תכונות מכניות בסיסיות של חומרי מתכת

תכונותיהם של חומרי מתכת מחולקות בדרך כלל לשתי קטגוריות: ביצועי תהליך וביצועי שימוש. מה שנקרא ביצועי תהליך מתייחס לביצועים של חומרי מתכת בתנאי עיבוד קרים וחמים מוגדרים במהלך תהליך הייצור של חלקים מכניים. איכות ביצועי התהליך של חומרי מתכת קובעת את יכולת התאמתם לעיבוד ולעיצוב במהלך תהליך הייצור. עקב תנאי עיבוד שונים, תכונות התהליך הנדרשות שונות גם כן, כגון ביצועי יציקה, יכולת ריתוך, יכולת חישול, ביצועי טיפול בחום, יכולת חיתוך וכו'. מה שנקרא ביצועים מתייחס לביצועים של חומרי מתכת בתנאי השימוש של חלקים מכניים, הכוללים תכונות מכניות, תכונות פיזיקליות, תכונות כימיות וכו'. ביצועי חומרי המתכת קובעים את טווח השימוש שלהם ואת חיי השירות שלהם.

בתעשיית ייצור המכונות, חלקים מכניים כלליים משמשים בטמפרטורה רגילה, לחץ רגיל ובמדיה שאינה קורוזיבית חזקה, ובמהלך השימוש, כל חלק מכני יישא עומסים שונים. יכולתם של חומרי מתכת לעמוד בפני נזק תחת עומס נקראת תכונות מכניות (או תכונות מכניות). התכונות המכניות של חומרי מתכת הן הבסיס העיקרי לתכנון ובחירת החומרים של חלקים. בהתאם לאופי העומס המופעל (כגון מתח, דחיסה, פיתול, פגיעה, עומס מחזורי וכו'), התכונות המכניות הנדרשות מחומרי מתכת יהיו גם הן שונות. תכונות מכניות נפוצות כוללות: חוזק, פלסטיות, קשיות, קשיחות, עמידות בפני פגיעות מרובות ומגבלת עייפות. כל תכונה מכנית נדונה בנפרד להלן.

1. חוזק

חוזק מתייחס ליכולתו של חומר מתכתי לעמוד בפני נזק (עיוות פלסטי מוגזם או שבר) תחת עומס סטטי. מכיוון שהעומס פועל בצורה של מתח, דחיסה, כיפוף, גזירה וכו', החוזק מחולק גם לחוזק מתיחה, חוזק דחיסה, חוזק כיפוף, חוזק גזירה וכו'. לעתים קרובות קיים קשר מסוים בין חוזקים שונים. בשימוש, חוזק מתיחה משמש בדרך כלל כמדד החוזק הבסיסי ביותר.

2. גמישות

פלסטיות מתייחסת ליכולתו של חומר מתכת לייצר דפורמציה פלסטית (דפורמציה קבועה) ללא הרס תחת עומס.

3. קשיות

קשיות היא מדד למידת הקשיחות או הרכות של חומר מתכתי. כיום, השיטה הנפוצה ביותר למדידת קשיות בייצור היא שיטת קשיות ההכנסה, המשתמשת במדחף בעל צורה גיאומטרית מסוימת כדי ללחוץ על פני השטח של חומר המתכת הנבדק תחת עומס מסוים, וערך הקשיות נמדד על סמך מידת ההכנסה.
שיטות נפוצות כוללות קשיות ברינל (HB), קשיות רוקוול (HRA, HRB, HRC) וקשיחות ויקרס (HV).

4. עייפות

החוזק, הפלסטיות והקשיות שנדונו קודם לכן הם כולם אינדיקטורים לביצועים מכניים של מתכת תחת עומס סטטי. למעשה, חלקי מכונה רבים מופעלים תחת עומס מחזורי, ותתרחש עייפות בחלקים בתנאים כאלה.

5. קשיחות פגיעה

העומס הפועל על חלק המכונה במהירות גבוהה מאוד נקרא עומס פגיעה, ויכולתה של מתכת לעמוד בפני נזק תחת עומס פגיעה נקראת קשיחות פגיעה.