تعریف تسلیم در پلاستیک

تعریف تسلیم در پلاستیک:
«نقطه تسلیم» (Yield Point) در منحنی تنش-کرنش، مبنای تشخیص حد الاستیک و شروع رفتار پلاستیک ماده محسوب می شود.

تسلیم، به معنای شروع شکستگی در بافت ماده است. «مقاومت تسلیم» (Yield Strength) یا «تنش تسلیم» (Yield Stress)، بیانگر مقدار تنشی است که ماده در آن شروع به تغییر شکل پلاستیک می کند اما نقطه تسلیم، محل شروع تغییر شکل غیر خطی (الاستیک + پلاستیک) را نشان می دهد.

تغییر شکل مواد پیش از رسیدن به نقطه تسلیم، به صورت الاستیک است؛ این یعنی در صورت حذف بارگذاری قبل از این نقطه، ماده به شکل اولیه خود باز خواهد گشت.

از سوی دیگر، اگر ماده از نقطه تسلیم خود عبور کند، مقداری از تغییر شکل به صورت دائمی و غیر قابل بازگشت باقی خواهد ماند.

نقطه تسلیم بیانگر بیشترین نیروی قابل اعمال (حد بالایی نیرو) بدون ایجاد تغییر شکل دائمی در جسم است.

از این رو، می توان آن را برای تعیین محدوده عملکرد قطعات مکانیکی استفاده کرد. در مهندسی سازه، تغییر شکل غیر دائمی یک شکستگی نرم به حساب می آید که معمولاً منجر شکستگی نهایی نمی شود اما فرآیند «کمانش» (Buckling) را تسریع می بخشد.

مقاومت تسلیم یکی از مهم ترین خواص مواد است که در روش های مختلفی از قبیل تغییر شکل مواد به وسیله فشار (آهنگری، نورد، پِرِس، خمش، کشش یا شکل دهی هیدرولیکی)، جدایش مواد با استفاده از برش (ماشین کاری) و اتصال اجزا مکانیکی توسط اتصال دهنده ها به کار گرفته می شود.

«نقطه تسلیم آفسِت» (Offset Yield Point) یا «تنش مبنا» (Proof Stress)، مقدار تنشی است که 0.2 درصد از تغییر شکل پلاستیک در آن رخ می دهد.

در تنش های اصلی سه بعدی (σ1, σ2, σ3)، با کنار هم گذاشتن تعداد بسیار زیادی از نقاط تسلیم، یک سطح تسلیم به وجود می آید.

تعریف تسلیم:
منحنی های تنش-کرنش مواد واقعی تنوع بسیار زیادی دارند و به همین دلیل، تعریف دقیق مفهوم تسلیم در اغلب موارد کار دشواری به حساب می آید.

به علاوه، روش های مختلفی برای تعریف تسلیم ارائه شده است که در ادامه، به توضیح آن ها می پردازیم:

حد الاستیک واقعی:
کمترین مقدار تنشی که در آن نابه جایی های مواد شروع به حرکت می کنند، با عنوان «حد الاستیک واقعی» (True Elastic Limit) شناخته می شود.

حرکت نابه جایی ها در تنش های بسیار پایین رخ می دهد و تشخیص آن بسیار دشوار است. از این رو، مفهوم حد الاستیک واقعی به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد.

حد تناسب:
تا پیش از رسیدن به «حد تناسب» (Proportionality Limit)، تغییرات تنش و کرنش با هم متناسب بوده (قانون هوک) و منحنی در این ناحیه به صورت یک خط راست است. شیب این خط با مقدار مدول الاستیسیته ماده برابری می کند.

حد الاستیک (مقاومت تسلیم):
پس از عبور از «حد الاستیک» (Elastic Limit)، تغییر شکل های حاصل از اعمال تنش به صورت دائمی خواهد بود. بنابراین حد الاستیک، کوچک ترین تنشی است که می توان در آن تغییر شکل دائمی را اندازه گیری کرد. این محاسبات، به یک فرآیند بارگذاری و باربرداری دستی نیاز دارد. علاوه بر این، دقت نتایج نیز به نوع تجهیزات و مهارت اپراتور بستگی خواهد داشت.

برای مواد الاستومر (مانند لاستیک)، مقدار حد الاستیک بسیار بزرگ تر حد تناسب است. به علاوه، اندازه گیری های دقیق صورت گرفته بر روی تغییرات کرنش، نشان داده اند که کرنش الاستیک برای الاستومرها در تنش های کوچک شروع می شود.

نقطه تسلیم:
نقطه تسلیم، نقطه ای است که در آن شیب منحنی تنش-کرنش کاهش می یابد و تغییر شکل پلاستیک آغاز می شود.

نقطه تسلیم آفسِت یا تنش مبنا:
هنگامی که تعیین نقطه تسلیم بر اساس تغییرات منحنی تنش-کرنش به سادگی امکان پذیر نباشد، یک نقطه تسلیم آفست برای ماده در نظر گرفته می شود. مقدار تنش در این نقطه به طور معمول برابر با 0.1 یا 0.2 درصد کرنش پلاستیک است.

مقدار آفست معمولاً به صورت یک اندیس در کنار پارامتر قرار می گیرد (Rp0.2=310 MPa). نقطه تسلیم آلیاژهای آلومینیوم و فولادِ بسیار مقاوم در منحنی تنش-کرنش آن ها قابل تشخیص نیست و برای این مواد از نقطه تسلیم آفست استفاده می شود.

نقاط تسلیم بالایی و پایینی:
رفتار برخی از فلزات (مانند فولاد نرم) به گونه ای است که ابتدا به یک نقطه تسلیم بالایی می رسند و سپس با شیب بسیار زیادی به یک نقطه تسلیم پایینی نزول پیدا می کنند.

در این مواد، منحنی تنش-کرنش پیش از رسیدن به نقطه تسلیم بالایی به صورت یک خط راست خواهد بود. با این وجود، در مهندسی سازه برای طراحی های محافظه کارانه (ایمنی بالاتر)، از نقطه تسلیم پایینی در محاسبات استفاده می شود.

اگر یک فلز تا نقطه تسلیم بالایی و بیشتر از آن تحت تنش قرار گرفته باشد، امکان گسترش «نوار لودر» (Lüders band) در آن وجود دارد. نوار لودر، محدوده ای با تغییر شکل پلاستیک موضعی در مواد است.