تشير صلابة المواد المعدنية إلى قدرتها على مقاومة التلف واستعادة التشوه عند تعرضها لأحمال الصدمات. مؤشر الأداء هذا له أهمية كبيرة في التطبيق العملي للمواد. لا تعكس متانة الصدمات صلابة المواد وهشاشتها فحسب، بل تحدد أيضًا متانة وموثوقية المواد تحت الأحمال الديناميكية. هناك العديد من العوامل التي تؤثر على متانة تأثير المواد المعدنية، بما في ذلك بشكل رئيسي خصائص المواد الخام نفسها، واتجاه العينة، وهندسة الشق وجودة المعالجة، ودقة آلة الاختبار، ومطابقة البندول والنوع. الإطار، ودرجة حرارة الاختبار، وموضع عينة التأثير، وما إلى ذلك. وفيما يلي تحليل مفصل لهذه العوامل.
1. خصائص المواد الخام نفسها
ترتبط صلابة تأثير المواد المعدنية ارتباطًا وثيقًا ببنيتها المعدنية وتركيبها الكيميائي وخصائصها الفيزيائية وتكنولوجيا المعالجة وعملية المعالجة الحرارية. على سبيل المثال، التركيب الكيميائي للمعادن، وخاصة عناصر مثل الكربون (C)، والفوسفور (P)، والكبريت (S)، يؤدي عادة إلى انخفاض في صلابة تأثير المادة عندما يزيد محتواها. وذلك لأن هذه العناصر تكون عرضة لتكوين أطوار هشة أو شوائب داخل المادة، مما يزيد من تركيز الإجهاد، ويقلل من صلابة المادة. على العكس من ذلك، يمكن لعناصر مثل المنغنيز (Mn) والنيكل (Ni) أن تحسن بشكل فعال صلابة المادة ضمن نطاق معين. يمكن للمنجنيز أن ينقي الحبوب ويمنع ترسيب الكربيدات على طول حدود الحبوب، بينما يمكن أن يزيد النيكل من طاقة خطأ التراص للفريت ويعزز الانزلاق المتقاطع للاضطرابات، وكل ذلك يساعد على تحسين صلابة الفولاذ.
بالإضافة إلى ذلك، فإن تكوين الطور للمواد المعدنية له أيضًا تأثير كبير على صلابتها. الفريت هو مرحلة ذات قوة منخفضة، واللدونة الجيدة والمتانة. كلما زاد محتواه، كلما كانت متانة تأثير المادة أفضل عادةً. على العكس من ذلك، فإن شبكة الكربيدات ستؤدي إلى تدهور صلابة المادة. كلما زاد عددها، كلما كانت صلابة تأثير المادة أسوأ. لذلك، من خلال ضبط التركيب الكيميائي وعملية المعالجة الحرارية للمادة، يمكن التحكم في تكوين الطور، ومن ثم يمكن تحسين صلابة تأثير المادة.
2. اتجاه العينة
يؤثر اتجاه المواد المعدنية على خواصها الميكانيكية، بما في ذلك صلابتها. في الإنتاج الفعلي والتطبيقات الهندسية، يتم دحرجة معظم المواد المعدنية. أثناء عملية الدرفلة، يتم تمديد الشوائب المعدنية على طول اتجاه التشوه الرئيسي جنبًا إلى جنب مع الحبيبات المعدنية لتشكيل أنسجة ألياف معدنية، مما يؤثر بشكل خطير على صلابة تأثير المواد المعدنية. لذلك، أخذ العينات على طول اتجاه التدحرج، أي أن المحور الطويل للعينة يكون موازيًا لاتجاه التدحرج، ويتم فتح الشق بشكل عمودي على اتجاه التدحرج، وتكون صلابة التأثير التي يتم الحصول عليها عن طريق أخذ العينات أكبر؛ على العكس من ذلك، عند أخذ العينات بشكل عمودي على اتجاه التدحرج والإحراز على طول اتجاه التدحرج، تكون صلابة التأثير التي يتم الحصول عليها عن طريق أخذ العينات أصغر.
3. هندسة الشق وجودة المعالجة
إن هندسة الشق وجودة معالجته لها تأثير مهم على صلابة المادة. وفقًا لمعيار GB/T 229-2007، يتم تقسيم الشقوق بشكل أساسي إلى نوع U ونوع V. بالمقارنة مع الشقوق من النوع U، فإن الشقوق من النوع V تتميز بضغط أكثر تركيزًا، وبالتالي فإن قوة تأثيرها تكون عادةً أقل. بالنسبة لنفس المادة المعدنية، فإن صلابة الصدمات للعينات المحززة تكون أصغر بكثير من العينات غير المحززة، لأن الشقوق سوف تسبب تركيز الإجهاد، وبالتالي تقلل من صلابة المادة. تتراوح أهمية تركيز الإجهاد لعينات الصدم المحززة من الكبيرة إلى الصغيرة، بترتيب عينات الصدم من النوع I، والنوع V، والنوع U، والنصف الدائري.
بالإضافة إلى ذلك، تعد جودة معالجة الحز أيضًا أحد العوامل المهمة التي تؤثر على متانة الصدمات. تؤثر جودة معالجة الحز بشكل أساسي على صلابة المواد من خلال التأثير على تركيز الضغط والانفعال بالقرب من الحز. أظهرت الدراسات أن متانة التأثير تتناقص مع زيادة عمق الشق لعينة التأثير، وتزداد صلابة تأثير المواد المعدنية مع زيادة نصف قطر جذر الشق؛ تتناقص متانة التأثير مع زيادة خدوش المعالجة ودرجة التصلب في الجزء السفلي من الشق. ولذلك، يجب معالجة عينة الصدم بشكل صارم وفقًا لشروط حجم الشق الخاص بعينة الشق الصدمي بـ GB/T 229-2007.
4. دقة آلة الاختبار وتنسيق البندول والإطار
إن متانة تأثير المواد المعدنية لها متطلبات معينة فيما يتعلق بدقة آلة اختبار التأثير. آلة الاختبار ذات الدقة المنخفضة لها تأثير أكبر على صلابة التأثير. بالإضافة إلى ذلك، ترتبط متانة التأثير أيضًا بخطأ جهاز القراءة لآلة اختبار التأثير، لذلك يجب إجراء عملية التصفير قبل الاختبار.
يعد التنسيق بين البندول والإطار أمرًا بالغ الأهمية أيضًا. اختبار التأثير هو اختبار مدمر لمرة واحدة، لذا يجب أن يكون التنسيق بين البندول والإطار دقيقًا. يتضمن ذلك توازي محور البندول والمستوى المرجعي، وتوازي جانب البندول والمستوى المتأرجح، والخلوص الشعاعي والمحوري لعمود البندول، والمسافة من محور عمود البندول إلى مركز الضرب، والموضع النسبي لعمود البندول. شفرة التأثير ومدى الدعم، وما إلى ذلك، يجب أن تلبي جميعها متطلبات المعايير ذات الصلة. عندما لا يفي الموضع النسبي بين شفرة التأثير ومركز مدى الدعم بالمتطلبات، لا يمكن أن يتطابق شفرة التأثير والخط المركزي لشق العينة، مما يؤدي إلى نتائج قياس غير دقيقة وصلابة تأثير أكبر.
5. اختبار درجة الحرارة
تعد درجة حرارة الاختبار أيضًا أحد العوامل المهمة التي تؤثر على صلابة المواد. أثناء اختبار صلابة الصدمات، تم العثور على نطاق درجة حرارة المنطقة الهشة للمادة، ويمكن التحكم فيه أثناء الاستخدام لتجنب تأثير درجة حرارة المنطقة الهشة على المادة. تتميز المواد المعدنية غير الحديدية المختلفة بمتانة تأثير مختلفة تتأثر بدرجة الحرارة، ولكن طاقة امتصاص الصدمات مرتبطة بدرجة الحرارة وتوحيد درجة الحرارة ووقت العزل. مع انخفاض درجة الحرارة، تقل عادة صلابة تأثير المادة. وذلك لأن قدرة التشوه البلاستيكي للمادة تنخفض عند درجات حرارة منخفضة، وتتسارع سرعة انتشار الشقوق، مما يؤدي إلى انخفاض المتانة.
6. تحديد المواقع من العينة التأثير
الغرض من تحديد موضع عينة التأثير هو التأكد من أن الخط المركزي لشق عينة التأثير يتزامن مع شفرة التأثير الموجودة على البندول لتقليل خطأ تشغيل الاختبار. إذا كانت مواضعها النسبية غير متطابقة ولا يمكنها تلبية 0.5 مم المطلوبة، فلا يمكن لقوة التأثير القصوى أن تعمل على الحد الأدنى من المقطع العرضي عند جذر الشق في عينة التأثير، مما يؤدي في النهاية إلى متانة تأثير أكبر .
7. عوامل أخرى
بالإضافة إلى العوامل المذكورة أعلاه، فإن العيوب والشوائب الداخلية للمواد المعدنية ستؤثر أيضًا بشكل كبير على متانة تأثيرها. ستؤدي العيوب والشوائب إلى زيادة تركيز الضغط وتقليل صلابة المادة. على سبيل المثال، العيوب الداخلية مثل الشوائب والفقاعات ستتسبب في بدء التشققات والتوسع، وبالتالي تقليل صلابة تأثير المادة. من أجل تقليل تأثير العيوب والشوائب على صلابة المواد، من الضروري التحكم الصارم في جودة المواد الخام وظروف عملية الإنتاج أثناء إعداد المواد ومعالجتها.
خاتمة
العوامل التي تؤثر على متانة تأثير المواد المعدنية متعددة الأوجه، بما في ذلك خصائص المواد الخام نفسها، واتجاه العينة، وهندسة الشق وجودة المعالجة، ودقة آلة الاختبار، وتنسيق البندول والإطار ودرجة حرارة الاختبار وموضع عينة التأثير وما إلى ذلك. من خلال النظر بشكل شامل في هذه العوامل واتخاذ تدابير التحسين المقابلة، يمكن تحسين صلابة تأثير المواد المعدنية بشكل كبير لتلبية احتياجات التطبيقات الصناعية المختلفة. في التطبيقات العملية، من الضروري اختيار المواد والعمليات المناسبة بناءً على خصائص المواد وشروط الاستخدام للتأكد من أن متانة تأثير المواد تلبي متطلبات التصميم