نقطه تسلیم

 انتقال ناشی از تنش از حالت جامد به مایع معمولاً به عنوان تنش تسلیم نامیده می شود. مواد تنش عملکردی از جمله خمیرها، گل، نفت خام و چاشنی‌هایی مانند سس مایونز در حالت استراحت دارای خواص جامد هستند، اما می‌توان آنها را تحت تنش اعمالی کافی تسلیم و روان کرد. با وجود فراگیر بودن و اهمیت آنها، تئوری 100 ساله موجود که رفتار چنین موادی را توصیف می کند، تنها در شرایط اولیه تنش برشی اعمال شده به خوبی تأیید شده است و فرض می کند که حالت جامد غیرقابل تغییر است. آزمایش‌ها و شبیه‌سازی‌های انجام‌شده تحت انبساط خالص، اطلاعات اساسی در مورد رفتار مواد در تنش تسلیم ارائه می‌کنند.

link

نقطه تسلیم

آیا تا به حال یک گیره کاغذ را کمی خم کرده اید و متوجه برگشتن آن شده اید؟ اما وقتی آن را بیشتر خم می کنید، متوجه شده اید که گیره کاغذ برای همیشه خم می شود؟ نقطه تسلیم حداکثر فاصله ای را که می توانید گیره کاغذ را بدون تغییر دائمی شکل آن خم کنید، تعیین می کند. نقطه تسلیم مرز بین تغییر شکل الاستیک و تغییر شکل پلاستیک است.

قبل از نقطه تسلیم، یک ماده با کشش پیوندهای اتمی خم می شود. فراتر از نقطه تسلیم، اتم ها تا حد خود کشیده شده اند و تغییر شکل بیشتری رخ می دهد زیرا اتم ها از کنار هم حرکت می کنند. در منحنی تنش-کرنش، نقطه تسلیم نقطه‌ای است که در آن منحنی دیگر صاف نیست.

چرا نقطه تنش بسیار مهم است؟

نقطه تسلیم قدرت تسلیم و تنش تسلیم را نشان می دهد. قدرت تسلیم حداکثر نیرویی است که یک ماده می تواند بدون آسیب دائمی تحمل کند. به طور مشابه، تنش تسلیم می تواند تعیین کند که مواد تا چه اندازه می توانند قبل از آسیب دائمی خم شوند. اگر می خواهید از فنر برای کاری استفاده کنید، باید فنر را در موقعیتی قرار دهید که نتواند از تنش تسلیم خود عبور کند. نقطه تسلیم همچنین نقطه ای است که تغییر شکل مواد از کشش پیوند اتمی به حرکت جابجایی تغییر می کند (در ادامه در این مورد بیشتر توضیح خواهیم داد).

آنچه در طول تسلیم اتفاق می افتد

برای درک آنچه در نقطه تسلیم اتفاق می‌افتد، باید بدانید که در سطح اتمی در حالت های الاستیک و پلاستیک چه اتفاقی می‌افتد. برای همه جامدات، افزایش تنش منجر به افزایش خطی کرنش می شود (به این قانون هوک می گویند). این ناحیه الاستیک ممکن است بسیار کوچک باشد یا ممکن است کاملاً گسترده باشد. با این حال، همیشه وجود دارد، زیرا تمام جامدات از اتم های متصل به یکدیگر ساخته شده اند. هنگامی که ماده برای اولین بار کشیده می شود، پیوندهای اتمی کشیده می شوند. آنها مانند فنر رفتار خواهند کرد، به همین دلیل است که قانون هوک اعمال می شود. بسته به استحکام پیوندهای اتمی، ساختار کریستالی و سایر عوامل بر میزان کشش پیوندها تأثیر می گذارد. بنابراین وقتی یک ماده را می کشید، منبسط می شود زیرا پیوندهای اتمی کشیده می شوند. اگر تنش را حذف کنید (زیر نقطه تسلیم)، پیوندهای اتمی شل می شوند و ماده شکل اولیه خود را بازیابی می کند.

عوامل موثر بر تسلیم

4  عامل اصلی وجود دارد که بر قدرت تسلیم تأثیر می گذارد (بدون احتساب متغیر خارجی مانند دما). این عوامل عبارتند از:

• سخت کاری
• پالایش مرز دانه/بلور
• سخت کاری رسوبی
• استحکام بخشی با محلول جامد

قدرت تسلیم نقطه ای است که در آن حرکت نابجایی آسان تر از کشش پیوند اتمی است. بنابراین، برای افزایش قدرا تسلیم می‌توانید استحکام پیوندهای اتمی را افزایش دهید (بدون تغییر کامل ماده واقعا امکان‌پذیر نیست)، یا می‌توانید حرکت نابجایی را دشوارتر کنید.

این 4 مکانیسم تقویت کننده همگی مانع از نا به جایی حرکت می شوند: