بنابر آنچه که جا‌افتاده است عموم مردم فلزات را به عنوان سخت‌ترین مواد موجود در جهان در نظر می‌گیرند. این در حالیست که تعداد زیادی فلز شناخته شده وجود دارند که نرم هستند و به سادگی منعطف می‌شوند. حال سوال این است که چکش‌خواری چیست؟ چکش‌خوارترین فلزات کدامند و چه ویژگی‌هایی دارند؟ با فولادینو در ادامه این مطلب همراه باشید تا پس از بررسی خواص فیزیکی تاثیرگذار بر میزان سختی فلزات و تاثیر تغییرات دما بر این امر، به این سوال پاسخ دهیم.
فهرست این مطلب
چکش‌خواری، شکل‌پذیری و سختی؛ تعریف و تفاوت‌ها
بد نیست تا قبل از پاسخ دادن به سوال اصلی مطرح شده در این مطلب، سه ویژگی پایه‌ای که برای مشخص کردن میزان نرم بودن یک فلز لحاظ می‌شوند را تعریف کنیم و تفاوتشان را بهتر درک کنیم:
- شکل‌پذیری:
شکل‌پذیری فلزات نشان می‌دهد که یک ماده چقدر می‌تواند در برابر تغییر شکل دادن و به شکل سیم در آمدن (افزایش طول) مقاوم باشد بدون اینکه استحکام خود را از دست بدهد یا بشکند. برای اندازه‌گیری توانایی ازدیاد طول یک فلز بدون رسیدن به مرحله فروپاشی، از تست‌ها و تجهیزات به خصوصی استفاده می‌شود. با اضافه کردن یک سری آلیاژ خاص، می‌شود میزان سختی یک فلز را بدون آنکه بر توانایی شکل‌پذیری آن اثر منفی بگذارد زیاد کرد.
- چکش‌خواری:
خاصیت چکش خواری، میزان مقاومت یک فلز در برابر تغییر شکل، زمانی که به صورت مداوم تحت فشار زیاد قرار می‌گیرد را مورد بررسی قرار می‌دهد. در فرهنگ‌های قدیمی این خاصیت به توانایی یک فلز برای کوبیده شدن تا رسیدن به شکل ورق‌های نازک اطلاق می‌شد؛ امروزه نیز این خاصیت، توانایی یک فلز در چکش‌کاری یا نوردشدن تا رسیدن به شکل ورق در نظر گرفته می‌شود. با این حال آزمون به‌خصوصی وجود ندارد و ما معمولاً چکش‌خواری را به عنوان سختی با استفاده از روش‌های راکول یا برینل آزمایش می‌کنیم.
- سختی:
توانایی یک فلز در مقاومت در برابر تغییر شکل موضعی، زمانی که فشار موضعی به صورت دائمی اعمال می‌شود را سختی می‌نامیم. این تغییر شکل موضعی اغلب به ایجاد فرورفتگی در سطح فلز منجر خواهد شد. همچنین می‌توانیم از این اصطلاح برای توصیف یک ماده در برابر تغییر شکل بصورت‌های اشاره شده در زیر استفاده کنیم:
- سایش
- برش
- نفوذ
- خراش
معیارهای تعیین سختی
آشنا بودن با ویژگی‌های مرتبط با سختی فلزات برای طراحی‌های مرتبط با فرایندهای مهندسی مسئله‌ای ضروری به حساب می‌آید. این امر به انتخاب مواد اولیه‌ای که برای پروژه مناسب باشند و کارآیی مدنظر را داشته باشند کمک می‌کند. یه صورت کلی سه معیار برای تعیین سختی فلزات تعریف شده است که عبارتند از:
- سختی دندانه‌ای(ویکرز): این معیار، مقاومت ماده در برابر تغییر شکل دائمی ناشی از باری که مداوم بر یک موضع اعمال می‌شود را نشان می‌دهد. آزمون سختی راکول معمولاً برای اندازه‌گیری سختی دندانه‌ای استفاده می‌شود.
- سختی واجهشی: این معیار سختی الاستیک مواد را محاسبه می‌کند. تست سختی لیب، سختی واجهشی را اندازه‌گیری می‌کند.
- سختی خراش: معیاری است که توانایی مواد برای مقاومت در برابر خراش و سایش روی سطوح را مشخص می‌کند. آزمون Mohs سختی خراش را در مقیاس 1 تا 10 اندازه‌گیری می‌کند.
تاثیرات دما بر چکش‌خواری فلزات
عوامل مختلفی بر چکش خواری فلزات تاثیرگذار هستند اما مهمترین این عوامل عبارتند از:
- دما
- قدرت پیوند فلزی
زمانی که دما زیاد می‌شود، الکترون‌های لایه ظرفیت انرژی لازم برای جنب و جوش بیشتر را کسب می‌کنند. این امر ارتعاش اتم را بیشتر کرده و در نتیجه برخوردهای بیشتری بین الکترون‌های در حال حرکت صورت می‌پذیرد. با افزایش دما، فاصله بین اتم‌ها افزایش می‌یابد و استحکام ماده کاهش می‌یابد.
همچنین مقاومت تسلیمی نیز با افزایش دما کاهش می‌یابد که به نوبه خود انجام فرآیندهای شکل‌دهی را آسان‌تر می‌کند. توصیه می‌کنیم در انجام شکل‌دهی احتیاط کنید زیرا فشارهای مکرر می‌تواند باعث شکننده شدن برخی از مواد مانند برنج، مس، آهن، نقره و فولاد شود.
چکش‌خوارترین فلزات
چکش‌خواری در فلزات موضوع پیچیده ای است. همانطور که قبلا ذکر کردیم، هیچ آزمون ذهنی برای اندازه‌گیری این ویژگی وجود ندارد و اغلب ما آن را تحت عنوان سختی آزمایش می‌کنیم. طلا و نقره چکش‌خوارترین و انعطاف‌پذیرترین فلزات هستند. در حالت خالص خود، طلا و نقره برای ساخت اشیایی که شکل خود را حفظ می‌کنند بسیار کاربردی هستند.
- واقعیت جالب: ما می‌توانیم یک اونس طلا را به سیمی به طول بیش از 64 کیلومتر بکشیم!
در ادامه، لیست چکش‌خوارترین فلزات به ترتیب آورده شده‌اند:
- طلا (Au): چکش‌خوارترین فلز. می‌توانیم طلا را به اندازه ورقه‌های نازکی تا حدی بغلتانیم که نور را از خود عبور دهد.
- نقره (Ag)
- آلومینیوم (Al)
- مس (Cu)
- قلع (Sn)
منبع: Metal supermarkets