تنش تسلیم فولاد چیست؟
نقطه شروع تغییر شکل ماندگار در مواد جامد تحت بارگذاری مکانیکی، به عنوان آستانه مقاومت در برابر تغییر شکل دائمی شناخته می‌شود. این شاخص، که با نام‌های دیگری نیز از آن یاد می شود، بیانگر حداکثر میزان استحکام تسلیم است که یک ماده می‌تواند بدون تجربه تغییر شکل پلاستیک تحمل کند. به عبارت دیگر، این کمیت، مرز رفتاری ماده بین حالت ارتجاعی، که در آن تغییر شکل با حذف بار به حالت اولیه بازمی‌گردد، و حالت پلاستیک، که در آن تغییر شکل دائمی رخ می‌دهد، را مشخص می‌کند. هنگامی که تنش وارد شده از این حد فراتر رود، ساختار میکروسکوپی ماده دچار لغزش‌های غیرقابل‌برگشت می‌شود.
آنچه در این مقاله میخوانید
تنش تسلیم فولاد و آهن
در ارزیابی کیفی آهن و آلیاژهای آن، به ویژه فولاد، تنش تسلیم به عنوان یک شاخص محوری در تعیین میزان پایداری آن‌ها در برابر نیروهای خارجی ایفای نقش می‌کند. به طور مشخص، محصولات فولادی با دو شاخص کلیدی مقاومت، یعنی استحکام تسلیم و مقاومت کششی نهایی، سنجیده می‌شوند که مقادیر آن‌ها به عنوان معیاری برای ارزیابی توانایی تحمل بار ماده مورد توجه قرار می‌گیرد.
این مقاله را حتما بخوانید: استحکام کششی چیست؟ هر آنچه باید بدانید
در شرایط اعمال تنش، مواد ابتدا رفتاری الاستیک از خود نشان می‌دهند، به این معنا که تغییر شکل ایجاد شده با حذف نیرو به حالت اولیه بازمی‌گردد. با این حال، استحکام تسلیم یا تنش تسلیم فولاد، آستانه‌ای را مشخص می‌سازد که پس از عبور از آن، ماده دچار تغییر شکل ساختاری غیرقابل‌برگشت یا پلاستیک خواهد شد. علاوه بر این، تغییرات تنشی که فراتر از مقدار استحکام تسلیم رخ می‌دهند، اثرات دائمی بر ساختار ماده بر جای خواهند گذاشت.
اهمیت تنش تسلیم
تنش تسلیم فولاد که از جمله شاخص‌های کلیدی در ارزیابی خصوصیات مکانیکی فلزات و دیگر مواد مورد استفاده در مهندسی است، به متخصصان این امکان را می‌دهد تا واکنش مواد گوناگون را در برابر نیروها و فشارهای وارده پیش‌بینی کنند. با تحلیل دقیق این شاخص و دیگر ویژگی‌های اساسی مواد، امکان طراحی ایمن و کارآمد سازه‌ها، ماشین‌آلات و اجزای صنعتی گوناگون فراهم می‌آید. در واقع، درک این مفهوم، شالوده‌ای برای اطمینان از عملکرد مطلوب و جلوگیری از خرابی‌های ناشی از بارگذاری بیش از حد در کاربردهای مهندسی به شمار می‌رود.
تعریف کرنش در فولاد
اعمال بارهای بیرونی بر پیکره یک ساختار، فارغ از جنس آن، می‌تواند منجر به دگرگونی ابعاد و شکل آن گردد. میزان این تغییرات، اعم از کشیدگی یا انحراف، تابعی مستقیم از میزان مقاومت و صلابت ذاتی مصالح به کار رفته و همچنین پیکربندی کلی سازه است. در علم مهندسی، میزان تغییر طول یک عضو سازه‌ای نسبت به طول اولیه آن، تحت عنوان کرنش شناخته می‌شود و کمیت مهمی در تحلیل رفتاری سازه‌ها به شمار می‌رود.
این مقاله را حتما بخوانید: فولاد تریپ چیست؟ هر آنچه باید بدانید
نمودار تنش- کرنش چیست؟
نحوه واکنش یک ماده معین در برابر نیروهای اعمال شده، که به صورت تغییرات ابعادی (کرنش) در پاسخ به بارگذاری (تنش) بروز می‌کند، از طریق نموداری تخصصی قابل ارزیابی است. این نگاشت تصویری، که به “منحنی تنش-کرنش” موسوم است، برای هر ماده ساختاری ویژگی‌های منحصربه‌فردی را به نمایش می‌گذارد. این نمودار از طریق ثبت دقیق میزان تغییرات طول یک نمونه مشخص در برابر اعمال تدریجی نیروهای کششی یا فشاری در نقاط گوناگون بارگذاری به دست می‌آید و بازتاب‌دهنده خصوصیات مکانیکی اساسی آن ماده است.
فرمول تنش تسلیم فولاد
تعیین آستانه مقاومت یک ماده در برابر تغییر شکل دائمی، که به آن نقطه تسلیم می‌گویند، بسته به نوع ماده و نحوه آزمایش آن متفاوت است. به طور کلی، این سنجش با یافتن نقطه‌ای روی نمودار نیرو-تغییرشکل مشخص می‌شود که در آن ماده از حالت ارتجاعی (بازگشت به شکل اولیه پس از حذف نیرو) به حالت پلاستیک (تغییر شکل دائمی) تغییر وضعیت می‌دهد. در آزمون کشش، این آستانه معمولاً به عنوان میزان نیرو در لحظه‌ای تعریف می‌شود که نمودار نیرو-تغییرشکل از خط مستقیم ابتدایی خود منحرف می‌شود. این انحراف نشانگر آغاز تغییر شکل ماندگار در ساختار ماده است، به این معنی که پس از برداشتن بار نیز، ماده به شکل اولیه خود بازنمی‌گردد. فرمول تنش تسلیم به این صورت است:
σy = F/A
که در آن σy تنش تسلیم، F نیروی نقطه تسلیم و A سطح مقطع اولیه است.
کاربرد تنش تسلیم فولاد
تنش تسلیم فولاد، به عنوان آستانه مقاومت ماده در برابر تغییر شکل دائمی، کاربردهای اساسی در صنایع مختلف دارد. این ویژگی مکانیکی، مهندسان را در طراحی و ساخت سازه‌ها و قطعاتی توانمند می‌سازد که تحت بارگذاری‌های گوناگون، عملکرد ایمن و پایداری داشته باشند.
- در مهندسی سازه: تنش تسلیم فولاد، مبنای محاسبات طراحی سازه‌های فلزی نظیر ساختمان‌ها، پل‌ها و برج‌ها را تشکیل می‌دهد. مهندسان با در نظر گرفتن این کمیت، اطمینان حاصل می‌کنند که اعضای سازه‌ای در برابر وزن وارده، نیروهای ناشی از باد و زلزله، دچار تغییر شکل غیرقابل‌برگشت نمی‌شوند و ایمنی و دوام سازه تضمین می‌گردد.
- در صنعت خودروسازی: در تولید وسایل نقلیه، تنش تسلیم فولاد نقش مهمی در ارتقای ایمنی و استحکام بدنه ایفا می‌کند. استفاده از فولاد با تنش تسلیم مناسب، مقاومت بدنه در برابر ضربات ناشی از تصادفات را افزایش داده و از آسیب‌های جدی به سرنشینان جلوگیری می‌کند. همچنین، این ویژگی به تولید قطعاتی با طول عمر بالا و عملکرد مطلوب کمک می‌کند.
- در مهندسی مکانیک: در طراحی و ساخت ماشین‌آلات و تجهیزات صنعتی، تنش تسلیم فولاد به عنوان یک پارامتر کلیدی در انتخاب مواد و ابعاد قطعات به شمار می‌رود. قطعاتی که تحت تنش‌های مداوم و سنگین قرار دارند، باید از فولادی با تنش تسلیم کافی ساخته شوند تا از شکست و تغییر شکل‌های ناخواسته جلوگیری شود و عملکرد صحیح دستگاه تضمین گردد.
نتیجه گیری
تنش تسلیم فولاد، آستانه حیاتی مقاومت مکانیکی است که نشان می‌دهد ماده تا چه میزان می‌تواند تحت بارگذاری قرار گیرد بدون اینکه دچار تغییر شکل دائمی شود. این ویژگی، مهندسان را قادر می‌سازد تا با اطمینان از فولاد در سازه‌ها استفاده کنند، زیرا تضمین می‌کند که تحت بارهای طراحی، اعضا به شکل اولیه خود بازمی‌گردند. درک دقیق تنش تسلیم برای جلوگیری از خرابی‌های ناشی از تغییر شکل پلاستیک و اطمینان از ایمنی و دوام سازه‌ها حیاتی است و بسته به نوع آلیاژ و فرآیند تولید فولاد، مقادیر متفاوتی دارد.
