|
مکانیزم سخت شدن مواد در این روش افزایش چگالی [[عیوب بلوری]] (بخصوص [[نابجایی]]ها) است.
افزایش سختی و تنش سیلان، افزایش تغییر شکل مومسان را به دنبال دارد. کار سختی را میتوانمی‌توان با نام هاینام‌های کرنش سختی و یا سرد کاری، نیز شناخت. کار سختی یک نوع استحکام دهی به فلزات با تغییر شکل ماندگار در آن است. این استحکام در نتیجهی جابهجایی درون ساختار کریستالهای ماده بوجود میآیدمی‌آید. نسیاری از مواد نشکن با نقطهی ذوب بالا مانند انواع مختلفی از پلیمرها میتوانندمی‌توانند با این روش افزایش استحکام یابند. آلیاژهایی که به عملیات حرارتی قابلیت جوابگویی نداشته باشند مانند فولادهای کم کربن، میتوانندمی‌توانند کار سختی شوند. بسیاری از مواد در دمای پایین قابلیت کارسختی رویشان وجود ندارد مانند ایندیوم در حالی که بقیه یبقیهٔ مواد میتوانندمی‌توانند سختکاری شوند مانند مس خالص و المینیوم. کارسختی بسته به نوع شرایط میتواندمی‌تواند مطلوب یا نامطلوب باشد. یک نمونه از نوع نامطلوب کار سختی هنگام ماشینکاری رخ میدهدمی‌دهد وقتی که تیغهی برش از روی عدم توجه در ابتدا سطح قطعه کار را سار سختی میکند؛میکند؛ این عمل باعث آسیب دیدن تیغه در براده برداریهای ثانویه میشودمی‌شود. بعضی آلیاژها در این مورد بسیار مستعدتر ) برای ماشینکاری روشیهایی که دارا میباشندمی‌باشند inconel از دیگر آلیاژها میباشند؛میباشند؛ ابرآلیاژهایی مانند اینکونل ( این مسالهمسئله در آن لحاظ شده است. از موارد کارسختی مطلوب میتوانمی‌توان به عملیات فلزکاری که عمداعمداً به ماده تغییر شکل ماندگار یا پلاستیک داده میشودمی‌شود تا شکل آن تغییر کند. این عملیات به سردکاری یا فرمدهی سرد معروف میباشندمی‌باشند. این عملیات توسط شکل دهی به قطعه کار در زیر دمای تبلور مجددش توصیف میشودمی‌شود که معمولامعمولاً در دمای محیط انجام میپذیردمی‌پذیرد. عملیات فرمدهی سرد معمولامعمولاً به چهار زیرشاخه یزیرشاخهٔ اصلی تقسیم میشودمی‌شود: فشردن، خمش، حدیده کاری و برش این چهار زیرگروه را تشکیل میدهندمی‌دهند. از کاربردهای این عملیات میتوانمی‌توان به شکلدهی سر پیچها، پیچهای درپوشی و اتمام رول کردن سرد فولادها اشاره کرد. در عملیات سردکاری فلز با فشار و سرعت بالایی تغییر شکل مییابدمی‌یابد. این عملیات سختی فلز و کرنش تسلیم و نهاییفلز را افزایش میدهدمی‌دهد
'''تاریخچه'''
مس از اولین فلزاتی هست که برای استفاده معمول در ابزارها و ظروف مورد مصرف قرار میگرفتمی‌گرفت. این کار بدلیلبه دلیل آن بود که مس از معدود فلزات قابل دستیابی ای بود که فرم اکسیده نشده داشت و احتیاجی به ذوب کردن آن از سنگ معدن نبود. مس به سادگی با گرما دادن و سرد کردن میتواندمی‌تواند خالص شود. در این مرحله یمرحلهٔ آنیله شدن مس میتواندمی‌تواند چکشکاری شده، کشیده یا به شکل دلخواهی فرم دهی شود. اما این کار در طول پروسه مس را سخت ترسخت‌تر و هادی بودن آن را کمتر میکندمی‌کند. اگر مرحله یمرحلهٔ آنیله کردن ورای یم سختی خاصی ادامه یابد، فلز در طول کارکرد خود دچار شکست میگرددمی‌گردد و باید دوباره چندین بار آنیله شده تا پروسهی شکل گیری آن تکمیل
شود. آنیله کردن در نقطهای که قطعه کار در نزدیگی شکل نهایی خود میبباشد متوقف میشودمی‌شود. در این حالت محصول نهایی دارای سختی و صلبیت خاص خود میباشدمی‌باشد. برای مواد فلزی طراحی شده در راستای پیچیده شدن مانند فنر، آلیاژهای مخصوصی با عملیات حرارتی خاصی مورد استفاده قرار میگیردمی‌گیرد تا از کارسختی و خستگی فلزات دور باشد و ویژگیهای خاص را بدست آورد. وسایلی که از آلمینیوم و آلیاژهای آن ساخته شده باشند مانند هواپیماها، باید جوری طراحی شوند که خمش آنها به حداقل برسد و یا به طور یکنواخت پخش شود. کاری که در نتیجهی کار سختی روی میدهدمی‌دهد. به این دلیل هواپیماهای جدید آلمینیومی دارای یک عمر کاری معین و تحمیلیای هستند که بعد از آن هواپیما باید کنارگذاشته شود.
'''تئوری'''
قبل از سخت کاری، شبکهی مواد یک طرح تقریباتقریباً بی نقص و منظم را به نمایش میگذاردمی‌گذارد. این شبکهی بی نقص در هر زمان دلخواهی میتواندمی‌تواند توسط آنیل شدن به وجود آید یا بازیابی شود. به محض اینکه یک ماده سخت کاری شود، به طور قابل ملاحظهای ساختاربندی شده توسط جابهجایی هایجابهجایی‌های جدیدی میشودمی‌شود و از بسیاری از جابهجاییهای درون کریستالی به دلیل آرایش هسته جلوگیری میشودمی‌شود. این مقاومت در مقابل جابهجایی درون کریستالی باعث پیدا شدن مقاومتی در خصوص تغییر شکل ماندگار شده که افزایش سختی ماده را منجر میشودمی‌شود. در کریستالهای فلزی، تغییر شکل غیر قابلغیرقابل بازگشت معمولامعمولاً در مقیاس میکروسکپی همراه است که معمولامعمولاً با نقصهایی به نام جابهجایی که توسط نوساناتی در میدان تنش محلی داخل جسم ایجاد میشودمی‌شود که در دوباره شکل یافتن شبکهی ماده به عنوان تکثیر جابهجایی هاجابهجایی‌ها به حداکثر میرسدمی‌رسد. در دمای معمولی این جابهجایی هاجابهجایی‌ها با آنیل کردن نابود نمیشوندنمی‌شوند. با انباشته شدن این جابه جایی هاجایی‌ها و تاثیرتأثیر متقابل آنها نسبت به یکدیگر به عنوان مانعی برای جلوگیری از حرکت این جابهجایی هاجابهجایی‌ها تاثیرتأثیر شکفتی دارند. این عامل باعث افزایش کرنش محلی در ماده شده که پس آیند آن کاهش شکل پذیری ماده است. سخت کاری در حالت کلی باعث افزایش استحکام ماده در نتیجهی افزایش تعداد جابهجایی هاجابهجایی‌ها و کاهش شکل پذیری ماده میشودمی‌شود. تاثیرتأثیر سخت کاری میتواندمی‌تواند توسط آنیله شدن ماده در دمای بالا به حالت اولیهی خود برگردد و ماده و حالت کریستالهای آن به دلیل کاهش تمرکز جابهحایی هاجابهحایی‌ها بازیابی شوند. قابلیت سخت شوندگی ماده میتواندمی‌تواند توسط آنالیز منحنی تنش کرنش مطالعه شود و یا قبل و بعد از پروسه با تستهای سنجش سختی فهمیده شود.
'''تغییر شکل پلاستیک و الاستیک '''
کار سختی در نتیجهی تغییر شکل ماندگار جسم میباشدمی‌باشد که با تغییر جسم الاستیک و قابل برگشت تفاوت دارد. کار سختی به طور قابل توجهی بر روی اجسام شکل پذیر قابل اعمال میباشدمی‌باشد. شکل پذیری، توانایی مواد برای متحمل شدن تغییر شکلهای پلاستیک یا ماندگار قبل از وقوع شکست میباشدمی‌باشد (برای مثال خمش آهن قبل از شکسته شدن آن). آزمون کشش برای مطالعهی مکانیزم تغییر شکل کاربرد فراوانی دارد. ازمونآزمون کشش به این دلیل انجام میپذیردمی‌پذیرد که زیر فشار بسیاری از مواد قبل از تغییر شکل پلاستیک و یا شکست دچار اتفاقات کوچک و بزرگ بسیاری میشوندمی‌شوند و به دلیل همین پروسه هایپروسه‌های میانی که در خلال آزمون فشار روی ماده اثر میکنندمی‌کنند این آزمون را دچار مشکلات فراوانی میکنندمی‌کنند. یک ماده در حالت کلی میتواندمی‌تواند زیر یک نیروی کوچک تغییر شکل الاستیک یا قابل بازگشت دهد. در این حالت ماده سریعاسریعاً به حالت اولیهی خود باز میگرددبازمی‌گردد وقتی که نیروی خارجی حذف شود؛ این قانون به نام تغییر شکل الاستیک وجود دارد که این رفتار در مواد با قانون هوک بیان میشودمی‌شود. مواد رفتار الاستیک خود را تا هنگامی که نیروی تغییر شکل دهندهی از محدودهی تعیین شده برای نیروی الاستیک خارج نشود، ادامه میدهندمی‌دهند. این محدوده به نام تنش تسلیم شناخته میشودمی‌شود. در آن نقطه، ماده برای همیشه تغییر شکل مییابدمی‌یابد و بعد از برداشتن نیرو به شکل اولیهی خود باز نمیگرددبازنمی‌گردد. ای قانون نیز به نام قانون تغییر شکل پلاستیک معروف میباشدمی‌باشد. برای مثال این پدیده را در یک فنز میتوانیممی‌توانیم مشاهده کنیم که اگر تا یک حدی نیرو وارد کنیم کشیده شده و سپس به جای اولیهی خود بر میگرددمی‌گردد اما اگر بیشتر از تنش تسلیم به ان نیرو وارد کنیم، دیگر پس از کشیده شدن قابل بازگشت نمیباشدنمی‌باشد. تغییر شکل الاستیک، پیوند اتمها را از حالت تعادل کشش میدهدمی‌دهد اما انقدریآنقدری نیست که باعث شکستن پیوند درونی اتمها شود اما تغییر شکل پلاستیک پیوند داخلی اتمها را شکسته؛ لذا قابل بازگشت نمیباشدنمی‌باشد.
'''افزایش نا به جاییها و کارسختی'''
افزایش تعداد جابهجایی هاجابهجایی‌ها تعیین خاصیت یا کمیتی از سخت کاری است. تغییر شکل پلاستیک در نتیجهی سخت کاری در ماده رخ میدهدمی‌دهد. همچنین انرژی نیز به ماده اضافه میشودمی‌شود. بعلاوه انرژی معمولامعمولاً سریع و به اندازهی کافی زیاد به ماده اعمال میشودمی‌شود که علاوه بر حفظ کردن جابهجاییهای قبلی، تعداد زیادی جابهجاییهای جدیدی در حین سخت کاری مناسب نیز ایجاد میکندمی‌کند. استحکام تسلیم ماده در حین سخت کاری افزایش مییابدمی‌یابد. نگاه کردن به شبکهی میدانهای کششی نشان میدهدمی‌دهد که در جایی که پر از جابهجاییها باشد عامل مهمی برای ممانعت کردن از حرکت هریک از جابهجاییها میباشدمی‌باشد. به دلسل اینکه حرکت جابهجاییها محدودیت پیدا میکند،میکند، تغییر شکل پلاستیک در تنشهای معمولی نمیتواندنمی‌تواند اتفاق بیوفتد. پس از ناحیهی استحکام تسلیم یک مادهی سخت کاری شده توسط تنها مکانیزم موجود با تغییر شکل ادامه مییابدمی‌یابد. این مکانیزم از تغییر شکل الاستیک شروع شده، یک شماتیک منظمی از کشش و یا تراکم پیوندهای الکتریکی ادامه مییابدمی‌یابد و سرانجام تنش آنقدر زیاد میشودمی‌شود که بر ناحیهی کرنش کششی غلبه مییابدمی‌یابد و باعث تغییر شکل پلاستیک در ماده میشودمی‌شود. خاصیت شکل پذیری یک ماده با سخت کاری کاهش مییابدمی‌یابد. شکلپذیری عبارتندز امتداد انچهآنچه تغییر شکل پلاستیک ماده است میباشدمی‌باشد. در واقع اینکه یک ماده چه میزان میتواندمی‌تواند تغییر شکل پلاستیک پیدا کند قبل آنکه بشکند شکلپذیری نامیده میشودمی‌شود. یک مادهی سخت کاری شده در واقع همان مادهی نرمالی است که در اثر کشش در امتداد یک قسمتی که میتواند،میتواند، در آن تغییر شکل پلاستیک ایجاد شده است. اگر جابهجاییها حرکت کنند و تغییر شکل پلاستیک به اندازهی کافی با جابهجاییها انباشه شده باشد و کشش پیوندهای الکتریکی ادامه یابد و تغییر شکل پلاستیک به نقطهی بخرامی خود برسد، سومین مرحله از تغییر شکل اتفاق میافتدمی‌افتد و آن شکست میباشدمی‌باشد. ▼
▲افزایش تعداد جابهجایی ها تعیین خاصیت یا کمیتی از سخت کاری است. تغییر شکل پلاستیک در نتیجهی سخت کاری در ماده رخ میدهد. همچنین انرژی نیز به ماده اضافه میشود. بعلاوه انرژی معمولا سریع و به اندازهی کافی زیاد به ماده اعمال میشود که علاوه بر حفظ کردن جابهجاییهای قبلی، تعداد زیادی جابهجاییهای جدیدی در حین سخت کاری مناسب نیز ایجاد میکند. استحکام تسلیم ماده در حین سخت کاری افزایش مییابد. نگاه کردن به شبکهی میدانهای کششی نشان میدهد که در جایی که پر از جابهجاییها باشد عامل مهمی برای ممانعت کردن از حرکت هریک از جابهجاییها میباشد. به دلسل اینکه حرکت جابهجاییها محدودیت پیدا میکند، تغییر شکل پلاستیک در تنشهای معمولی نمیتواند اتفاق بیوفتد. پس از ناحیهی استحکام تسلیم یک مادهی سخت کاری شده توسط تنها مکانیزم موجود با تغییر شکل ادامه مییابد. این مکانیزم از تغییر شکل الاستیک شروع شده، یک شماتیک منظمی از کشش و یا تراکم پیوندهای الکتریکی ادامه مییابد و سرانجام تنش آنقدر زیاد میشود که بر ناحیهی کرنش کششی غلبه مییابد و باعث تغییر شکل پلاستیک در ماده میشود. خاصیت شکل پذیری یک ماده با سخت کاری کاهش مییابد. شکلپذیری عبارتندز امتداد انچه تغییر شکل پلاستیک ماده است میباشد. در واقع اینکه یک ماده چه میزان میتواند تغییر شکل پلاستیک پیدا کند قبل آنکه بشکند شکلپذیری نامیده میشود. یک مادهی سخت کاری شده در واقع همان مادهی نرمالی است که در اثر کشش در امتداد یک قسمتی که میتواند، در آن تغییر شکل پلاستیک ایجاد شده است. اگر جابهجاییها حرکت کنند و تغییر شکل پلاستیک به اندازهی کافی با جابهجاییها انباشه شده باشد و کشش پیوندهای الکتریکی ادامه یابد و تغییر شکل پلاستیک به نقطهی بخرامی خود برسد، سومین مرحله از تغییر شکل اتفاق میافتد و آن شکست میباشد.
== منابع ==
{{پانویس}}
{{چپ‌چین}}
* Dieter, G.E. , ''Mechanical Metallurgy'', McGraw-Hill, 1986.
1. ^ Degarmo, Black & Kohser 2003, p. 60.
2. ^ Van Melick, H. G. H.; Govaert, L. E.; Meijer, H. E. H. (2003), "On the origin of strain hardening in glassy polymers", Polymer, 44 (8): 2493–2502, doi:10.1016/s0032-3861(03)00112-5 ▼
3. ^ Swenson, C. A. (1955), "Properties of Indium and Thallium at low temperatures", Physical Review, 100 (6): 1607., doi:10.1103/physrev.100.1607 ▼
4. ^ Smith & Hashemi 2006, p. 246. ▼
5. ^ a b c d e Degarmo, Black & Kohser 2003, p. 375. ▼
▲2. ^ Van Melick, H. G. H. ; Govaert, L. E. ; Meijer, H. E. H. (2003), "On the origin of strain hardening in glassy polymers", Polymer, 44 (8): 2493–2502, doi:10.1016/s0032-3861(03)00112-5
6. ^ Deringer-Ney, "Cold Forming and Cold Heading Process", April 29th, 2014 ▼
▲3. ^ Swenson, C. A. (1955), "Properties of Indium and Thallium at low temperatures", Physical Review, 100 (6): 1607. , doi:10.1103/physrev.100.1607
▲4. ^ Smith & Hashemi 2006, p. 246.
7. ^ Cheng, Y. T.; Cheng, C. M. (1998), "Scaling approach to conical indentation in elastic-plastic solids with work hardening" (PDF), Journal of Applied Physics, 84 (3): 1284–1291., doi:10.1063/1.368196 ▼
▲5. ^ a b c d e Degarmo, Black & Kohser 2003, p. 375.
▲6. ^ Deringer-Ney, "Cold Forming and Cold Heading Process", April 29th, 2014
8. ^ Degarmo, Black & Kohser 2003, p. 408. ▼
▲7. ^ Cheng, Y. T. ; Cheng, C. M. (1998), "Scaling approach to conical indentation in elastic-plastic solids with work hardening" (PDF), Journal of Applied Physics, 84 (3): 1284–1291. , doi:10.1063/1.368196
▲8. ^ Degarmo, Black & Kohser 2003, p. 408.
9. ^ Deringer-Ney, "Cold Forming and Cold Heading Advantages", April 29, 2014 ▼
▲9. ^ Deringer-Ney, "Cold Forming and Cold Heading Advantages", April۲۹ 29, 2014آوریل ۲۰۱۴
10. ^ a b Degarmo, Black & Kohser 2003, p. 378.
{{پایان چپ‌چین}}
| 