ما هي ليونة؟

تعد ليونة مفهومًا أساسيًا في علوم المواد التي تشرح لماذا يمكن لبعض المواد (مثل المعادن) أن تنحني أو تمتد بشكل كبير تحت الإجهاد ، في حين أن الآخرين (مثل الزجاج) يتخلصون فجأة. في هذه المقالة ، سنشرح ماهية الليونة ، وكيفية قياسها ، ولماذا يهم ، والأيام التي تؤثر عليها.

تعريف ليونة

الليونة هي قدرة المادة على الخضوع لتشوه البلاستيك في التوتر قبل الكسر. بعبارات بسيطة ، يمكن تمديد مادة الدكتايل شوطًا طويلاً دون التقاط - التفكير في النحاس الذي يتم رسمه إلى سلك. على النقيض من ذلك ، تميل المواد الهشة مثل الزجاج إلى كسر أو تحطيم بعد تشوه ضئيل للغاية. في علم المواد ، تشوه البلاستيك هو تغيير دائم في الشكل. هذا يختلف عن التشوه المرن ، والذي يمكن استرداده عند إزالة الحمل. ترتبط ليونة ارتباطًا وثيقًا باللدونة ولكن أكثر تحديداً: اللدونة هي القدرة العامة للتشوه الدائم تحت أي وضع (التوتر أو الضغط أو القص) ، بينما تشير الليونة إلى تلك القدرة في التوتر.

من منظور ذري ، تأتي الليونة العالية للعديد من المعادن من الترابط المعدني غير الاتجاهي وتوافر أنظمة الانزلاق التي تسمح للخلع بالتحرك. مع تطبيق الإجهاد ، يتيح انزلاق الخلع للبلورات المعدنية استيعاب السلالة البلاستيكية ، لذلك غالبًا ما تنحني المعادن أو تمتد بدلاً من الكسر. على النقيض من ذلك ، فإن السيراميك والزجاج لهما روابط أيونية أو تساهمية تابعة للانزلاق المحدودة للغاية ، لذلك يميلون إلى التوتر قبل التدفق البلاستيكي الملموس. ومع ذلك ، لا توجد جميع المعادن في درجة حرارة الغرفة (على سبيل المثال ، يمكن أن تكون بعض معادن BCC ، والفولاذ العالي الكربون ، والنظارات المعدنية هشة نسبيًا) ، وينحني الزجاج المسخن بشكل رئيسي عن طريق التدفق اللزج فوق درجة حرارة ترتيب الزجاج-وليس عن طريق الحادة على النمط المعدني.

قياسات ليونة

يعد اختبار الشد هو الطريقة الأكثر شيوعًا لقياس ليونة: يتم تحميل عينة في توتر أحادي المحور لكسر ، ويتم الإبلاغ عن ليونة في استطالة النسبة المئوية عند كسر في المئة من المنطقة.

• استطالة في المئة عند الاستراحة (٪)

الزيادة المئوية في طول المقياس عند الكسر: A ٪ = (LF - L0)/L0 × 100 ٪ ، حيث L0 هو طول المقياس الأصلي و LF هو الطول النهائي عند الاستراحة. ارتفاع A ٪ يشير إلى ليونة شد أكبر.

• في المئة تقليل المنطقة (RA ٪)

انخفاض النسبة المئوية في المقطع العرضي في موقع الكسر: RA ٪ = (A0-AF)/A0 × 100 ٪ ، حيث A0 هي المساحة الأصلية و AF هي المساحة الدنيا عند الاستراحة. يعكس RA ٪ كبير ٪ الذروة وليونة ما بعد الاستيلاء القوية. (أقل حساسية لطول المقياس ؛ ليست مثالية لصفائح رقيقة جدا.)

يتم الإبلاغ عن كلا الإجراءات عادة كجزء من اختبار الشد. على سبيل المثال ، قد توصف عينة فولاذية بأنها ، على سبيل المثال ، استطالة بنسبة 20 ٪ وتقليل مساحة 60 ٪ في الفاصل - مما يشير إلى سلوك الدكتايل. في المقابل ، قد تظهر الخزف الهش فقط استطالة بنسبة 1 ٪ فقط وتخفيض المساحة بنسبة 0 ٪ بشكل أساسي (ينكسر تقريبًا دون ترقق). أكبر استطالة وتقليل المنطقة ، وكلما زادت المادة.

هناك طريقة أخرى لتصور ليونة هي على منحنى الإجهاد ، وهو رسم بياني تم الحصول عليه من اختبار الشد. يتم رسم الإجهاد (قوة لكل وحدة) ضد الإجهاد (التشوه النسبي). تشمل النقاط الرئيسية في هذا المنحنى:

• معامل يونغ (هـ):ميل المنطقة المرنة الخطية ؛ مقياس الصلابة.
• قوة العائد (σᵧ):ظهور تشوه البلاستيك (غالبًا ما يتم تعريفه بواسطة طريقة الإزاحة بنسبة 0.2 ٪ عند عدم وجود نقطة عائد حادة).
• قوة الشد النهائية (UTS):الحد الأقصى للضغط الهندسي. ما وراء UTS أعناق العينة. يحدث الكسر في وقت لاحق ، وعادة ما يكون في إجهاد هندسي أقل.
• نقطة الكسر:حيث تنكسر العينة أخيرًا.

يُظهر منحنى مادة الدكتايل منطقة بلاستيكية طويلة بعد العائد ، مما يشير إلى أنه يمكن أن يحافظ على إجهاد كبير قبل الكسر. على النقيض من ذلك ، ينتهي منحنى المادة الهشة بالقرب من نقطة العائد ، مع القليل من منطقة البلاستيك. باختصار ، على رسم بياني هندسي للضغط - لضغوطه (لطول المقياس المعلن) ، تنعكس ليونة من الإجهاد الكلي للكسر - إلى مواد الدكتايل ، قصيرة بالنسبة للمواد الهشة. ومع ذلك ، فإن سلالة الكسر الظاهرة تعتمد على طول المقياس المختار ، وبمجرد أن يبدأ التخلص من توطين التشوه ، وبالتالي فإن المنحنى الهندسي ليس مقياسًا مباشرًا لليونة بعد الولادة. لهذا السبب ، عادة ما يبلغ المواصفات استطالة في المئة عند الاستراحة (A ٪) مع الحد من المئة من المساحة (RA ٪).

ما هو الفرق بين ليونة وقابلية التخلي؟

ليونة هي قدرة المادة على التمدد في التوتر دون كسر ؛ نقوم بتقديرها مع استطالة في المئة أو الحد من المساحة من اختبار الشد. إذا كان يمكن رسم المعدن إلى سلك ، فهو دكتايل. إن قابلية التخليط هي قدرة المادة على التشوه في الضغط - لتخليصها أو تدحرجها أو الضغط عليها في ورقة - دون تكسير ؛ نحن نحكم عليه باختبارات الانحناء/التسطيح/الحجامة أو بمقدار الحد الذي يمكن أن يتحمله.

في الممارسة العملية: الذهب والنحاس والألومنيوم كلاهما مرن للغاية ومرن (رائع للأسلاك والورقة). الرصاص مرن للغاية ولكنه متدلي بشكل معتدل (يسهل التدحرج في ورقة ، أكثر فقراً مثل الأسلاك الراقية). المغنيسيوم محدود في قابلية التخلي عن درجة حرارة الغرفة ، بينما يصبح الزنك أكثر مرونة عند تسخينه. للتصنيع ، اختر سبائك الدكتايل للرسم ، والامتداد العميق ، والميزات التي يهيمن عليها السحب ؛ اختر سبائك مرنة للتدحرج ، والختم ، وتزوير حيث يهيمن الضغط. درجة الحرارة والبنية البلورية تحول كل من الخصائص. القاعدة السريعة: ليونة = التوتر/الأسلاك ؛ قابلية التسمية = الضغط/الورقة.

لماذا ليونة مهمة

البنيه هو العمود الفقري الهادئ وراء كل من التصنيع والسلامة أثناء الخدمة. في المصنع ، يتيح أن يتم تدحرج المعادن في ورقة ، مرسومة في الأسلاك ، وتزوير دون تكسير. في هذا المجال ، يمكّن المكونات من امتصاص الطاقة وإعادة توزيع الضغوط وتوفير تحذير قبل الفشل.

مواد الدكتايل للتصنيع

إن الليونة العالية تعني عمومًا أن المادة قابلة للتطبيق: يمكن تزويرها أو تدحرجها أو رسمها أو مقدمة إلى أشكال مختلفة دون تكسير. ليونة منخفضة (هشاشة) تعني أن المادة يصعب تشوهها وهي أكثر ملاءمة لعمليات مثل الصب أو الآلات (حيث لا يتم إجبار المادة على تغيير الشكل أكثر من اللازم).

التزوير والمتداول:هذه العمليات تشوه المعادن الصلبة في الشكل - عن طريق التقييم (تزوير) أو تمر بين لفات (المتداول). المعادن الدكتايل تتسامح مع السلالات البلاستيكية الكبيرة المعنية. في الممارسة العملية ، يتم توصيل الألواح/الإزهار الصلب إلى الورقة ، والوحة ، والأشكال الهيكلية مثل Beams ، والألمنيوم مزورة بسهولة في مكونات-التدفقات المعدنية تحت الأحمال الانضغاطية. على النقيض من ذلك ، تميل السبائك الهشة مثل الحديد الزهر إلى كسر تحت التشوه الشديد ، لذلك عادة ما يتم تشكيلها عن طريق الصب إلى شكل شبه شبكية.

البثق وسلك/شريط الرسم:يؤدي البثق إلى دفع المعادن من خلال الموت لجعل منتجات القسم الطويلة المستمرة ؛ السلك/البار يسحب المخزون الصلب من خلال الموت لتقليل القطر. كلاهما يعتمد على تدفق البلاستيك. يمكن أن يتم بثق سبائك الدكتايل مثل الألومنيوم والنحاس والفولاذ المنخفض الكربون في أنابيب وملامح (على سبيل المثال ، إطارات النوافذ ، أقسام الترينات الحرارية) وتوجهها إلى سلك كهربائي دقيق. تميل المواد دون ليونة كافية في درجة حرارة المعالجة إلى التحقق أو الشق عند الموت ، وهذا هو السبب في أن الزجاج أو السيراميك غير مقذوف/رسم في الحالة الصلبة ؛ أليافهم يذوبون بدلا من ذلك.

الرسم العميق:الرسم العميق يشكل أكوابًا وعلبًا متناظرة عن طريق إجبار الورقة على الموت مع لكمة ؛ تتغذى الحافة إلى الداخل بينما ترحيل الجدران قليلاً. ليونة كافية تمنع الانقسام والتجاعيد. هيئات المشروبات الألمنيوم هي المثال الكلاسيكي.

الانحناء والختم المعدني للورقة:تتطلب الانحناء العام وختم ألواح الجسم والمرفقات ليونة لتجنب تكسير الحواف و Peel البرتقالي عندما يتم تمديد الورقة في الموت. تم تصميم درجات الصلب والألومنيوم للتشكيل بحيث يمكن ختم الأشكال المعقدة (على سبيل المثال ، غطاء السيارة) دون فشل.

الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد (AM):لا تزال الليونة مهمة. يمكن أن تظهر الأجزاء المطبوعة-خاصة من دمج سرير مسحوق الليزر (LPBF)-ليونة مخفضة بسبب الهياكل المجهرية الدقيقة ، والضغوط المتبقية ، والمسامية. تخفيف الإجهاد والضغط المتساوي الساخن (الورك) ، وغالبًا ما يتبعه معالجة الحرارة الخفيفة ، واستعادة ليونة وتقليل مخاطر التكسير ؛ يمكن لسبائك مثل Ti-6AL-4V و ALSI10MG تقديم ليونة مفيدة أثناء الخدمة.

مواد الدكتايل لتطبيقات العالم الحقيقي

لا تعتبر ليونة مجرد مقياس للمختبر-فهي تؤثر بشكل مباشر على الأداء في الهياكل الحقيقية والمركبات والمعدات. إليكم السبب في أنه يهم في الهندسة والتصميم:

منع الفشل المفاجئ وتحسين السلامة:تفشل مواد الدكتايل تدريجياً: فهي تسفر وتمتص الطاقة قبل الكسر ، مما يوفر تحذيرًا واضحًا ويسمحون بإعادة التوزيع. في المباني ، هذا هو السبب في أن الفولاذ الهيكلي مفضل - ستنحني شعاع محمّل بدلاً من المفاجئة. يتبع الخرسانة المسلحة نفس المنطق: يضيف حديد التسليح المدمج ليونة حتى يتمكن الأعضاء من الثني تحت الطلب الزلزالي بدلاً من التكسير.

امتصاص الطاقة في الآثار (تطبيقات الزلزالية والتعطل):في ظل الأحمال الديناميكية ، تتحول ليونة إلى الطاقة إلى العمل البلاستيكي. تتبدد إطارات الصلب قوى الزلازل من خلال المناطق الغنية بالتجنيد ، وحيوانات السيارات في فولاذ أو طية من الألومنيوم بطريقة تسيطر عليها لخفض التباطؤ في المقصورة. تحتفظ هياكل الجسم الحديثة بتوازن قوة مع ليونة (على سبيل المثال ، فولاذ DP/Trip) ، وسبائك الفضاء AL/Ti ، تحتفظ بما يكفي ليونة لضرب الطيور ، والضغط ، والتسامح البارد.

المرونة الهيكلية والتكرار:يمكن أن تستمر أنظمة الدكتايل في حمل الحمل بعد العائد المحلي عن طريق نشر الضغوط على الأعضاء المجاورة ، مما يقلل من فرصة الانهيار التدريجي. لهذا السبب تستخدم الجسور فولاذ الدكتايل ولماذا تم تصميم خطوط الأنابيب والكابلات للانحناء أو الضعيف تحت الحركة الأرضية أو الحمل الزائد بدلاً من التمزق.

العوامل التي تؤثر على ليونة

لا يتم إصلاح ليونة في جميع الظروف. فيما يلي العوامل الرئيسية التي تؤثر عليه:

درجة حرارة:ليونة تعتمد على درجة الحرارة للغاية. درجات الحرارة الأعلى تزيد من الحركة الذرية وحركة الخلع ، مما يتيح التدفق البلاستيكي ؛ انخفاض درجات الحرارة يقيد الحركة وتعزيز التكسير من نوع الانقسام. العديد من معادن BCC (على سبيل المثال ، بعض الفولاذ) لها درجة حرارة انتقالية للبث (DBTT)-فإنها تظل دكتايل ؛ تحتها يمكنهم كسر فجأة. مثال كلاسيكي هو الصلب الهيكلي: في درجات الحرارة المحيطة يمكن أن ينحني ، ولكن في درجات حرارة منخفضة للغاية قد يكسر. وبالتالي ، يحتفظ المهندسون بدرجات حرارة الخدمة فوق DBTT أو تحديد درجات درجات الحرارة المنخفضة. على النقيض من ذلك ، فإن معظم معادن FCC (على سبيل المثال ، الألومنيوم والنحاس) تفتقر إلى DBTT الحاد وتبقى دكتايل حتى عند البرد.

التكوين والسبائك:العناصر الموجودة والمراحل التي تشكلها بقوة تؤثر على ليونة. المعادن النقية مثل الذهب والنحاس والألومنيوم عادة ما تكون دكتايل للغاية. إن إضافة المواد المذابة أو إنشاء مراحل ثانية صلبة تزيد من القوة ولكن في كثير من الأحيان يقلل من ليونة عن طريق إعاقة حركة الخلع. في فولاذ الكربون ، تظل درجات الكربون المنخفضة قابلة للتشكيل ، في حين أن ارتفاع فولاذ الكربون والأدوات أقل بكثير ما لم يتم تخفيفه. شوائب النزرة أيضًا تعلق الصلب: يمكن أن يسبب الكبريت ضيقًا ساخنًا ، ويمكن أن يسبب الفوسفور احتضان البرد. يعدل المعالجة الحرارية التوازن: martensite المطفأ قوي ولكنه يتمتع بليونة منخفضة حتى يخفف ، في حين أن الصلب يعيد ليونة. نظارات معدنية توضح الحد. إنها قوية جدًا ولكنها هشة عادة لأن الانزلاق الكريستالي غائب.

التركيب البلوري وأنظمة الانزلاق:تعكس ليونة كيف تتحرك الاضطرابات بسهولة. تحتوي معادن لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) مثل الألومنيوم والنحاس والنيكل والذهب على العديد من أنظمة الانزلاق النشطة وتظل دكتايل حتى في درجات حرارة منخفضة ، مع عدم وجود انتقال حاد إلى البث. تتطلب معادن BCC مثل الفولاذ الفيريريتيك والكروم والتنغستن تنشيطًا حراريًا للانزلاق وغالبًا ما تظهر انتقالًا من الدكتايل إلى البطيء ، لذلك تنخفض البنيه في البرد. معادن HCP مثل المغنيسيوم والزنك والتيتانيوم في درجة حرارة الغرفة لديها عدد أقل من أنظمة الانزلاق ؛ بدون توأمة أو درجة حرارة مرتفعة ، فإنها تشوه بشكل سيء وقد تتشقق. بشكل عام ، تعني المزيد من أنظمة الانزلاق المتاحة ليونة متأصلة أعلى وأداء أفضل في درجات الحرارة المنخفضة.

المرونة الهيكلية والتكرار:يمكن أن تستمر أنظمة الدكتايل في حمل الحمل بعد العائد المحلي عن طريق نشر الضغوط على الأعضاء المجاورة ، مما يقلل من فرصة الانهيار التدريجي. لهذا السبب تستخدم الجسور فولاذ الدكتايل ولماذا تم تصميم خطوط الأنابيب والكابلات للانحناء أو الضعيف تحت الحركة الأرضية أو الحمل الزائد بدلاً من التمزق.

ليونة في المواد المتقدمة اليوم

تواجه المواد المتقدمة مفاضلة القوة الكلاسيكية-التقسيم: نظرًا لأننا نقود قوة أعلى-فإن صقل الحبوب أو التصلب المجهرية-تفقد معظم السبائك ليونة وتصبح عرضة للكسر المفاجئ. يتناول الباحثون هذا بثلاث استراتيجيات رئيسية. أولاً ، تربط البنية غير المتجانسة والبنية النانوية المنطقية المناطق القوية للغاية مع مناطق أكثر امتثالًا ، مما يؤدي إلى تشققات مع الحفاظ على القوة ؛ تتجاوز بعض الأنظمة الآن 2 GPA في قوة الشد مع استطالة 15-16 ٪ تقريبًا. ثانياً ، سبائك الرحلة/TWIP (اللدونة الناجم عن التحول/التوأم) تحول طور أو توأمة أثناء التشوه لامتصاص الطاقة ، مما يوفر قوة عالية مع استطالة كبيرة-على هياكل السيارات الجديرة بالتعطل. ثالثًا ، تحافظ السبائك ذات الإدخال العالي (على سبيل المثال ، CRMNFECONI) تضيف الشبكات المحملة ومركبات المصفوفة المعدنية رافعة تصميم ، باستخدام الهندسة والتعزيزات لضبط التوازن بشكل أكبر. لماذا يهم: التغلب على هذه المفاضلة يمكّن سيارات وطائرات أخف وأكثر أمانًا ، والمباني الأكثر مرونة ، والمواد التي لا تزال تتشكل ، واللحام ، والآلة بشكل موثوق. باختصار ، فإن مستقبل ليونة يدور حول الهيكل - من النانو إلى النطاق الجزئي.

ابدأ مع chiggo

النموذج الأولي أو الإنتاج ، نتوافق مع العملية والمواد مع أهدافك الميكانيكية ومستحضرات التجميل والتكلفة. لدينا في المنزلتصنيع CNCوتصنيع الصفائح المعدنية، وفرق الطباعة ثلاثية الأبعاد تتعامل مع الأشكال الهندسية المعقدة ، وميزات الجدار الرقيق ، والتجميعات الوظيفية-التي تم الانتهاء منها عن طريق التشطيب والتفتيش يمكن الاعتماد عليه.

نحن نعمل عبر الألومنيوم ، الفولاذ المقاوم للصدأ والكربون ، سبائك النحاس ، التيتانيوم ، والبلاستيك الهندسي، تقديم المشورة بشأن ليونة ، قابلية ، والقدرة على التشكيل للتصنيع الخالي من المتاعب.تحميل ملف CAD الخاص بكللحصول على عرض أسعار ومراجعة DFM مجانية.