اصول انتخاب مواد + معرفی کتاب

از آنجا که انتخاب مواد، قابلیت اطمینان طرح را از نظر صنعتی و اقتصادی تعیین می‎کند، یکی از مهم ترین عوامل در طراحی مهندسی است. اگر مناسب‎ترین ترکیب مواد انتخاب نشود حتی یک طراحی عالی ممکن است محصولی کارآمد و اقتصادی به دنبال نداشته باشد. بنابراین بسیار مهم است که بدانیم بهترین مواد برای یک طراحی خاص چیست. به همین منظور مهندسان با بررسی خواص مختلف سعی می‎کنند تا منطقی ترین تصمیم را بگیرند. آن‎ها عمدتاً بر خواص موادی متمرکز می شوند که به عنوان مواد مستعد برای طراحی‎های خاص شناخته می‎شوند.

انتخاب مواد با در نظر داشتن پارامترهایی از قبیل موارد زیر انجام می‎گیرد:

خواص مکانیکی

هنگامی‎که یک قطعه برای تولید انتخاب می‎شود، بسته به مواد و فرایند طراحی، باید در معرض تعدادی از روش‎های تولید قرار گیرد. این قطعه پس از اتمام مرحله تولید، باید کاملاً برای مرحله خدمات نیز مناسب باشد. برای پیش‎بینی قابلیت اطمینان هر دو مورد، مواد باید قادر به تحمل بار خاصی باشند. بنابراین ماده باید دارای استحکام و سختی مناسبی باشد. مواد انتخابی به‎ منظور ارزیابی استحکام و سختی مورد بررسی قرار می‎گیرند و سپس برای کاربرد از سایر جنبه‎ها نیز مطالعه می‎شوند.

سایش مواد

بیش از ۲۵% از مصرف انرژی در جهان از تماس بین دو سطح نشات می گیرد. سایش منجر به کاهش تصاعدی ماده از سطح یک جسم می‎شود که می‎تواند راندمان را به مقدار زیادی کاهش داده و موجب افزایش افت انرژی و نرخ تعویض قطعات گردد. بنابراین باید اطمینان حاصل شود که مواد انتخابی مقاومت کافی در برابر سایش داشته باشند. یکی از بهترین نمونه‎های اهمیت سایش در طراحی چرخ دنده‎ها می‎باشد.

خوردگی

همه فلزات تمایل دارند که طی یک فرایند خود به خودی بخشی از انرژی خود را کاهش داده و به یک حالت پایدار برسند. با توجه به اینكه از لحاظ ترمودینامیكی مواد اكسید شده نسبت به مواد در حالت معمولی در سطح پایین‌تری از انرژی قرار دارند، بنابراین تمایل رسیدن به سطح انرژی پایین‌تر سبب اكسید (خورده) شدن فلزات می‎شود. برای حفظ سازه های فلزی در برابر خوردگی چند راهکار وجود دارد که عبارتند از: استفاده از مواد مقاوم‎تر، کاربرد ممانعت کننده، حفاظت آندی و کاتدی و پوشش دهی. از میان این روش‎ها، استفاده و انتخاب صحیح مواد منجر می‎شود تا ضمن حفاظت از قطعه، هزینه‎های کنترل و پایش خوردگی نیز کاهش یابد.

قابلیت ساخت

بسیاری از مواد با ویژگی های عالی، خواص مکانیکی بسیار مطلوب و مقاومت در برابر خوردگی بالا وجود دارند که به‎ ندرت مورد استفاده قرار می گیرند زیرا ساخت قطعه و تجهیز از جنس آن ها ممکن نیست، یا روش تولیدی مناسبی در دسترس نیست و یا تولید آن اقتصادی و به صرفه نیست. در صورت غفلت از این معیار انتخاب، فرایند تولید ممکن است بسیار پرهزینه باشد و قطعه را به یک محصول غیر اقتصادی تبدیل کند. به عنوان مثال، هنگام تولید دنده ابعاد آن باید بسیار دقیق باشد. در غیر اینصورت محصول ممکن است عملکرد مورد انتظار را ارائه ندهد. بنابراین برای دقیق‎تر شدن ابعاد باید در مرحله تولید، عملیات ماشینکاری صورت گیرد. این عملیات باید به آسان‎ترین و کم هزینه‎ترین شکل انجام شود، در غیر این صورت محصول نهایی اقتصادی نخواهد بود.

هزینه

با توجه به رقابت شدید محصول تولید شده در بازار برای فروش، هزینه یک واقعیت اساسی است که باید هنگام انتخاب مواد برای اکثر محصولات در نظر گرفته شود. هنگام برآورد هزینه‎ها، باید تمام فاکتورهای مربوط به محصول همچون هزینه های ساخت و تولید، حمل و نقل، تعمیرات و غیره در نظر گرفته شود تا محصول با مناسب‎ترین هزینه تمام شده، به مشتری عرضه گردد.

با توجه به مطالب گفته شده ضروری است تا قبل از طراحی یک قطعه، تجهیز و یا سازه، طراح از ویژگی‎ها و خواص انواع مواد اطلاعاتی کافی داشته باشد تا بهترین انتخاب و در نتیجه بهترین نتایج از عملکرد آن قطعه، تجهیز و یا سازه با توجه به محیط و شرایط سرویس‎دهی حاصل شود. به منظور در دسترس داشتن یک مرجع ارزشمند برای صنعتگران و مهندسانی که با انتخاب مواد سر و کار دارند، وب سایت عصر مواد به معرفی فصل هشتم از هندبوک مهندسی خوردگی اثر Pierre.R.Roberge می پردازد که به موضوع انتخاب مواد پرداخته است. این فصل از کتاب ارزشمند مهندسی خوردگی به بررسی خواص تعدادی از پرکاربردترین فلزات و آلیاژ‎های آن‎ها اختصاص دارد. این هندبوک در سال ۱۹۹۹ منتشر و با هدف مقابله با پدیده خوردگی، اطلاعات بسیار مفیدی از مواد و فرایند‎های تولید را ارائه می‎دهد تا مهندسان بهترین انتخاب را برای کاهش خسارت‎های مالی و جانی در صنایع مختلف، انجام دهند. در فصل انتخاب مواد، خواصی همچون جوش‎پذیری، مقاومت به خوردگی و سختی‎پذیری برای بیش از ۱۰ خانواده از فلزات و آلیاژ‎ها بررسی شده است. برای آشنایی بهتر مخاطبان با فلزات بررسی شده در این کتاب، نام تجاری و صنعتی آن‎ها به همراه محل کاربردشان نیز ارائه شده‎ است. همچنین نرخ خوردگی گرید‎های مختلف آلیاژ‎ها مقایسه شده است تا مهندسان در مواقع نیاز به راحتی به اطلاعات لازم دست یابند. استفاده از جداول و منحنی‎های متعدد برای انتقال بهتر موضوعات و بررسی تاثیر عناصر آلیاژی از دیگر مشخصه‎های قابل ذکر این کتاب است. مطالب این فصل در ۱۰ بخش به شرح زیر ارائه شده است: