رفتن به مطلب

ارسال های توصیه شده

توجه : برداشت از مطالب این تاپیک تنها با ذکر منبع آن مجاز می باشد. ( http://www.noandishaan.com )

 

 

اصول انتخاب مواد

 

 

ارتباط خواص فیزیکی مواد و فرایندهای انتخاب مواد

 

خواص فیزیکی بسیاری در مواد مختلف وجود دارند که هنوز تعریفی برای آنها آورده نشده است. همچنین روشی هم برای اندازه گیری آنها معرفی نگردیده است. ارتباط بین خواص فیزیکی مواد و فرایند انتخاب مواد به گونه ای است که بدون شناخت خواص فیزیکی، نمی توان ماده مناسبی را انتخاب کرد. در ذیل چند مورد از خواص فیزیکی که از اهمیت زیادی برحوردارند به طور خلاصه توضیح داده می شوند.

 

 

wire-reels.jpg

 

 

 

1 – ضریب هدایت حرارتی

 

هدایت حرارتی در بسیاری از کاربردهای ماشینی از جمله در مباحثی چون تبادل حرارتی، اتلاف حرارتی و فرایندهایی مانند ریخته گری تحت فشار و قالب ریزی پلاستیکی وجو دارد. واحد هدایت حرارتی در سیستم متریک، وات به ازای متر در درجه کلوین است. ضریب هدایت حرارتی با k نشان داده می شود. مقدار k ‏برای پلیمرها، سرا میک ها و فلزات متفاوت بوده و از این لحاظ مقایسه بین مواد جهت انتخاب آنها ساده تر می شود.

 

 

2 - انبساط حرارتی

 

انبساط حرارتی وقتی اهمیت پیدا می کند که بخواهیم ماده ای را به طور موضعی حرارت دهیم. به عنوان مثال در طراحی قطعه ای که در آن پیچ فولادی به صفحه آلومینیومی متصل شده است، در صورتی که طراح نداند، انبساط حرارتی آلومینیوم دو برابر انبساط حرارتی فولاد است، با پدیده اعوجاج در صفحه آلومینیومی مواجه خواهد شد. تاکنون بحث های زیادی راجع به انبساط حرارتی مطرح شده است، اما نکته مهم این است که انبساط حرارتی در حجم ماده اتفاق می افتد. واحد انبساط حرارتی در سیستم متریک به صورت سانتیمتر به ازای هر سانتیمر در درجه سانتیگراد بیان می شود. البته باید توجه داشت که انبساط حرارتی در جهت های مختلف در نمونه با یکدیگر متفاوت است.

 

 

Train1.gif

 

 

 

3 – ماکزیمم دمای کاری و جذب آب در پلیمرها

 

یکی از فاکتورهای مهم در انتخاب مواد پلیمری، ماکزیمم دمای کاری پلیمر است. بسیاری از پلیمرها در دماهای بالاتر از 100 درجه سانتیگراد همه خواص مفید مهندسی خود را از دست می دهند. زمانی که پلیمری در دمای بالا استفاده می شود، ‏لازم است تا مطالعه دقیقی بر روی شرایط محیط کار پلیمر انجام شود.

میزان جذب آب پلیمرها یک فاکتور مهم در بحث انتخاب مواد پلیمری است، به خصوص زمانی که تغییرات ابعادی در قطعه پلیمری حائز اهمیت باشد. بسیاری از پلیمرهای مهندسی در اثر جذب رطوبت از محیط، تورم قابل ملاحظه ای پیدا می کنند. در صورتی که ابعاد قطعه پلیمری به حد بحرانی خود رسیده باشد، بایستی دقت کرد تا میزان جذب رطوبت آن کنترل شود.

 

 

 

ادامه دارد ...

 

 

 

:icon_gol:

لینک به دیدگاه

4 – مقاومت ویژه الکتریکی

 

خواص الکتریکی مواد زمانی اهمیت دارد که از آن ماده در کاربردهای الکتریکی و یا به عنوان عایق الکتریکی استفاده شود. مقاومت الکتریکی ویژه شبیه فاکتور K در هدایت حرارتی است. مقاومت ویژه نرخ جریان الکتریکی عبور کرده از یک سطح مقطع و طول مشخص را نشان می دهد و واحد آن در سیستم متریک، اهم در سانتیمتر است. فلزات معمولا مقاومت ویژه ای در محدوده 1 تا 200 اهم در سانتیمتر دارند. در حالی که سرامیک ها و سایر عایق ها مقاومت ویژه ای بیش از 10 به توان 15 میکرواهم در سانتیمتر دارند. میزان توانایی سرامیک ها و پلیمرها به عنوان عایق به کمک روش هایی نظیر مقاومت قوسی، استحکام دی الکتریک و فاکتور پراکندگی اندازه گیری می شود.

 

 

 

5-engineering-ceramics.jpg

 

 

 

5- خاصیت فرومغناطیسی

 

بررسی خواص مغناطیسی در بحث انتخاب مواد پیچیده تر از خواص الکتریکی است. حداقل 20 ‏مورد ویژگی های مرتبط با خاصیت مغناطیسی وجود دارند که عبارتند از: نفوذپذیری (Permeability)، خاصیت نگهداری مفناطیس (Retentivity)، خاصیت هیسترزیس، خاصیت القاء داخلی و ...

‏سه عنصری که خاصیت فرو مغناطیسی دارند عبارتند از: آهن، نیکل و کبالت. شدت مغناطیس شدن در این مواد از سایرین بیشتر است. این خاصیت در وسایل سلنوئیدی، جدا کننده های مغناطیسی و در ماشین سازی بسیار حائز اهمیت است. چرخ های سنباده (برای صیقل یافتن سطوح) از خاصیت مغناطیسی بهره می برند. همچنین نگهدارنده ها (Fixture) نیازمند موادی هستند که خاصیت فرومغناطیس نداشته باشند. همه فولادها به جز فولاد های آستنیتی با ساختار FCC، خاصیت فرو مغناطیس دارند. علاوه بر این سایر فلزات به جز برخی آلیاژها با درصد نیکل و کروم بالا، خاصیت فرومغناطیس ندارند.

 

 

 

17928_2007051720.jpg

 

 

6 – چگالی و تخلخل

 

جاذبه یکی از خواص فیزیکی و معرف وزن یا جرم ماده است. مهمترین عامل مرتبط با بحث انتخاب مواد در این قسمت، وزن مخصوص یا چگالی است. یکی از کاربردهای مهم چگالی برای تعیین تخلخل قطعه است. قطعاتی از جنس سرامیک ها و مواد پودر شده (مورد استفاده در متالورژی پودر) که به کمک پرس و فشار و سپس سینترینگ تهیه می شوند، در نهایت متخلخل هستند. چگالی ظاهری و تئوری این مواد در جداول خاصی آورده شده است. این مقادیر بازگو کننده اطلاعاتی راجع به تخلخل قطعه هستند. در قطعات ساختمانی، تخلخل اغلب به عنوان یک امر نامطلوب قلمداد می شود، در صورتی که در قطعات متالوژی پودر، تخلخل به توجه به کسر حجمی و نوع آن، امری مطلوب به شمار می آید. زیرا در قطعات متخلخل سرمیکی یا متالورژی پودر نفوذ سیال بهتر صورت گرفته و همچنین عملیات ذوب سطحی ساده تر انجام می شود.

 

 

در بحث خواص فیزیکی مواد حداقل 50 خاصیت دیگر نیز وجود دارد که هر کدام می تواند برای یک کاربرد و یک نوع ماده خاص حائز اهمیت باشد. خاصیت نوری پلیمرها و سرا میک ها گاهی اوقات به عنوان یک فاکتور مهم در بحث انتخاب مواد مطرح می شود. همچنین ممکن است سرعت صوت در مواد به عنوان یک عامل مهم در انتخاب ماده قلمداد شود. لذا با توجه به نوع ماده باید خواص مهم آن بررسی شوند.

 

 

 

در بخش بعد به معیارهای مکانیکی موثر در انتخاب مواد پرداخته می شود.

 

 

 

 

:icon_gol:

لینک به دیدگاه
  • 1 ماه بعد...

انتخاب مواد مهندسی بر اساس معیارهای خواص ماده

 

قطعات مختلف صنعتی باید در وضعیت های متفاوتی و شرایط کاری مختلف مورد استفاده قرار گیرند. ‏در این بخش سعی شده است تا بر اساس هر خاصیت، مواد مختلف طبقه بندی شوند.

 

 

انتخاب مواد بر اساس معیار استحکام

 

استحکام اولین خاصیت هر ماده مهندسی است که برای کاربردهای سازه ای در نظر گرفته می شود.

 

 

معیار استحکام در فلزات

 

معمولا برای فلزات، استحکام کششی و استحکام تسلیم به هنگام کاربرد مد نظر قرار می گیرند. نسبت بین این دو استحکام به طور متوسط برای هر گروه از فلزات ثابت است. فلزات از نظر استحکام به 4 گروه تقسیم می شوند (مطابق جدول زیر)

 

 

546456867tyhjg.jpg?rnd=0.2059492187009514

 

 

 

1) فلزات با استحکام کم: (استحکام تسلیم کمتر از 250 مگا پاسکال)

 

‏اکثر فلزات خالص استحکام کمی دارند. استحکام فلزات خالص به درجه خلوص آنها نیز بستگی دارد. برای مثال آلومینیم خالص 99.99 درصد، استحکام تسلیمی برابر با 12 مگا پاسکال معادل 1700 psi دارد، در حالیکه استحکام تسلیم آلومینیم خالص 99 درصد برابر 39 مگا پاسکال معادل 5700 psi است.

 

 

2) فلزات با استحکام متوسط (استحکام تسلیم بین 250 تا 750 مگا پاسکال)

 

‏بیشتر فلزات برای رسیدن به محدوده استحکام متوسط باید به صورت آلیاژ درآیند. مس کار سخت شده و تیتانیم تجاری آنیل شده جزء استثنائات است. آلومینیم خالص تجاری کار سخت شده و آلیاژهای محلول جامد آلومینیم در محدوده فلزات با استحکام متوسط قرار نمی گیرند. آلیاژهای آلومینیم سری 2XXX و 7XXX ‏که قابلیت عملیات حرارتی شدن دارند، در میانه محدوده آلیاژهای با استحکام متوسط قرار می گیرند. آلیاژهای سری 7XXX (Al-Mg-Cu-Zn) در میان آلیاژهای آلومینیم بیشترین استحکام را دارند.

 

 

3) فلزات با استحکام بالا (استحکام تسلیم بین 750 تا 1500 مگا پاسکال)

 

‏از میان آلیاژهای غیر آهنی، فقط آلیاژهای مس سختی رسوبی شده که حاوی 2 درصد بریلیم هستند و همچنین آلیاژهای تیتانیم در زمره آلیاژهای با استحکام بالا قرار می گیرند. بیشتر آلیاژهای تیتانیم می توانند استحکامی بیش از 795 مگا پاسکال معادل 115000 psi داشته باشند. اساسا آلیاژهای تیتانیم بر فولادهای استحام بالا مزیت دارند، زیرا دانسیته کمتری نسبت به فولاد دارند (حدود 60 درصد دانسیته فولاد). در محدوده پایینی فلزات با استحکام بالا، بسیاری از فولادهای کربن متوسط و کم آلیاژی که کوئنچ و تمپر شده اند، قرار می گیرند.

 

 

4) فلزات با استحکام بسیار بالا (استحکام تسلیم بیشتر از 1500 مگا پاسکال)

 

پرکاربردترین فولادها در این دسته، فولاد ASTM579 با ترکیب Ni-Cr-Mo-V به همراه 1.6 درصد سیلیسیم است. لازم به ذکر است که این فولادها با دوبار ذوب استحکام تسلیمی برابر با 1550 مگا پاسکال معادل 110 هزار psi پیدا می کند. محدودیت اصلی این نوع فولادها قابلیت ماشین کاری ضعیف آنها بعد از عملیات حرارتی است. در این میان فولادهای ماریجینگ می توانند بعد از ماشین کاری نهایی تحت عملیات حرارتی قرار گیرند. استحکام تسلیم این فولادها بسیار بالا و تا حدود 3500 مگا پاسکال معادل 500 هزار psi می رسد.

 

 

 

ادامه دارد ...

لینک به دیدگاه

معیار استحکام در کامپوزیت های زمینه فلزی

فلزات ریختگی تقویت شده با الیاف استحکام خوبی دارند اما داکتیلیته کمی از خود نشان می دهند. برای مثال اضافه نمودن 10 درصد حجمی کاربید سیلسیم به آلیاژ آلومینیم حاوی 4.5 درصد مس، استحکام تسلیم این آلیاژ را به اندازه 72 درصد، یعنی تا 184 مگا پاسکال بالا می برد، در حالی که افزایش طول را از 17 درصد به 3.5 درصد کاهش می دهد. مواد کامپوزیتی زمینه فلزی از ترکیب های مختلفی از زمینه فلزی و الیاف تقویت کننده ساخته می شوند که هر دسته از آنها برای ایجاد خواص مورد نظر و برای کاربردی معین ساخته می شوند (جدول زیر).

 

 

qwertergsd.jpg?rnd=0.7025194948774596

 

 

معیار استحکام در پلیمرها

رزین های پلیمری به منظور کاربردهای ساختمانی به کار برده می شوند. این مواد با مواد دیگری نظیر نرم کننده های پلاستیکی، پر کننده ها، کلرانت ها و دیگر پلیمرها برای یایجاد پلاستیک های مهندسی ترکیب می شوند. به دلیل ویژگی ویسکوالاستیک پلاستیک ها، رفتار آنها تحت تنش کاملا متفاوت و پیچیده تر از فلزات است؛ به عنوان مثال دما و زمان به طور قابل توجهی بر خواص پلاستیک ها تاثیر گذار است.مقاومت پلاستیک ها: عموما ترمو پلاستیک های مهندسی تقویت نشده، استحکام کششی در محدوده 55 تا 103 مگا پاسکال دارند. پلاستیک های مهندسی مقاوم و نایلون تقویت نشده دارای استحکام کششی در حدود 83 مگا پاسکال بوده و مدول کششی آنها در حدود 34 گیگا پاسکال است (جدول زیر).

 

 

fdsdfe.jpg?rnd=0.09665650937236614

 

معیار استحکام در سرامیک ها

 

استحکام سرامیک ها به روش آماده سازی، عملیات سطحی و ماشین کاری و همچنین شرایط آزمایش آنها بستگی دارد. سرامیک ها در تنش های کششی ضعیف بوده، اما در تنش های فشاری مقاوم هستند؛ در حالیکه در فلزات استحکام فشاری در حدود استحکام کششی است. استحکام فشاری سرامیک ها ممکن است 10 برابر بیشتر استحکام کششی آنها باشد. مثلا آلومینا استحکام کششی در حدود 138 مگا پاسکال دارد و استحکام فشاری آن در حدود 2400 مگا پاسکال است. این اختلاف میان استحکام فشاری و کششی در سرامیک ها به دلیل شکننده بودن آن هاست (جدول زیر).

 

3467uytd.jpg?rnd=0.17440351438367319

 

سریع سرد کردن آلومینا در روغن سیلیکون باعث ایجاد تنش های فشاری بر روی سطح آن شده و موجب افزایش استحکام خمشی می شود. استحکام خمشی آلومینا بعد از کوئنچ 880 مگا پاسکال است، در حالیکه استحکام خمشی آلومینای کوئنچ نشده 590 مگا پاسکال است.

لینک به دیدگاه

به گفتگو بپیوندید

هم اکنون می توانید مطلب خود را ارسال نمایید و بعداً ثبت نام کنید. اگر حساب کاربری دارید، برای ارسال با حساب کاربری خود اکنون وارد شوید .

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از 75 اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به صورت لینک

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.

×
×
  • اضافه کردن...