תכונות מכניות בסיסיות של חומרי מתכת

המאפיינים של חומרי מתכת מחולקים בדרך כלל לשתי קטגוריות: ביצועי תהליך וביצועי שימוש. מה שנקרא ביצועי התהליך 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 ההסתגלות שלה לעיבוד והיווצרות במהלך תהליך הייצור. בשל תנאי עיבוד שונים, גם תכונות התהליך הנדרשות שונות, כגון ביצועי יציקה, ריתוך, חישול, ביצועי טיפול בחום, יכולת עיבוד חיתוך וכו'. מה שנקרא ביצועים מתייחס לביצועים של חומרי מתכת בתנאי השימוש של חלקים מכניים, הכוללים תכונות מכניות, תכונות פיזיקליות, תכונות כימיות וכו'. הביצועים של חומרי מתכת קובעים את טווח השימוש וחיי השירות שלו.

בתעשיית ייצור המכונות, נעשה שימוש בחלקים מכניים כלליים בטמפרטורה רגילה, בלחץ רגיל ובחומרים שאינם קורוזיביים במיוחד, ובמהלך השימוש, כל חלק מכאני יישא בעומסים שונים. היכולת של חומרי מתכת לעמוד בפני נזק תחת עומס נקראת תכונות מכניות (או תכונות מכניות). המאפיינים המכניים של חומרי מתכת הם הבסיס העיקרי לעיצוב ולבחירת החומרים של חלקים. בהתאם לאופי העומס המופעל (כגון מתח, דחיסה, פיתול, פגיעה, עומס מחזורי וכו'), גם התכונות המכניות הנדרשות לחומרי מתכת יהיו שונות. תכונות מכניות נפוצות כוללות: חוזק, פלסטיות, קשיות, קשיחות, עמידות בפני פגיעות מרובה ומגבלת עייפות. כל תכונה מכנית נדון בנפרד להלן.

1. כוח

חוזק מתייחס ליכולת של חומר מתכת לעמוד בפני נזק (עיוות פלסטי מוגזם או שבר) תחת עומס סטטי. מאחר והעומס פועל בצורה של מתח, דחיסה, כיפוף, גזירה וכו', החוזק מתחלק גם לחוזק מתיחה, חוזק לחיצה, חוזק כיפוף, חוזק גזירה וכו'. לעיתים יש קשר מסוים בין חוזקות שונות. בשימוש, חוזק מתיחה משמש בדרך כלל כמדד החוזק הבסיסי ביותר.

2. פלסטיות

פלסטיות מתייחסת ליכולת של חומר מתכת לייצר דפורמציה פלסטית (דפורמציה קבועה) ללא הרס בעומס.

3. קשיות

קשיות היא מדד למידת קשיח או רך של חומר מתכת. כיום, השיטה הנפוצה ביותר למדידת קשיות בייצור היא שיטת קשיות הזחה, המשתמשת במכנס בעל צורה גיאומטרית מסוימת כדי ללחוץ לתוך פני השטח של חומר המתכת הנבדק בעומס מסוים, וערך הקשיות נמדד. מבוסס על מידת ההזחה.
השיטות הנפוצות כוללות קשיות Brinell (HB), קשיות Rockwell (HRA, HRB, HRC) וקשיות Vickers (HV).

4. עייפות

החוזק, הפלסטיות והקשיות שנדונו קודם הם כולם מדדי ביצועים מכניים של מתכת תחת עומס סטטי. למעשה, חלקי מכונות רבים מופעלים בעומס מחזורי, ועייפות תתרחש בחלקים בתנאים כאלה.

5. קשיחות השפעה

העומס הפועל על חלק המכונה במהירות גבוהה מאוד נקרא עומס פגיעה, והיכולת של מתכת להתנגד לנזק בעומס פגיעה נקראת קשיחות פגיעה.