تنش سیلان چیست؟
تنش سیلان یا Flow Stress به مقدار تنش لحظه ای گفته می شود که در صورت وارد شدن به فلز، موجب تغییر شکل و فرم دهی آن می شود. مقدار آن به نرخ کرنش، نرخ فشار و عملیات حرارتی بستگی دارد. اما منظور از هر یک از این موارد چیست؟ لوله فلزی را نیز بخوانید.
نرخ کرنش در فلزات
منظور از نرخ کرنش، نسبت تغییر طول نمونه مورد آزمایش در واحد زمان است. به عنوان مثال، اگر در یک آزمایش و به کمک نیروی کششی، فلز خاصی تحت تاثیر قرار بگیرد و در مدت 20 ثانیه، 15 سانتی متر تغییر اندازه داشته باشد، میزان نرخ کرنش آن برابر با 0.75 خواهد بود.
واحد نرخ کرنش، «بر ثانیه» است که به صورت ثانیه⁻¹ نشان داده می شود. بنابراین در مثال بالا، نتیجه حاصل را به صورت 0.75 ثانیه⁻¹ نمایش می دهیم.
نرخ کرنش در فلزات به عوامل مختلفی بستگی دارد. دما، ترکیب شیمیایی و اندازه واحدهای سازنده فلز از جمله موارد اثرگذار هستند. هر چه میزان نرخ کرنش بیشتر باشد، استحکام فلز بالاتر است و شکل دهی فلز سخت تر انجام می شود. ضمنا مقاومت قطعه فلزی در برابر سایش هم بالاتر خواهد بود.
سیستم اطفاء حریق
نرخ فشار در فلزات
عامل دیگری که در Flow Stress اثر می گذارد، نرخ فشار است. این مفهوم ارتباط نزدیکی با نرخ کرنش دارد و فرایند محاسبه این دو شبیه به یکدیگر است. فقط به این نکته دقت داشته باشید که در نرخ فشار، نیروی وارد به فلز به صورت فشاری است؛ در حالی که برای اندازه گیری نرخ کرنش، نیروی کششی وارد بر فلز را در نظر گرفته می شود.
منظور از عملیات حرارتی در فلزات چیست؟
عملیات حرارتی فرایندی است که در آن، فلزات در حالت جامد و بدون تغییر شکل، تحت تاثیر گرما و سرمای کنترل شده قرار می گیرند تا خواص مکانیکی و فیزیکی آن تغییر کند. این فرایند به شیوه های گوناگون از جمله آنیل کردن، تنش زدایی، کروی کردن و سخت کاری انجام می شود.
تاثیر نرخ کرنش، نرخ فشار و عملیات حرارتی بر تنش سیلان
رابطه بین تنش سیلان و نرخ کرنش مستقیم است؛ یعنی با افزایش نرخ کرنش، میزان Flow Stress هم افزایش می یابد. در واقع وقتی نرخ کرنش افزایش می یابد، زمان برای تغییر در فلز مورد آزمایش کاهش می یابد. بنابراین تنش مورد نیاز برای تغییر در فلز بالا می رود. این روند به افزایش تنش سیلان منجر می شود. رابطه نرخ فشار و Flow Stress هم به همین صورت است. چیست؟
اما رابطه عملیات حرارتی بر این تنش حالت های مختلفی دارد. به طور کلی، این عملیات منجر به کاهش تنش سیلان می شود؛ اما در برخی از انواع عملیات حرارتی، نتیجه چیز دیگری است. به عنوان مثال، در عملیات آنیل کردن یا کروی کردن، میزان تنش سیلان کم می شود. در مقابل، سخت کاری منجر به افزایش این تنش می شود. تنش زدایی هم تاثیر چندانی بر تنش سیلان ندارد.
فرمول محاسبه تنش سیلان
برای محاسبه Flow Stress، از فرمول خاصی استفاده می شود که در ادامه، آن را بررسی می کنیم. این فرمول به صورت زیر نوشته می شود:
در این رابطه، YF برابر با مقدار تنش سیلان یا Flow Stress است. ε به عنوان کرنش حقیقی یا True strain در نظر گرفته می شود و K ضریب مقاومت یا Strength Coefficient خواهد بود. در آخر، n ثابت سختی پذیری کرنشی ماده یا Strain hardening exponent است.
اما شاید شکل و عبارت های به کار رفته در این فرمول پیچیده باشد. برای بیان ساده تر فرمول تنش سیلان، می توان آن را این گونه تعریف کرد: «تنش سیلان یعنی مقدار تنش مورد نیاز ماده برای کرنش به مقدار مشخص؛ نتیجه آن، تغییر مقدار ثابتی از تغییر شکل پلاستیک خواهد بود.»
در مجموع، تنش سیلان یکی از ویژگی هایی است که بشر از گذشته آن را مورد استفاده قرار می داد؛ اما ممکن است با مفهوم آن آشنا نبوده است. این ویژگی فلزات بیشتر برای فرم دهی آن ها کارایی دارد. در این مطلب، سعی کردیم به بررسی این موضوع بپردازیم و عوامل اثرگذار و فرمول تنش سیلان را بررسی کنیم.