יסודות המדע חומרים: ביצועים מעוררים בעיצובים הנדסיים

(FLT:0) DuctilityFLT:1) מתאר את היכולת של חומר לעבור עיוות פלסטי לפני שבר. חומרי דוקטרייל, כגון רוב המתכות, יכול לספוג אנרגיה משמעותית באמצעות עיוות פלסטי, מתן התראה לפני כישלון קטסטרופלי ומאפשר להפצת מתח במבנים מורכבים.דוקטיביליות היא בדרך כלל מכוונת אחוז או ירידה של אחוזים במדדים מאזורים ממבחנים מפלסים.

(FLT:0) HardnessFLT:1) מודד התנגדות חומרית לעיוות פלסטיק מקומי, במיוחד רתיעה או שריטות. שיטות בדיקה קשיחות שונות קיימות, כולל Brinell, Rockwell ו-Wickers, כל אחד מתאים לסוגים שונים של חומר ויישומים.קשה מתואמים עם התנגדות לבישה, עבור מתכות, לעתים קרובות מתייחס לעשרות כוח באמצעות מערכות יחסים אמפיריות, יכול להיות טיפול חזק יותר, תוך כדי שיפור שיטות קשות, תוך שימוש, תוך שימוש באמצעים קשים, תוך שימושיים, תוך שימושים שונים, תוך שימושים, תוך שימושים, תוך שימושיים, תוך שימושיים, תוך שימושיים, תוך שימושיים, תוך כדי טיפולים שונים, תוך כדי טיפולים, תוך שימושים שונים, עם עדשות קשות, עם הילוך חזק יותר ויותר, עם הילוך גבוה יותר ויותר, עם הילוך גבוה יותר ויותר, עם הילוך גבוה יותר ויותר, באמצעות שיטות עם שיטות עם שיטות קשות, באמצעות שיטות עם שיטות עם עדשות קשות, תוך שימוש באמצעים קשים, תוך שימוש בטכניקות של עדשות קשות, עם עדשות קשות, באמצעות שיטות עם טיפול חזק, תוך שימוש בטכניקות של עדשות קשות, תוך שימוש, באמצעות שיטות עם עמידות, תוך שימוש בטכניקות של עדשות קשות, תוך שימוש בטכניקות של עדשות קשות,

(FLT:0) oughnessFLT:1 מייצג את היכולת של חומר לספוג אנרגיה לפני שבר, שילוב כוח ודקטיות כאחד.נכס זה הוא קריטי במיוחד ביישומים שבהם ההשפעה של טעינה או עמידות לפצח היא חשובה.קשה על פי סטרידור, מושג קשור, אם כי הוא מצדיק התנגדות של חומר לפצח צמיחה והוא חיוני לחיזוי ההתנהגות של רכיבים המכילים פגמים או פגמים של פיתוח ידוע על ידי מבנים הנדסיים.

(FLT:0) התנגדות Fatigue ResistanceFLT:1 מתאר את היכולת של חומר לעמוד על טעינה מחזורית חוזרת ללא כישלון.כשלים הנדסיים רבים מתרחשים עקב עייפות ברמות הלחץ גם מתחת לעוצמה סטטית של החומר.הבנת התנהגות עייפות היא חיונית עבור רכיבים חשופים לשרירים, רכיבה תרמית, או טעינה חוזרת, כגון מבנים מטוסים, מערכות השעיה לרכב, ומכשירי מסתובבים תלויים על מתח, מתח, מתח, מתח, מתח, מתח, ותדירות, ותדירות.

(FLT:0Creep ResistanceFLT:1 הופך חשוב כאשר חומרים פועלים בטמפרטורות גבוהות תחת עומסים מתמשך. Creep הוא עיוות פלסטיק תלוי הזמן המתרחש תחת לחץ קבוע, במיוחד בטמפרטורות מעל 40% של נקודת ההמיסה המוחלטת. Gas טורבינות, צינורות קיטור, ורכיבי פרווה חייבים להיות מעוצבים עם שיקולים ממושכים בראש.

תכונות פיזיות ו-Thermal Properties

(FLT:0) רגישויות FLT:1 משפיע על משקל של רכיבים ומבנים, שיקול קריטי ביישומים תחבורה שבו משקל משפיע ישירות על יעילות הדלק וביצועים.יחס משקל-למשקל ויחסי משקל-למשקל הם לעתים קרובות יותר חשוב מאשר כוח מוחלט או נוקשות במרחב האווירי, כלי רכב ומוצרים ספורטיביים.זה מסביר את האימוץ הנרחב של ⁇ , טיטניום, סגסוגת רגישות, לעומת חומרים מורכבים יותר, למרות עלות יותר, למרות עלות יותר, למרות עלות פלדה, לעומת משקלם.

(FLT:0) מוליכות נורמטיבית (FLT) קובע כיצד החום זורם דרך חומר. מוליכות תרמית גבוהה רצויה בחילופי חום, כיור חום אלקטרוני, וכלי בישול, שבו נדרשת העברת חום יעילה. ניגודיות נמוכה היא יתרון ביישומים תרמיים ביישומים בידוד.

(FLT:0) הרחבה של ThermalventFLT:1 מתאר כיצד ממדים של חומר משתנים עם טמפרטורה. התרחבות תרמית שונה בין חומרים מחוברים יכול ליצור מתחים משמעותיים במהלך שינויים טמפרטורה, פוטנציאל מוביל לכישלון. מהנדסים חייב לשקול בזהירות את ניגודי ההתרחבות התרמית כאשר עיצוב אסיפות המכילות חומרים מרובים, במיוחד יישומים מנוסים טווחי טמפרטורה רחב.

(FLT:0) תכונות אלקטרוניקה 1 טווח מהתנהגות מעולה במכות כמו נחושת ואלומיניום כדי בידוד התנהגות ברוב הקרמיקה והפולימרים. Semiconducting חומרים כמו סיליקון לתפוס עמדה ביניים וליצור את הבסיס של אלקטרוניקה מודרנית. התנגדות חשמלית, כוח דיאלקטרי, וקבוע דיאלקטרי הם פרמטרים חשובים עבור חומרים המשמשים יישומים חשמליים ואלקטרוניקה.

תכונות כימיות וסביבתיות

(FLT:0Corrosion ResistanceFLT:1) קובע את היכולת של חומר לעמוד בהשפלה בשל תגובות כימיות עם הסביבה שלו. Corrosion לוקח צורות רבות, כולל קורוזיה אחידה, מתפתל, קריון קריקטוריון, galvanic corrosion, למרות סגסוגת חומרים מבוזרת, אין רמות סגסוגת אוניברסליות, קריסת קירור.

(FLT:0) אוקסידציה התנגדות FLT:1 הופך קריטי בטמפרטורות גבוהות שבו חומרים רבים מגיבים עם חמצן אטמוספירי. ⁇ עתיר-טמפרטורה גבוהה לפתח סולמות תחמוצת הגנה איטיות יותר חמצון, בעוד כמה חומרים דורשים ציפויים מגן כדי למנוע השפלה מהירה.הפיתוח של חומרים עמידים חמצון וציפויים החלים איפשרו את פעולת טורבינות גז, טמפרטורות גבוהות יותר ויותר.

(FLT:0Chemical תאימות תאימות:0) 1 (FLT:1 ), עם נוזלי תהליכים, דלקים, פותרים וחומרים אחרים הוא חיוני לעיבוד כימי, מערכות דלק, ועוד יישומים רבים אחרים. Polymers רגישים במיוחד להתקפה כימית, עם כמה פותרים גורמים נפיחות, פירוק, או ירידה של נכסים.

תהליך הבחירה החומרי בעיצוב הנדסי

בחירה חומרית מייצגת את אחת ההחלטות הקריטיות ביותר בתכנון הנדסי, השפעה ישירה על הביצועים, האמינות, עלות, מניפולציה, וקיימות. גישה שיטתית לבחירת חומרים מסייעת למהנדסים לנווט את מערך החומרים הזמין העצום של חומרים זמינים ולזהות אפשרויות אופטימליות עבור יישומים ספציפיים.

דרישות ו Constraints

תהליך הבחירה החומרי מתחיל בהגדרה ברורה של דרישות ומגבלות.דרישות פונקציונליות מציין מה המרכיב חייב לעשות: תמיכה בעומסים, לבצע חשמל, לעמוד בפני קורוזיה, לשמור על יציבות ממדית, או לבצע פונקציות חיוניות אחרות.דרישות אלה מתורגמות לצרכים מסוימים של רכוש חומרי.לדוגמה, מרכיב מבני הנגרם לעומסי העמסה דורשות מספיקות ונוקשות, בעוד משטח צריך התנגדות טובה וחיכוך נמוך.

תנאי הסביבה משפיעים עמוקות על בחירת החומר.טווח הטמפרטורה התפעולית, חשיפה לחומרים קורוזיים, לחות, קרינה וגורמים סביבתיים אחרים חייבים להיחשב בזהירות. חומר המבוצע מצוין בסביבה אחת עלול להיכשל במהירות באחר. לדוגמה, פולימרים רבים שעובדים היטב בטמפרטורת החדר הופכים לערעור בטמפרטורות נמוכות או לרכך יתר בטמפרטורות גבוהות.

מגבלות ייצור לעתים קרובות להגביל את הבחירות החומריות.חומר שנבחר חייב להיות תואם תהליכים ייצור אפשריים או כלכלית. ג'ממטות מורכבות עשויים לדרוש חומרים המתאימים ליהוק או הזרקת עובש, בעוד רכיבים בעלי אחריות גבוהה עשויים להיות זקוקים לחומרים שניתן למכונה במדויק. כמה חומרים מתקדמים מציעים תכונות גבוהות יותר אבל דורשים ציוד עיבוד מיוחד או טכניקות אשר לא ניתן יהיה זמין או יעיל.

שיקולים כלכליים ממלאים תפקיד מכריע בבחירת החומר.בעוד שעלויות החומריות חשובות, מהנדסים חייבים לשקול את העלות הכוללת של מחזור חיים, כולל עיבוד, הרכבה, תחזוקה ועלויות של סילוק. חומר יקר יותר המפחית את עלויות הייצור, להאריך את חיי השירות, או לשפר את הביצועים עשויים להוכיח יותר כלכלית הכוללת מאשר חלופה זולה יותר.ניתוח עלות מחזור החיים מספק מסגרת לביצוע עסקאות כלכליות מורכבות אלה.

סקר ודירוג חומרים

עם דרישות מוגדרות, מהנדסים יכולים למסך את היקום של חומרים זמינים לזהות מועמדים ראויים לשיקול מפורט.תהליך ההקרנה הזה בדרך כלל מתקדם בשלבים, לצמצם בהדרגה את השדה.ההקרנה הראשונית מבטלת חומרים שלא עומדים בדרישות חובה, כגון כוח מינימלי, צפיפות מקסימלית, או התנגדות קורוזית הנדרשת.זה מפחית במהירות אלפי חומרים פוטנציאליים כדי לנהל תת-קבוצה.

מדדי ביצועים מספקים כלים חזקים להשוואה בין חומרים ביישומים ספציפיים.שילובים ללא ממד אלה של תכונות מאפשרים השוואה ישירה של חומרים עבור תרחישי טעינה מסוימים.לדוגמה, הנוקשות הספציפית (מודלים טבעיים מחולקים על ידי צפיפות) מצביעה על כך חומרים מספקים נוקשות למשקל מינימלי ביישומים שבהם יש למזער את הדה-השטוש.

תרשימים חומריים של רכוש, חלוצי על ידי פרופסור מיכאל אשבי, מאפשרים השוואה חזותית של חומרים על פני ממדים מרובים. ⁇ אלה מבססים נכס אחד כנגד אחר (כגון כוח מול צפיפות) עם חומרים שקבוצתם בכיתה. Contours של כתבי אישום קבועים יכול להיות overlaid, המאפשר מהנדסים לזהות במהירות חומרים שאופטימיזציה של קריטריונים ביצועים ספציפיים. גישה גרפית זו מספקת תובנה של בחירת חומרים אינטואיטיבית וזיהוי עוזר אפשרויות לא שגרתיות שעשויות להתעלם אחרת.

הערכה מפורטת ובדיקה

חומרים מועמדים ששרדו את ההקרנה הראשונית דורשים הערכה מפורטת.נתוני החומר שפורסם מספק נקודת התחלה, אבל מהנדסים חייבים להכיר כי תכונות בפועל תלויות על סגסוגת מסוימת, עיבוד ההיסטוריה, טיפול חום, וגורמים אחרים. מפרטים וסטנדרטים חומרים לעזור להבטיח עקביות, אבל בדיקות אימות הוא לעתים קרובות prudent, במיוחד עבור יישומים קריטיים.

בדיקות פרוטוטיפ בתנאי שירות מדומים מספקות מידע חשוב על ביצועים בעולם האמיתי.שיטות בדיקה מואצות יכולות לחזות התנהגות ארוכת טווח במסגרות זמן דחוסות, אם כי יש לנקוט זהירות כדי להבטיח כי בדיקות מואצות מייצגים באופן מדויק מנגנוני השפלה בפועל.אנליזה של אלמנט בסיס Finite וכלים חישוביים אחרים מאפשרים למהנדסים לחזות התפלגות מתח, התנהגות תרמית, והיבטים אחרים ביצועים לפני ביצוע אבטיפוס פיזי יקר.

הערכת הספק היא היבט של בחירה חומרית לעתים קרובות.החומר הטוב ביותר הוא בעל ערך מועט אם אין זה יכול להיות מקורב באופן אמין עלות ושיקולי שרשרת אספקה מקובלים, כולל זמינות, זמנים מובילים, עקביות איכותית ויציבות פיננסית הספקית, צריך לקחת בחשבון החלטות בחירה חומרית, במיוחד עבור ייצור גבוה ופרויקטים לטווח ארוך.

טכניקות מתקדמות ל- Enhancing Materials Performance

בעוד בחירת חומר הבסיס המתאים הוא חיוני, מהנדסים פיתחו טכניקות רבות כדי לשפר את התכונות החומריות מעבר למצבם הקבלני. שיטות שיפור אלה מאפשרות אופטימיזציה של ביצועים חומריים עבור יישומים ספציפיים, לעתים קרובות להשיג שילובי רכוש בלתי אפשריים בחומרים לא מתואמים.

תהליכי טיפול

טיפול חום כולל מגוון של תהליכי חימום מבוקר וקירור שמשנים את המיקרו-מבנה והמאפיינים של חומרים, במיוחד מתכות.תהליכים אלה מנצלים את הקשר בין טמפרטורה, זמן ואבולוציה מיקרו-מבנה כדי להשיג שילובי נכסים הרצויים.

(FLT:0) AnnealingofLT:1) כולל חימום חומר לטמפרטורה מסוימת, מחזיק אותו שם כדי לאפשר שינויים מיקרו-מבנה להתרחש, ולאחר מכן קירור אותו לאט.תהליך זה מקל על לחצים פנימיים, מגביר את המיומנות, לחדד מבנה דגנים, ומשפר את יכולת הסימון.תהליכים אנמנלינג שונים לשרת מטרות שונות: נשימות מלאה מייצרת סולמות, לחץ מרגיע שאריות של nealing ללא מתחים גדולים ואפקטים של פעילות גופנית.

(FLT:0)Quenching ומזג את 1:1) הוא תהליך שני שלבים בשימוש נרחב עבור פלדה. Quenching כרוך קירור מהיר מטמפרטורה גבוהה, בדרך כלל על ידי ⁇ במים, שמן, או פתרונות פולימרים. זה קירור מהיר מייצר קשה, מרטן בשפע בפלדות.

(FLT:0Case hardingFLT:1 תהליכים ליצור שכבת משטח קשה, עונדת עמידת על פני השטח תוך שמירה על ליבה קשוחה, דוקטריה, carburburizing מציגה פחמן לתוך פני השטח של פלדה פחמן נמוך, אשר לאחר מכן הוא מוקרן כדי לייצר תיק מטבול חזק, כמו גם מכשולים קשים לרכיבים קשים.

(FLT:0) ,Precipitation HardingFLT:1, נקרא גם הזדקנות קשיחה, מחזק אלומיניום מסוים, ניקל, וסגסוגת אחרים באמצעות היווצרות של חלקיקים precipitate קנס.התהליך כרוך טיפול פתרון בטמפרטורה גבוהה כדי לפזר אלמנטים סגסוגת, קירור מהיר כדי ליצור פתרון מוצק על-טבעי, ולאחר מכן ההזדקנות בטמפרטורה בינונית כדי להמריץ חלקיקים זה מאפשר לסגסוגת נמוכה של אלומיניום מתקרבת.

אסטרטגיות Alloying

הכלויה – תוספת מכוונת של אלמנטים למתכת בסיסית – מייצגת את אחד הכלים החזקים ביותר להתאמה של תכונות חומריות. אלמנטים של Alloying יכולים לחזק חומרים באמצעות מנגנונים שונים, לשפר את עמידות קורוזיה, לשפר ביצועים עתיריים גבוהים, ולשנות תכונות פיזיות כמו מוליכות חשמלית או התנהגות מגנטית.

בפלדות, פחמן הוא היסוד העיקרי של סגסוגת פחמן, עם תוכן פחמן לקבוע אם החומר הוא פחמן נמוך (mild) פלדה, פלדה בינונית פחמן, או פלדה פחמן גבוה. אלמנטים סגסוגת נוסף לשרת מטרות ספציפיות: chromi מספקת התנגדות קורוזיה קשיחות, ניקל משפר את קשיחות ואת עמידות קורוזיה, משפר חום גבוה, כוח רב עוצמה והתנגדות, קריסה, מאפשר עלייה של פלדה, וחוזקה, 000 כוח מרועון, וחוזק.

⁇ אלומיניום משתמשים אלמנטים כמו נחושת, מגנזיום, סיליקון, אבץ כדי להשיג שילובים שונים של רכוש.מערכת סגסוגת אלומיניום סגסוגת סגסוגת סגסוגת סגסוגת על ידי אלמנט ⁇ ראשוני, עם כל סדרה המציעה מאפיינים נפרדים.לדוגמה, 2xxx סדרה ⁇ s (alumi-copper) מציעים כוח גבוה עבור יישומים אווירו חלל, 5xxxs (alnum-maiums) לספק קורוזיה מעולה עבור יישומים אדריכליים ו-אלומיניום (ampleity) מציעים כוח מתון (a) סגסוגת אנרגיה בינונית עבור יישומים מגנטית כוח בינוניים) ו-אלומיניום) מציעים סגסוגת אלומיניום 6gneilium (amicable) מציעים סגסוגת כוח בינוני (am) מציעים סגסוגת כוח עבור יישומים).

Superalloys, המבוסס על ניקל, cobalt, או ברזל-ניקל, מכילים שילובים מורכבים של אלמנטים ⁇ שנועדו לשמור על כוח והתנגדות חמצון וקורוזיון בטמפרטורות מעל 1000 מעלות צלזיוס. חומרים יוצאי דופן אלה מאפשרים טורבינות גז מודרני לפעול בטמפרטורות שבו ⁇ s זוהר אדום-חם, השגת יעילות גבוהה דרש על ידי חלל ויישומים כוח.

הנדסה וטכנולוגיות מתקפלות

הנדסה משטח משנה את המאפיינים של חומרים תוך השארת נכסים רבים ללא שינוי.גישה זו מאפשרת למהנדסים לייעל את פני השטח ואת הנכסים העיקריים באופן עצמאי, השגת שילובים בלתי אפשריים בחומרים הומוגניים.רכיב עשוי להיות קשה, בעלים עמיד, משטח עמיד בפני קורוזיה נתמך על ידי תת-קרקעית קשוחה, דוקטרישה, אשר מתנגדת להשפעה ולעייפות.

(FLT:0) ציפוי תרסיסים הירושה 1 (FLT:1) כרוכים בחומרים ציפוי חימום למצב מלוטש או חצי-מטרטן ומניע אותם במהירות גבוהה על פני השטח תת-קרקעית. תהליכי תרסיס תרמי שונים קיימים, כולל תרסיס פלזמה, להריסה, וצמיגים עתירי פולינזיס גבוה (HVOF) תרסיסים, כל אחד מתאים לחומרים שונים ויישומים תרמיים, יכול ליישם ממתכתיים, ממתכתיים, ממתכת, ממתכת גבוהה.

(ב) [15] ,0 ⁇ ⁇ (PVD) ⁇ FLT) 1 ו- (FLT:2chemical vapor deposition (CVD) ,FLT 3 יוצר ציפוי דק, צפוף באמצעות תהליכים PTor-phase. PVD תהליכים ניטאריים מאוד, כולל sputtering דקורטיביים ו-evaporation, ציפוי פיזי ממקור למצע תת-קרקעי אלה.

(FLT:0) חשמלורינג ואלקטרול ללא ספק platingFLT:1) הפיקד ציפוי מתכתי מפתרון.אלקטרופלינג משתמש זרם חשמלי כדי להפחית את הזרמים המתכתיים על תת-קרקעית התנהגותית, בעוד אלקטרו-less plating מסתמכ על הפחתת כימיקלים ללא זרם חיצוני.

(FLT:0)Conversion ציפויsFLT:1 מבחינה כימית להמיר את פני השטח תת-קרקעי לתוך תרכובת מגן. Anodizing אלומיניום יוצר שכבת תחמוצת אלומיניום עבה, קשה אלומיניום המגנה מפני קורוזיה ויכול להיות צבוע למטרות דקורטיביות. phosphate ציפויים על פלדה לספק הגנה קורוזיה ולשפר את ציפויי המרה צבע.

עיבוד מכני ועבודה קשה

עיבוד מכני בטמפרטורות מתחת לטמפרטורת ההרסה, הנקרא עבודה קרה, עיוותים לצמיתות חומרים תוך הגדלת כוחם וקשידותם.תופעה זו, הידועה כקשה על העבודה או לחץ, מתרחשת משום שעיוות פלסטי מגביר את צפיפות הניתוקויות (מומים קריסטליים) בחומר, מה שהופך עיוות נוסף קשה יותר.

תהליכים קרים עבודה כוללים מתגלגל, ציור, חדירה, ועיבוד שבוצעו בטמפרטורת החדר או מעט טמפרטורות גבוהות יותר. תהליכים אלה לא רק לעצב חומרים אלא גם לשפר את התכונות המכניות שלהם. גיליון פלדה קר, למשל, חזק באופן משמעותי מאשר גיליון חם של אותה הרכב. Wire שואבת בהדרגה מקטין חוט תוך הגדלת כוח, המאפשר ייצור של חוטים גבוהים, מעיינות, חיזוק.

תואר של עבודה קרה ניתן לשלוט כדי להשיג רמות לרכוש הרצויות.עם זאת, עבודה קרה מוגזמת יכולה להפוך חומרים קשים מדי ושבריר עבור עיבוד נוסף או שירות. Intermediate annealing טיפולים יכול לשחזר את הדוקטרינה, המאפשר עבודה קרה נוספת אם יש צורך. שילוב זה של עבודה קרה ו annealing מאפשר ייצור של חומרים עם תכונות מבוקרות בדיוק.

יריה הצצה, תהליך עבודה קר מיוחד, פצצות על פני השטח עם מדיה spherical קטנה, גרימת מתחים דחוסים בשכבת פני השטח. אלה מדגישים דחוסים לשפר באופן דרמטי את ההתנגדות על ידי התנגדות ללחץ רביר שמניעה סדקים וצמיחה. Shot הצצה משמש נרחב על רכיבי מטוסים, מעיינות, הילוכים, וחלקים קריטיים אחרים, לעתים קרובות מרחיבים את החיים על ידי שני גורמים לעשר או יותר.

חומרים הנדסיים משותפים ויישומים שלהם

הבנת המאפיינים והיישומים האופייניים של חומרי הנדסה משותפים מסייעת למהנדסים לקבל החלטות בחירה מושכלות ולהכיר הזדמנויות עבור החלפת חומרים או חדשנות.

פלדה ו- Iron Based Alloys

(FLT:0) פלדות פחמן פחמן-פחמן (Low-carbonsFLT:1), המכילות פחות מ- 0.3% פחמן, מציעים יכולת טובה, יכולת מדידה, וכוח מתון בעלות נמוכה. פלדות אלה שולטות ביישומים מבניים, לוחות גוף רכב, מכשירים, וההפצה כללית שלהם.שילוב של תכונות נאותות וכלכלה הופכת אותם לחומרי העבודה של התעשייה המודרנית.

(FLT:0Medium-carbon פלדות פחמן 1.10.10.1, עם 0.3-0.6% פחמן, לספק כוח גבוה יותר וניתן לטפל בחום כדי להשיג מגוון רחב של נכסים.פלדות אלה משמשים עבור חלקי מכונות, רכיבי רכב כמו crankshafts וחיבור מוטות, רכבות, יישומים מבניים הדורשים כוח גבוה יותר מאשר פלדות פחמן נמוך לספק טיפול חום מאפשר להתאים תכונות לדרישות ספציפיות.

(FLT:0) פלדות פחמן גבוה FLT:1, המכיל 0.6-1.4% פחמן, מציעים קשיחות גבוהה ללבוש התנגדות כאשר טיפול חום כראוי. יישומים כוללים חיתוך כלים, מעיינות, חוט גבוה, ומת. פלדה אלה הם יותר קשה לנרד וצורה מאשר ציונים פחמן נמוך יותר, אבל להצטיין ביישומים הדורשים קשיחות מקסימלית והתנגדות ללבוש.

(FLT:0) פלדות חסרות תקדים (Stainless SteelsFLT:1) מכיל לפחות 10.5% כרום, המהווה סרט תחמוצת פסיבי המספק התנגדות קורוזיה מעולה.שלוש המשפחות הראשיות - אמפיריות, ferritic, ו martensitic - יחד עם שילובי רכוש שונים. Austenitic נירוסטה (כמו 304 ו 316) לספק את ההתנגדות הטובה ביותר קורוזיאלית ולהפחית ציוד כימי, אך ניתן להשתמש ביישומים קשים, אך ורקדליקומים קשים, אך ורקדה מגנטית חום.

(FLT:0Tool SteelsFLT:1) הם פלדות ⁇ פחמן מיוחדות המיועדות חיתוך, להרכיב, ועיצוב חומרים אחרים.ציוני פלדה כלי שונים הם אופטימיזציה עבור יישומים ספציפיים: פלדה מהירה גבוהה לשמור על קשיחות בטמפרטורות גבוהות עבור חיתוך מתכת, זעזועים עמידים לעמוד בפני השפעה על צ'יפים ו אגרוף, וכלי רכב קר מספקים עמידות עבור מתכת מוגברת של כלי מתכת אפילו שיפור של פלדה.

(FLT:0CastironssigsFLT:1), המכיל 24% פחמן, הם חומרים כלכליים המציעים קבילות טובה, ללבוש התנגדות, רטט לחות. Gray הטיל ברזל, עם פחמן הנוכחי כמו פעלולים גרפיטי, מספק יכולת מעולה ולחות עבור בסיסים מכונה ומכשולים מנועים. דוקטפיל, שבו צורות גרפיטי כמו spheroids, מציע הרבה יותר טוב, וקשנות טובה תוך שמירה על שילוב של ברזל.

אלומיניום והכלוי

השילוב של אלומיניום של צפיפות נמוכה (כשליש פלדה), התנגדות קורוזיה טובה, מוליכות תרמית וחשמלית גבוהה, וכושר ראייה מעולה הפך אותו השני בשימוש נרחב ביותר לאחר פלדה.אלומיניום טהור הוא יחסית רך, אבל סגסוגת וטיפול חום יכול לייצר ⁇ עם כוח מתקרב זה של פלדה תוך שמירה על הדחיסות של אלומיניום.

(FLT:0 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ) הם בעצם אלומיניום טהור (99% ומעלה) המשמש למוליכים חשמליים, ציוד כימי, יישומים דקורטיביים שבו כוח גבוה אינו נדרש. ⁇ אלה מציעים התנגדות קורוזיה מקסימלית ו מוליכות אבל כוח מוגבל.

(FLT:0 ⁇ ⁇ סגסוגת אלומיניום-קוקפר, כולל סגסוגת 2024 המפורסם, לספק כוח גבוה באמצעות משקעים קשיחות. ⁇ אלה משמשים נרחב במבנים אווירקל, אם כי הם קצת מופחת התנגדות קורוזיה בהשוואה ⁇ אלומיניום אחרים ובדרך כלל דורשים טיפולים הגנה או קלדה.

(FLT:05xxx seriesFLT:1 ⁇ אלומיניום-magnesium מציעים עמידות קורוזיה מעולה, במיוחד בסביבות ימיות, יחד עם יכולת טובה וכוח מתון.יישומים כוללים משחות סירה, מבנים ימיים, משולש רכב וכלי לחץ. ⁇ אלה שאינם מטופלים מחממת מתחזקים בעיקר באמצעות פתרון מוצק וחיזוק עבודה קשה.

(FLT:06xxx seriesofLT:1 ; אלומיניום-magnesium-silicon ⁇ s לספק איזון טוב של כוח, עמידות קורוזיה, יכולת צורה, ו Weldability. Alloy 6061 הוא אחד מסגסוגת אלומיניום רב תכליתי בשימוש נרחב, נמצא יישומים מבניים, רכיבי רכב, מסגרות אופניים, ואינספור מוצרים אחרים להגיב למשקעים קשים מאוד והם מפורשים לצורות מורכבות.

(FLT:07xxx seriesofFLT:1 ⁇ אלומיניום-zinc, במיוחד 7075, מציעים את הכוח הגבוה ביותר של כל ⁇ אלומיניום, מתקרב או מעל כוח של פלדה רבים. ⁇ אלה חיוניים עבור רכיבים אוויריים מתוחים מאוד, אם כי הם דורשים תשומת לב זהירה להגנה קורוזיה ולחצים סדקים התנגדות.

פולימרים ופלסטיק

(FLT:0)Polyethylene (PE)FearLT:1, זמין בdensity נמוכה (LDPE), density גבוהה (HDPE), משקל מולקולרי גבוה (UHMW) טפסים, הוא הפלסטיק המיוצר ביותר המיוצר נרחב. LDPE משמש עבור סרטים גמישים אריזה, HDPE עבור בקבוקים, צינורות, ומכלים, ו-HPE עבור יישומים כימיים, כמו גם חומרים כימיים, כמו גם חומרים כימיים.

(FLT:0)Polypropylene (PP)FIRLT:1 מספק כוח גבוה יותר והתנגדות טמפרטורה מאשר פוליאתילן תוך שמירה על התנגדות כימית טובה ועלות נמוכה.יישומים כוללים רכיבי רכב, חי hinges (אשר ניצול ההתנגדות הגמישות של פוליפרופילן), מכולות וסיבים לחבל ולשטיח.

(FLT:0) פוביאל כלור (PVC)BuildFLT) 1 משמש נרחב בבנייה עבור צינורות, אח, מסגרת החלון, וריצוף.Rid PVC מציע כוח טוב והתנגדות כימית, בעוד PVC מפלסטיק מספק גמישות עבור יישומים כמו בידוד חוט ומוצרים מעוננים.

(FLT:0)Polystyrene (PS)FearLT:1 קיים במספר צורות: פוליסטרון בעל מטרות כלליות הוא ברור וגלוי, המשמש לכוסים חד פעמיים ואריזות; פוליסטרקטיטוריון (HIPS) משלב גומי עבור קשיחות משופרת; ורחב את פוליקטן (EPS) מספק בידוד מעולה ו cushioning פוליסטריון.

(FLT:0)Nylon (polyamide) מציע תכונות מכניות מצוינות, ללבוש התנגדות והתנגדות כימית סוגים שונים של ניילון קיימים, עם ניילון 6 ו ניילון 6,6 להיות הנפוץ ביותר. יישומים כוללים הילוכים, נושאים, מזרז, סיבים עבור טקסטיל וחבל, ואת רכיבי רכב.

(FLT:0Engineering plasticciosFLT:1 כמו פוליקרבונט, acetal (POM), ופוליסטרים (PET, PBT) מציעים תכונות משופרות להצדיק עלויות גבוהות יותר. Polycarbonate מספק התנגדות יוצאת דופן ושקיפות עבור בוהק בטיחות, דיור אלקטרוני, ואופטימי מדיה. Acetal מציעה יציבות ממדית מעולה, חיכוך נמוך, תכונות מכניות עבור דיוקים ואביזרים מכניים עבור תכונות מכניות עבור תכונות מכניות טוב (מתאים מכניים).

(FLT:0) חומרים פולימרים בעלי ביצועים גבוהים (FLT:1 כולל PEEK, PPS, פולימיסטים, פלואופולמרים משרתים יישומים תובעניים שבהם פלסטיק קונבנציונלי נכשל.חומרים אלה מציעים עמידות טמפרטורה יוצאת דופן, עמידות כימית ונכסים מכניים, המאפשרים החלפת מתכות ביישומים רבים.PEEK, למשל, יכול לפעול ברציפות ב 250°C ומשמשים בחלל, שמן וכיסויים למחסור כימי (PTSD) כמו , מצופה ממחסור ביישומים לא , כמו , כמו PTSD.

חומרים סרמיים בהנדסה

(FLT:0)Alumina (aluminum oxide) irLT:1) הוא הקרמיקה ההנדסית הנפוצה ביותר, המציע קשיחות מעולה, ללבוש התנגדות, בידוד חשמל, ויציבות כימית בעלות מתונה. יישומים כוללים שילובים כלי חיתוך, מרכיבים עמידים ללבוש, אינסטלטורים חשמליים, ושתלים ביו-רפואיים שונים זמינים, מ-85% ליישומים לטוהר כללי ל-99.9% ודורשים חשמל ו-99.9%.

(FLT:0) ,bideFLT:1 מספק קשיחות יוצאת דופן (יהלום משוער), כוח עתירי גבוה, ו מוליכות תרמית.נכסים אלה להפוך סיליקון אידיאלי עבור abrasivesives, כלים חיתוך, רכיבים פרוזה עתירית עתירית גבוהה, ללבוש חלקים.

(FLT:0) ניטריד ניטריד (FLT:103) מציע כוח עתיר גדול מצטיינים, עמידות הלם תרמי, ולבוש התנגדות.נכסים אלה להפוך אותו יקר עבור חיתוך כלים, רכיבי מנוע, ונושאות. סיליקון ניטרידיס, למשל, מאפשר הפעלה במהירויות גבוהות יותר וטמפרטורות מאשר ערכות פלדה תוך התנגדות קורוזיציה ומניעה של חוסר שטף ביישומים מסוימים.

(FLT:0)Zirconia (zirconium oxideigture)FLT:1 יכול להיות קשוח באמצעות מנגנוני טרנספורמציה, השגת רמות קשיחות כמה פעמים גבוה יותר מאשר קרמיקה אחרת.חלקית zirconia zirconia-toughonia-toughed alumina משלבת כוח גבוה עם שבר משופר עבור חיתוך כלים, ללבוש חלקים, ויישומים ביו-רפואיים.

(FLT:0Glass ו- Glass-ceramicsveFLT:1) משרתים יישומים הנדסיים רבים מעבר לחלונות מסורתיים ומכלים.Borosilicate משקפיים מציעים הרחבה תרמית נמוכה עבור משקפי זכוכית ובישול. Glass-ceramics כמו Pyroceram משלב את יכולת הזכוכית עם כוח וזעזוע תרמי של קרמיקה עבור מכונות בישול ומראות מיוחדים לספק תכונות אופטיות עבור סיבים אופטיים, עבור תצוגות, עבור תצוגות אופטיים עבור תצוגות אופטיים אלקטרוניים, , , תצוגות תקשורת אופטית, קרמיקה.

מגמות מתפתחות וכיוונים עתידיים בחומרים מדע

חומרים מדע ממשיך להתפתח במהירות, מונע על ידי קידום טכניקות אפיון, יכולות חישוביות, וצרכים חברתיים דחופים של חומרים בר קיימא, ביצועים גבוהים. מגמות מספר מעצבות את העתיד של הנדסה חומרים ופותחת אפשרויות חדשות לעיצוב הנדסי.

עיצוב חומרים Computational Materials Design

שילוב של שיטות חישוביות למדע החומרים הוא מהפכה כיצד חומרים חדשים מתגלים ומטמים.דונות פונקציונלית דמנציה וסימולציות מולקולריות מאפשרות חיזוי של תכונות חומריות מעקרונות ראשונים, צמצום ההסתמכות על ניסויים ניסיוניים יקרים וזמניים. אלגוריתמי למידת מכונה יכולים לזהות דפוסים במאגרי נתונים עצומים, המציעים יצירות מבטיחות ודרכי עיבוד שלעולם לא יגלו באמצעות גישות מסורתיות.

החומרים Genome Initiative ומאמצים דומים ברחבי העולם שואפים להאיץ את פיתוח החומרים על ידי יצירת כלים חישוביים משולבים, מסדי נתונים וטכניקות ניסיוניות. גישה זו כבר קצרה מחזורי פיתוח עבור חומרים חדשים מעשרות שנים עד שנים או אפילו חודשים במקרים מסוימים. כמו עלייה של כוח חישובי ואלגוריתמים שיפור, עיצוב חומרים חישוביים יהיה מרכזי יותר ויותר להנדסה חומרים.

ייצור וחומרים

ייצור Additive, הידוע בדרך כלל הדפסה תלת מימדית, הופך את שני החומרים לפיתוח ועיצוב הנדסי. טכנולוגיה זו מאפשרת יצירת גיאוגרפיה מורכבת בלתי אפשרית עם ייצור קונבנציונלי, פתיחת אפשרויות עיצוב חדשות.

פיתוח חומרים לייצור תוספים מייצג שדה גדל.בעוד ייצור תוספת מוקדם התמקד פולימרים, ייצור תוספת מתכת התבגר במהירות, עם ⁇ טיטניום, ⁇ אלומיניום, ניקלויידים, ופלדות מעובדות כעת באופן שגרתי. Ceramic תוספת ייצור מתקדם, למרות אתגרים נשארים. חומרים חדשים נועדו במיוחד לייצור, ולא מותאם תהליכים קונבנציונליים, מתחילים להופיע, ניצול היכולות הייחודיות של בדבדה.

חומרים גמישים ו-Bio-based Materials

מודעות סביבתית גוברת היא פיתוח של חומרים בר קיימא עם השפעה סביבתית מופחתת לאורך מחזור החיים שלהם. פולימרים המבוססים על ביולוגית נגזר משאבים מתחדשים כמו תירס, סוכרקני, ו cellulose מציעים חלופות לפלסטיקים המבוססים על נפט.

עקרונות הכלכלה המעגלית משפיעים על בחירת חומרים ועיצוב. מהנדסים יותר ויותר לשקול את סוף החיים של סילוק מחזור ומחזור כאשר בוחרים חומרים, לטובת חומרים שניתן למחזר בקלות או לחזור בבטחה לסביבה.עיצוב להפרדה לא משוחדת וחומרית מאפשר מחזור של מוצרים מורכבים.חלק מהחברות מתפתחות מערכות קודמות, שבו מוצרים מעוצבים מלכתחילה, כדי להיות משוחרר, מפורקים מחדש, מופץ.

חומרים טבעיים וגישות ביומטיות מעוררות השראה לחומרים הנדסיים חדשים.יחסי הכוח הבלתי-משקל יוצא דופן של ספיידרמן מעורר השראה בפיתוח סיבים סינתטיים עם תכונות דומות.מבנה הלבנים והקורטר של נקר התחקק בתרכובות סינתטיות להשגת קשיחות יוצאת דופן.

חומרי ננו-חומרים וחומרים ננו-מבנים

ננו-חומרים עם תכונות מבניות קטנות מ -100 ננומטרים - תכונות אקס-ביט שונות באופן דרמטי מעמיתיהם הגדולים. פחמן ננו-בונטס וגרפן מציעים כוח יוצא דופן, מוליכות חשמלית ו מוליכות תרמית. nanoparticles לספק שטח עצום עבור קטליזה ויישומים רגישים. nanostructured ציפויים משפרים את ההתנגדות, הגנה קורוזית, ותכונות אופטיות.

בעוד יישומים ננו-חומריים רבים נשארים בפיתוח, חלקם הגיעו למציאות מסחרית. תוספי חלקיקים משפרים את תכונות פולימרים ברכיבי רכב וספורט מוצרים. ציפויים nanostructured להגן על כלי חיתוך וזכוכית ארכיטקטונית פחמן nanotube הם מציאת יישומים בתעשיית האוויר ומוצרים ספורט. כמו שיטות ייצור בוגר ועלויות, ננו-חומרים ישפיעו יותר ויותר על תרגול הנדסי.

חומרים חכמים ורב-תפקודיים

חומרים חכמים מגיבים לגירויים סביבתיים בדרכים שימושיות.סגסוגת זיכרון צורה חוזרת לצורה שנקבעה מראש כאשר מחומם, המאפשרים פועלים ומבנים פורסים. חומרי Piezoelectric לייצר חשמל כאשר לחוצים או עיוות כאשר נתון לשדות חשמליים, לשמש חיישנים, מתאמני פעולה, וקציני אנרגיה.חומרים מגנטיים לשנות ממדים בתחומים מגנטיים, המאפשרים מיקום מדויק ובקרת.

חומרים של ריפוי עצמי יכול לתקן נזק אוטונומי, פוטנציאל להאריך את חיי השירות ולשפר את הבטיחות.גישות כוללות סוכני ריפוי משובצים משוחררים כאשר טופס סדקים, אג"ח כימי בלתי הפיך כי רפורמה לאחר שבירה, ולעצב פולימרים זיכרון כי קרוב סדק כאשר מחומם. בעוד רוב חומרי ההשימה עצמית נשארים בשלבים מחקר, כמה יישומים בציפויים ומדיקים מתעוררים.

חומרים רב-תפקודיים משלבים יכולות מרובות בחומר יחיד, צמצום משקל ומורכבות. סוללות סטריקטליות אשר נושאות בו זמנית עומסים ומחסנים אנרגיה יכולות לחולל מהפכה בכלי רכב חשמליים ואלקטרוניקה ניידים.מוליכים טראנס מאפשרים למסך מגע ולתאים סולאריים. אינטגרטורים סטרקטיים עם חיישנים משובצים מאפשרים ניטור בריאותי בזמן אמת של מטוסים ותשתיות.

חומרים בדיקות ואפיון

נתונים חומרים אמין הוא חיוני לתכנון הנדסי, הדורש שיטות בדיקה סטנדרטיות וטכניקות אפיון מתקדמות.הבנת כיצד חומרים נבדקים ומאופיין עוזר למהנדסים לפרש נתונים של רכוש חומרי ולקבוע בדיקות מתאימות עבור היישומים שלהם.

שיטות בדיקה מכניות

(FLT:0) בדיקות רגישות (FLT:1) הוא המבחן המכאני הבסיסי ביותר, מדידת כיצד חומרים מגיבים למתח בלתי-שיאלי. A סטנדרטית הוא מלוכד בשני הקצוות ומושך בקצב מבוקר בעוד כוח והמשך נמדדים. עקומת הלחץ המתקבלת מגלה את הגמישות, התשואות, הכוח האולטימטיבי, הגמישות, הנימוק, והנוקשות של שיטות (למשל יעילות) כגון התאמה לצורה של אפקט של אפקט הגמישות (Eparability) ואפקטיביות) של אפקט זה מבטיחות (כגון: ASTM) של אפקט של אפקט של אפקט זההסברים (כגון: הסתברות) של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט זה של אפקט זהההההההההההההההההההההההההת (יעילות) ואפקטיביות (כגון: הסתברות) של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט זהההההה של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט זה מאפשר שינוי, כגון: הסתברות) ואפקטים (יעילות) ואפקטים (יעילות) ואפקטים (יעילות) ואפקט

(FLT:0) בדיקת הרדנות (FLT) מספק הערכה מהירה, לא הרסנית של כוח חומרי והתנגדות ללבוש: שיטות שונות קיימות: בדיקות ברינל משתמשות בכדור קשה נכנס, בדיקת רוקוול משתמשת בקונפור או ברדנים עם עומסים סטנדרטיים, ו-Wickers בודקים שימוש בפירמידה יהלום בכל שיטה מתאימה סוגים שונים של חומר וטווח קשה.

(FLT:0) בדיקות בדיקת אימוניות FLT:1 מודד ספיגת אנרגיה במהלך טעינה מהירה, המציין קשיחות חומרית והתנגדות לשבירה. Charpy ו Izod בדיקות להשתמש בפלוט כדי להכות דגימה לא מכוונת, מדידת אנרגיה נספגת. בדיקות אלה הן חשובות במיוחד עבור חומרים המשמשים ביישומים דלת-זמניים, שבו חומרים רבים הופכים לעקועפים.

(FLT:0) בדיקות Fatigue TestveFLT:1 נבדקים דגימות לטעון מחזורי, קביעת כמה מחזורים חומר יכול לעמוד ברמות הלחץ שונות לפני הכישלון. עקומות S-N (מתח מול מספר מחזורים) לאפיין התנהגות עייפות. בדיקת עייפות. Fatigue היא זמן-consuming אבל חיוני עבור רכיבים חשופים לעומס חוזר.

(FLT:0Creep TestingFLT:1 מודד את העיוות תלוי בזמן תחת עומס קבוע בטמפרטורה גבוהה.specimens הם טעון ומוחזקים בטמפרטורה קבועה בעוד זן הוא פיקוח על תקופות מורחבות (לפעמים אלפי שעות) עקומות Creep להראות שלבים ראשוניים, משניים, וטרטרינריים, עם קצב מצמרר משני (מצב יציב) חשוב במיוחד עבור עיצוב.

אופיים חשמליים

(FLT:0) מיקרוסקופיות מיקרו-סקופיה של 1FLT) נשאר כלי בסיסי לבדיקת מיקרו-מבנה חומרי בהגדלת הגדלות עד 1000x. הכנת הדגימה הנכונה - רדיפה, עלייה, שחיקה, לוטש ותחריט - מבנה דגנים, שלב הפצה, הכללות, פגמים.

(FLT:0) scanning אלקטרוני microscopy (SEM) LT) 1 משתמש בדבורים אלקטרוניות ממוקדות כדי לצלם משטחים בהגדלת 10x ליותר מ-100,000x עם עומק מצוין של שדה. SEM חושף פרטים מיקרו-תרבותיים בסדר, תכונות משטח שבר, ללבוש מנגנונים בלתי נראים במיקרוסקופים אופטיים.

(FLT:0 Transmission אלקטרוני microscopy (TEM)BuildFLT:1) משיג אפילו יותר הגדלת הגדלות ורזולוציה על ידי העברת אלקטרונים באמצעות דגימות דקות.TEM יכול לפתור אטומים בודדים לחשוף precipitates, dislocations, ופגמים אחרים. בעוד TEM דורש הכנה רחבה ומומחיות, הוא מספק תובנה לא מקבילה למבנה החומרי בקנה מידה אטומי, חיוני להבנת וחיזוק חומרים חדשים.

(FLT:0) X-ray diffraction (XRD) ,1 מזהה שלבים גבישיים וצעדים מדגישים חיים על ידי ניתוח כיצד חומרים diffract X-rays. כל שלב גבישי מייצר תבנית ייחודית, המאפשר זיהוי שלב וזיהוי קוונטי. XRD יכול גם לקבוע אוריינטציה גבישית, גודל דגנים, ו- lce פרמטרים שאינם הכחשה זה הוא חיוני עבור טכניקת בקרה, מדידה איכות חיים, מדידה.

בדיקה לא הרסנית

(ה) שיטות בדיקה לא הרסניות (NDT) לזהות פגמים ולהעריך מצב חומרי ללא רכיבים מזיקים, חיוני לשליטה איכותית ולבדיקה בשירות.FLT:0Ultrasonic TestingFLT:1ir משתמש גלי קול מגנטיים גבוהים כדי לזהות פגמים פנימיים, למדוד עוביים ואפיינו תכונות חומריות.

שיטות NDT מתקדמות ממשיכות להופיע.שלבי מערך אודיו מספקים הדמיה תלת-ממדית מפורטת של פגמים פנימיים.S. Computed tomography (CT) סריקה יוצרת מודלים תלת-ממדיים שלמים של מבנה פנימי. ניטור פליטה אקוסטי מזהה צמיחה סדק בזמן אמת במהלך השירות.Thermography חושפת פגמים תת-קרקעיים וריאציות חומריות באמצעות הדמיה תרמית.טכניקות אלה מאפשרות בדיקה מעמיקה יותר והבנה טובה יותר של מצב חומרי.

ניתוח ומניעה

הבנת כיצד ומדוע חומרים נכשלים היא חיונית למניעת כשלים עתידיים ושיפור עיצובים הנדסיים.ניתוח של כשלונות משלבת עקרונות מדע, שיטות בדיקה וטכניקות חקירה כדי לקבוע שורש של כשלים ולהמליץ על פעולות תקנת.

מצבי כישלון נפוצים

(FLT:0) ,Ductile ChevFLT:1 מתרחש לאחר עיוות פלסטי משמעותי, בדרך כלל בחומרים קשים נתון לעומס יתר על המידה.משטח השברים מופיע פיברו או עמום, עם עדות לצוואר ולשפתיים. דוקטריילר מספק אזהרה דרך עיוות גלוי לפני כישלון מוחלט, מה שהופך אותו בדרך כלל עדיפה על שבר מנקודת מבט בטיחות.

(FLT:0) שברים השבירים של השב"כ מתרחשים לפתע עם מעט או ללא עיוות פלסטי, לעתים קרובות קטסטרופלי. משטחים Fracture מופיעים גבישי או גרניט עם תכונות אופייניות כמו תבניות של קמורון מצביעות על המקור הפצח.שבר בריטל הוא מסוכן במיוחד משום שהוא אינו מספק התראה ויכול להתרחש בלחצים היטב מתחת לחוזק החומרי כאשר סדקים או ריכוז נמצאים.

(FLT:0)Fatigue כשל FLT:1 תוצאות של טעינה מחזורית חוזרת על מדגיש מתחת לכוח סטטי. שברים שומניים להראות סימני חוף אופייניים או striations המציין צמיחה פרוגרסיבית, עם אזור fracture מהיר סופי. Fatigue חשבונות עבור אחוז גדול של כשלים מכניים, מה שהופך עיצוב עמיד עייפות ובדיקה קבועה עבור רכיבים לטעינה כרונית.

(FLT:0Creep כשלFLT:1) מתרחש כאשר חומרים הפועלים בטמפרטורות גבוהות מתפורמים בהדרגה תחת עומסים מתמשך.נזקים של Creep מצטברים לאורך זמן, ובסופו של דבר מובילים לעיוות יתר או קרע.כשלים קריפ לעתים קרובות להראות קביעות גבול דגנים וסדקים גלויים בבדיקה מיקרוסקופית נכונה של חומרים וניתוח מתח הם חיוניים למניעת תקלות ביישומים עתירי זמן גבוהה.

(FLT:0Corrosion- הקשורים כישלונות 1FLT) לוקח צורות רבות. קורוזיה אחידה בהדרגה מפחית עובי חלק עד החומר הנותרים לא יכול לתמוך עומסים יישומיים.פיטינג יוצר ריכוזים מקומיים שיכולים ליזום סדקים. corrosion מתח corrosion משלבת לחץ רביר וסביבת קורוזית כדי לייצר שברים בחומרי דדוק.

(FLT:0) WearכישלונותFLT:1 התוצאה של הסרת חומרים באמצעות פעולה מכנית. ללבוש אדמדיבי מתרחשת כאשר פני השטח בחומר העברה מגע ביניהם. ללבוש Abrasive מסיר חומר באמצעות חלקיקים קשים או אספרנסים. Erosive ללבוש תוצאות מהשפעה של חלקיקים או נוזלים. Fretting ללבוש מתרחשת בממשקים חשופים לתנועות קטנות של דגימה זעירה.

שיטת ניתוח כשל

ניתוח כישלונות שיטתי עוקב אחר גישה מובנית לזהות שורש גורם ולמנוע הישנות.התהליך מתחיל באיסוף מידע רקע: היסטוריה של שירות, תנאי הפעלה, רשומות תחזוקה ונסיבות סביב הכישלון.הקשר זה חיוני לפרשנות ראיות פיזיות ופיתוח השערות.

בדיקה חזותית ותיעוד באים לידי ביטוי, בזהירות שמירת ראיות לפני בדיקות הרסניות.צילום מזווית מרובות וקשקשים יוצר תיעוד קבוע. משטחים Fracture מוגנים מפני נזק וזיהום.תבנית השבירה הכוללת, עיוות, ונזק משניים מציינים.בדיקה ראשונית זו מספקת לעתים קרובות רמזים מכריעים על מנגנוני כישלונות ומקור.

בדיקות לא הרסניות עלולות לחשוף מידע נוסף ללא הוכחה להצגת פגמים פנימיים, בדיקת קולית יכולה לזהות סדקים, ובדיקות קשיחות יכולות לזהות אזורים פגומים חום או טיפול חום לא תקין.

בדיקה הרסנית כוללת את סעיף לבחינה ממתכתית, בדיקות מכניות של חומר מהרכיב הכושל, וניתוח כימי כדי לאמת את הרכב.בדיקה מיקרוסקוסקופית של משטחים שבורים ומיקרו-מבנה לעתים קרובות מגלה את מנגנון הכשל.השוואה עם מפרטים ורכיבים דומים מסייעת לזהות סטייה מנכסים או מבנה צפויים.

ניתוח ומסקנות מסונתזות את כל הממצאים כדי לקבוע את מנגנון הכשל וגורם השורש.מספר גורמים תורמים קיימים לעתים קרובות: ליקויי עיצוב, פגמים חומריים, בעיות ייצור, פעילות לא נכונה, או תחזוקה לקויה.המלצות מטפלות בשורשים ועשויות לכלול שינויים בעיצוב, החלפת חומרים, שיפור תהליכים, או שינויים תפעוליים.

שיקולים מעשיים בהנדסה חומרים

מעבר לעקרונות מדע החומרים הבסיסיים, הנדסה מוצלחת דורשת תשומת לב לשיקולים מעשיים המשפיעים על ביצועים חומריים, עלות ומיומנות ביישומים בעולם האמיתי.

עיצוב לייצור

בחירת חומרית ועיצוב רכיב חייבים לשקול תהליכי ייצור ומגבלותיהם.הליונים דורשים זוויתיות טיוטה נאותה, עובי קיר אחיד, ומערכות גינון מעוצב כראוי.ליציות צריך קווים חלק הולם ושיקול של זרימה חומרית.רכיבים ממונעים צריכים למזער את הסרת החומר ולהימנע מתכונות קשות למכונה כאשר אפשרי. Sheet מתכת חלקים דורשים קירור הולם ונפיחות.

תהליכי ייצור משפיעים על תכונות החומריות.הלידה הקרה מגבירה את העוצמה אך מפחיתה את הדלונות. Welding יוצרת אזורי חום-מושפעים עם מיקרו-מבנה ונכסים משתנים.ממינג יכול להציג מתחים בודדים ומשטחים קשיחים לעבודה.הקישור יכול לייצר פורוזיות והפרדה.הבנת השפעות אלה מאפשר למעצבים לחשב עבורם או לציין תהליכים הממזערים השפעות שליליות.

להצטרף ואסיפה

כיצד רכיבים מצטרפים באופן משמעותי להשפעות הכלליות של הביצועים והאמינות.Welding מספק מפרקים חזקים, קבועים אבל מציג אזורים בעלי חום ולחצים ימיים.חומרים שונים דורשים תהליכים שונים ומילוי חומרים. כמה חומרים, כמו פלדות פחמן גבוהות וסגסוגת אלומיניום מסוימת, הם קשים ל-Weld ועלולים לדרוש הליכים מיוחדים או שיטות חלופיות.

התכה מכנית עם ברגים, rivets, או מזרז אחר מאפשר disassembly אבל יוצר ריכוזי מתח עשוי לדרוש חומר יותר. חומר מהירנר חייב להיות תואם עם חומרים מצורף כדי למנוע קורוזיה גליאנית.

אג"ח אדהשטיבי מחלק עומסים על אזורים גדולים יותר מאשר מאנרגיה מכנית ויכול להצטרף לחומרים שונים ללא דאגות קורוזיות גליוניות גלקטיות.עם זאת, דבקים דורשים הכנה על פני השטח זהירים, יש טווחי טמפרטורה מוגבלים, ועשויים להידרדר לאורך זמן.

שיקולים

עלות חומרית מייצגת רק חלק מעלויות העיבוד של רכיב.

זמינות חומרית ואמינות שרשרת האספקה משפיעים הן על עלויות והן על לוח הזמנים.חומרים אקזוטיים עם ספקים מוגבלים או זמני מוביל ארוכים עשויים לגרום לעיכובים בייצור או לחשוף פרויקטים לאספקת הפרעות.חומרים סטנדרטיים עם ספקים מרובים בדרך כלל מציעים זמינות טובה יותר ויציבות מחירים.

איכות הסביבה וההפצה

תקנות סביבתיות משפיעות יותר ויותר על בחירת חומרים חומריים.הגבלות על חומרים מסוכנים כמו מובילים, קדמיום, ו- hexavalent chromium מונעים התפתחות של חומרים ותהליכים חלופיים. Recycling דרישות ותקנות אחריות יצרנים מורחבות מעודדות מבחר של חומרים מיחזור ועיצוב עבור disassembly. Carbon Footin ו- emboated אנרגיה שיקולים לטובת חומרים עם השפעה סביבתית נמוכה יותר לאורך מחזור החיים שלהם.

תקנות ספציפיות בתעשייה להטיל דרישות נוספות.חומרי תעופה חייבים לעמוד בדרישות מפרט ועידודיות.חומרי המכשיר הרפואי חייבים להפגין ביו-תחרותיות ולעמוד בסטנדרטים רגולטוריים. חומרי מגע למזון חייבים לעמוד בדרישות בטיחות.חומרי כלי לחץ חייבים לציית ל- ASME או קודים אחרים.הבנת התקנות החלות היא חיונית למבחר חומרים יעילים ופיתוח מוצר.

משאבים להמשך הלמידה

חומרים מדע הוא שדה עצום ומתפתח ברציפות מהנדסים המבקשים להעמיק את הידע שלהם יש גישה משאבים רבים.חברות מקצועיות כמו LT:0.ASM InternationalmiaFLT:1, מינרלים, מתכתים &אמפ; חומרים האגודה (TMS), והחברה האמריקנית Ceramic מציעה פרסומים, כנסים ותוכניות חינוכיות.

מסדי נתונים מקוונים מספקים גישה לנתונים של נכסים חומריים, אם כי משתמשים צריכים לאמת איכות נתונים והתאמה לתנאים הספציפיים שלהם.FLT:0 (MatWebveFLT:1) ומשאבים דומים לאסוף נתונים של נכסים ממקורות שונים.

המשך החינוך באמצעות קורסים קצרים, Webinars ותוכניות פיתוח מקצועי עוזר מהנדסים להישאר הנוכחי עם טכנולוגיה מתקדמת. אוניברסיטאות רבות מציעים תוכניות לתואר שני ותעודות בתחומים מדעיים והנדסה. [+] ועידות בתעשייה לספק הזדמנויות ללמוד על ההתפתחויות האחרונות ואת הרשת עם אנשי מקצוע אחרים.

מסקנה: התפקיד המרכזי של מדעי החומרים במצוינות הנדסית

חומרים מדע יוצר את הבסיס שעליו כל ההישגים ההנדסיים נחים.מהשימוש המוקדם ביותר באבן וברונזה ועד לרכיבים מתקדמים של ימינו וננו-חומרים, ההתקדמות האנושית קשורה באופן אינטימי להבנה ולשליטה של חומרים.הנדסה המודרנית דורשת חומרים מתוחכמים יותר שיכול לעמוד בסביבות קיצוניות, לבצע פונקציות מרובות, למזער את ההשפעה הסביבתית ולתרום לפיתוח בר-קיימא.

הצלחה בתכנון הנדסי דורשת יותר מבחירת חומרים מקטלוג.מהנדסים חייבים להבין את היחסים בין מבנה חומרי, תכונות, עיבוד וביצועים.הם חייבים לשקול לא רק דרישות טכניות אלא גם מגבלות ייצור, גורמים כלכליים, השפעות סביבתיות, וציות רגולטורי.הם חייבים לצפות כיצד חומרים יפעלו על חיי השירות שלהם, כולל חשיפה לתנאים סביבתיים שונים, טעינה, ומנגנוני השפלה.

תחום החומרים מדע ממשיך להתקדם במהירות, מונע על ידי כלים חישוביים, טכניקות אפיון מתקדמות, וצרכים חברתיים דחופים.חומרים וטכנולוגיות - החל מייצור ונונו-חומרים לייצור תוספי מזון וחומרים חכמים המבוססים על ביולוגית - מרחיבים את האפשרויות לחדשנות הנדסית.מהנדסים ששומרים על הידע הנוכחי של עקרונות מדע והתפתחויות מציבים עצמם כדי ליצור עיצובים מעולים שדוחפים את הגבולות של מה שטכנית וחסכונית מבחינה כלכלית.

בסופו של דבר, מצוינות בעיצוב הנדסי נובעת הבנה עמוקה של חומרים והתנהגותם.על ידי שליטה ביסודות של חומרים מדע ולהישאר רוח של התפתחויות חדשות, מהנדסים יכולים לבחור וליישם חומרים אופטימיזציה ביצועים, להבטיח אמינות, למזער את העלות ולתרום לעתיד בר קיימא.ההשקעה בהבנה חומרים מדע משלם דיבידנדים לאורך קריירה הנדסית, המאפשרת חדשנות ומצוינות בכל תחומי ההנדסה.