی (سختی) چیست؟</a></li> <li><a title="رابطه ی بین سختی و استحکام" href="#relation">رابطه ی بین سختی و استحکام</a></li> <li><a title="تفاوت بین استحکام و سختی مواد" href="#difference">تفاوت بین استحکام و سختی مواد</a></li> </ul> <h2>سفتی در مقابل استحکام</h2> <p><span id="strength"></span>سفتی و استحکام رابطه نزدیکی با هم دارند به همین دلیل است که ممکن است گاهی تمایز آن ها از یکدیگر سخت باشد.</p> <h2>استحکام چیست؟</h2> <p>استحکام یا قدرت به معنای میزان تنشی است که یک ماده می تواند بدون آنکه دچار شکست شود تحمل کند. این توانایی ماده مشخص می کند که حداکثر باری که قبل از شکستن یا تغییر شکل دائمی می تواند به قطعه اعمال شود چقدر است.</p> <p><span id="types"></span>زمانی که به یک ماده نیرو اعمال می شود ممکن است در نتیجه ی نیروی وارد شده تغییر شکل دهد یا دفرمه شود. استحکام به توانایی یک ماده برای تحمل نیرو بدون شکستن اشاره می کند.</p> <p>این معیار یک ظرفیت یک ماده برای تحمل بارهای وارد شده است قبل از رسیدن به نقطه تغییر شکل دائمی ست. مهندسان در اغلب موارد از پارامتری با نام تنش تسلیم (Yield Stress) برای بیان استحکام فولاد استفاده می کنند. این پارامتر به درک تفاوت بین استحکام و سفتی کمک خواهد کرد. استحکام یک ماده نتیجه ی ترکیبات شیمیایی آن و همچنین عملیات حرارتی ست که روی آن انجام شده است.</p> <h2>انواع استحکام</h2> <p style="text-align: center;"><img class="" title="chart-showing-the-different-types-of-strength.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1648543852963.jpg" alt="chart-showing-the-different-types-of-strength" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۲ - انواع استحکام&nbsp;</p> <p>انواع مختلفی از استحکام تعریف شده است که از آن برای ارزیابی فولاد کمک گرفته می شود. برخی از انواع استحکام عبارتند از:</p> <h3>استحکام کششی</h3> <p>حداکثر مقدار کششی ست که یک ماده پیش از آنکه دچار آسیب دائمی شود می توان به آن اعمال کرد. استحکام کششی اساسا معیاری ست که نشان میدهد یک ماده چقدر می تواند مقاومت داشته باشد.</p> <p>سه نوع اصلی استحکام کششی شامل موارد زیر هستند:</p> <p><strong>استحکام تسلیم:</strong> نقطه ای که در آن ماده شروع به تغییر شکل پلاستیکی میکند.</p> <p><strong>استحکام کشش نهایی:</strong> حداکثر تنشی ست که یک ماده می تواند بدون شکستگی در برابر آن مقاومت کند.</p> <p><strong>استحکام شکست:</strong> مختصات مقاومت ماده در منحنی تنش-کرنش در نقطه شکست را نشان میدهد.</p> <h3>استحکام ضربه</h3> <p>استحکام ضربه مشخص می کند که یک ماده در برابر ضربه یا نیروهای اعمال شده تا چه میزان تحمل دارد. این شاخص بر حسب مقدار حداکثر بار ناشی از ضربه و حد ماده بر حسب انرژی بیان می شود. بنابراین استحکام ضربه سطح انرژی را که ماده می تواند قبل از تغییر شکل جذب کند نشان می دهد.</p> <h3>استحکام فشاری</h3> <p><span id="vs"></span>همانطور که از نام آن مشخص است حداثکر سطح فشاری ست که ماده می تواند تحمل کند.</p> <blockquote> <p>بیشتر مطالعه کنید: <a title="منحنی تنش-کرنش" href="https://www.modiranahan.com/article/464/%D9%85%D9%86%D8%AD%D9%86%DB%8C-%D8%AA%D9%86%D8%B4-%DA%A9%D8%B1%D9%86%D8%B4-%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%AF" target="_blank" rel="nofollow">منحنی تنش-کرنش</a></p> </blockquote> <h2>استحکام تسلیم و استحکام نهایی</h2> <p><span id="stiffness"></span>استحکام تسلیم حداکثر مقدار باری ست که یک ماده می تواند قبل از شروع به تسلیم شدن و تغییر شکل دائمی تحمل کند. از طرف دیگر استحکام کشش نهایی به معنی حداکثر مقدار تنشی است که یک ماده می تواند در حینکشش تحمل کند. استحکام کشش نهایی بالاترین مقاومت ماده در برابر نیروی اعمال شده است. با این وجود هم استحکام تسلیم و هم استحکام کشش نهایی نشان دهنده ی توانایی یک ماده در مقابل تغییر شکل هستند.</p> <p style="text-align: center;"><img class="" title="yield-strength-vs.-ultimate-strength.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1648544190432.jpg" alt="yield-strength-vs.-ultimate-strength" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۳ - استحکام تسلیم و استحکام نهایی</p> <h2>سفتی چیست؟</h2> <p><span id="relation"></span>سفتی ماده معیاری ست که توانایی یک ماده برای بازگشت به شکل اولیه خود پس از وارد شدن نیروی خارجی به آن را نشان میدهد. نیروهایی که ماده وارد می شود می تواند خمش، کشش یا سایر انواع کرنش باشد. سفتی ارتباط نزدیکی با الاستیسیته و انعطاف پذیری دارد. هر چه یک ماده انعطاف پذیرتر باشد سفتی آن نیز کمتر است.</p> <p>مهندسان اغلب از مدول یانگ E برای نشان دادن سفتی استفاده می کنند.</p> <h2>ارتباط بین سفتی و استحکام</h2> <p>هنگامی که از سفتی و استحکام در کنار هم صحبت می شود به راحتی می توان این دو مفهوم را با هم اشتباه گرفت و یا به جای هم استفاده کرد. به هر حال در ذهن هر کسی منطقی ست که هر چه یک ماده سفت&zwnj;تر باشد استحکام بیشتری نیز داشته باشد و بتواند بارها و نیروهای بزرگتری را بدون اینکه دچار شکست شود تحمل کند. اما باید گفت که سفتر بودن لزوما به معنای قوی تر بودن نیست و این دو مفهوم با هم متفاوتند.</p> <p><span id="difference"></span>در واقعیت استحکام یک ماده و سفتی آن ارتباط مستقیمی با هم ندارند. این مساله زمانی خود را نشان میدهد که یک ماده با خواص سفتی و استحکام متفاوت در معرض نیروی خارجی قرار بگیرد یک ماده سفت می تواند بعد از آنکه نیروهای خارجی به آن وارد شدن پس از گرفتن چند فرم مختلف مجددا به شکل اولیه خود باز گردد. از طرف دیگر ماده ی مستحکم شکل خود را تغییر نمی دهد یا در برابر نیرو مقاومت میکند. اگر نیرو بیشتر از استحکام کششی شود برای همیشه شکل آن تغییر میکند. اگر ماده ای دارای استحکام کم باشد به راحتی شکسته می شود اما اگر سفتی آن کم باشد بارهای وارد شده را خم میکند.</p> <h2>تفاوت بین استحکام و سفتی مواد چیست؟</h2> <p>استحکام و سختی دو ویژگی فیزیکی یک ماده هستند. تفاوت عمده این دو ویژگی نیز این است که سفتی تونایی یک جسم برای تحمل استرس بدون شکست است. از طرف دیگر استحکام تونایی یک جسم برای مقاومت در برابر تغییر شکل هنگام اعمال تنش است.</p> <p>استحکام تنشی یا نیروی وارد شده به ماده را قبل از شکستن (استحکام کششی) یا تغییر شکل دائمی (استحکام تسلیم) اندازه گیری می کنند. اما سفتی یک ماده مشخص می کند که چگونه در برابر نیروهای وارد شده خم شده و مجددا به شکل اولیه خود باز می گردد.</p> <p>اگر نیرویی که به یک قطعه اعمال می شود از استحکام کششی آن بیشتر باشد ماده قوی با سفتی کمتر می شکند. مواد مستحکم شکل خود را تغییر نمی دهند. اگر نیروی وارد شده از استحکام بیشتر شود ماده به راحتی می شکند و شکل اصلی خود را از دست می دهد.</p> <p>با این وجود مواد سفت با استحکام کمتر خم می شوند. خم شدن به آن ها کمک می کند تا نیروی وارد شده را تحمل کنند. بنابراین پس از حذف نیرو می توانند به شکل اولیه خود باز گردند.</p> <p>&nbsp;</p> <p>&nbsp;</p>