מבחן מתכת · שיעור 1 מתוך 16
תכונות המתכות
מקור: FAA-H-8083-31 פרק 5 (Aircraft Materials, Hardware, and Processes)
תכונות מכניות
| תכונה | הגדרה |
|---|---|
| קשיות (Hardness) | התנגדות לחדירה, שחיקה וחיתוך |
| חוזק (Strength) | היכולת לעמוד בכוח בלי להישבר או להתעוות לצמיתות |
| חוזק מתיחה (Tensile strength) | המאמץ המקסימלי לפני שבירה במתיחה |
| חוזק כניעה (Yield strength) | המאמץ שמעליו העיוות כבר לא חוזר |
| חוזק גזירה (Shear strength) | התנגדות לכוחות גזירה |
| חוזק מיסב (Bearing strength) | התנגדות ללחץ של בורג או מסמרה בחור |
| גמישות / אלסטיות (Elasticity) | היכולת לחזור לצורה אחרי שהכוח מוסר |
| מקשיחות (Toughness) | היכולת לספוג אנרגיה (מכה) בלי להישבר |
| משיכות (Ductility) | היכולת להימתח לחוט בלי להישבר |
| רקיעות (Malleability) | היכולת להתעצב בהכאה, בכיפוף או בגלגול לפח |
| פריכות (Brittleness) | נטייה להישבר בלי עיוות. ההפך ממשיכות |
| עייפות (Fatigue) | היחלשות תחת עומסים חוזרים, עד שבירה במאמץ נמוך מחוזק המתיחה |
| צפיפות (Density) | מסה ליחידת נפח |
| מוליכות (Conductivity) | חשמלית ותרמית |
| התפשטות תרמית (Thermal expansion) | שינוי בממדים עם הטמפרטורה |
| נתיכות (Fusibility) | היכולת להפוך לנוזל בחום – חשוב לריתוך |
עקומת מאמץ-עיבור
- אזור אלסטי: המאמץ יחסי לעיבור (חוק הוק). אם משחררים – החלק חוזר לצורתו.
- נקודת הכניעה: מעליה העיוות קבוע (פלסטי).
- חוזק המתיחה המקסימלי.
- שבירה.
מודול האלסטיות (Young's modulus) – הקשיחות של החומר: היחס בין המאמץ לעיבור באזור האלסטי.
מבנה גבישי
מתכות בנויות מגרגרים – גבישים קטנים. גודל הגרגרים וסידורם משפיעים על התכונות:
- גרגרים קטנים – חוזק ומקשיחות גבוהים יותר.
- עיבוד בקור (Cold working / Work hardening): עיוות המתכת בטמפרטורת החדר – כיפוף, גלגול, הכאה – מעוות את הגרגרים ומקשה אותה. פח שכופף הרבה פעמים מתקשה ונסדק.
- עיבוד בחום (Hot working): עיוות מעל טמפרטורת הגיבוש מחדש – הגרגרים מתחדשים, בלי התקשות.
ייצור חלקי מתכת
| תהליך | תיאור | מאפיין |
|---|---|---|
| יציקה (Casting) | מתכת נוזלית בתבנית | צורות מורכבות; חוזק נמוך יחסית, עלולים להיות חורים |
| חישול (Forging) | עיצוב בהכאה או בלחיצה, לרוב בחום | החוזק הגבוה ביותר – הסיבים עוקבים אחרי צורת החלק. לחלקים קריטיים |
| שיחול (Extrusion) | דחיפה דרך תבנית | פרופילים ארוכים – זוויות, ערוצים |
| גלגול (Rolling) | בין גלילים | פחים ולוחות |
| משיכה (Drawing) | משיכה דרך תבנית | צינורות וחוטים |
| עיבוד שבבי (Machining) | הסרת חומר | דיוק גבוה |
סוגי מתכות
- ברזליות (Ferrous): מכילות ברזל – פלדות, ברזל יצוק, פלדת אל-חלד. רובן מגנטיות.
- לא ברזליות (Nonferrous): אלומיניום, מגנזיום, טיטניום, נחושת, ניקל.
סגסוגת (Alloy)
תערובת של מתכת עיקרית עם יסודות אחרים. הסגסוג משנה את התכונות – למשל אלומיניום טהור רך וחלש, אבל עם נחושת ומגנזיום הוא נעשה חזק כמו פלדה רכה.
טבלת השוואה
| מתכת | צפיפות יחסית | שימוש עיקרי |
|---|---|---|
| אלומיניום | כשליש מהפלדה | מבנה, עור, מסמרות |
| מגנזיום | כשני שלישים מהאלומיניום – הקלה ביותר | גלגלים, בתי תמסורת |
| טיטניום | כ-60% מהפלדה, חזק כמו פלדה | קירות אש, חלקי מנוע, מחברים |
| פלדה | כני נסע, מחברים, צינורות מבנה |
נקודות למבחן
- קשיות – התנגדות לחדירה; משיכות – מתיחה לחוט; רקיעות – עיצוב בהכאה.
- עייפות – שבירה תחת עומס חוזר נמוך.
- חישול – החוזק הגבוה ביותר.
- עיבוד בקור – מקשה; כיפוף חוזר מוביל לסדק.
- מגנזיום – המתכת המבנית הקלה ביותר.