شکل‌پذیری (Ductility) چیست؟
شکل‌پذیری یا کِشایی یکی از ویژگی‌های مکانیکی مواد است که بصورت قابلیت قبول کرنش همگن در جسم در اثر تغییر شکل پلاستیک تعریف می‌شود. این ویژگی با قابلیت سیمی شدن در اثر کشش سنجیده می‌شود. ویژگی مشابه دیگر «چکش خواری» (Malleability) می‌باشد که با قابلیت ورقه شدن در اثر ضربه (مانند ضربه‌های چکش) یا نورد (با استفاده از غلطک) سنجیده می‌شود.
فون میزز نشان داد که برای ایجاد کرنش همگن، حداقل ۵ سیستم لغزش مختلف باید فعال شوند و کریستال‌هایی که این شرط را نداشته باشند، در حالت پلی‌کریستال، شکل‌پذیر نیستند.
شکل پذیری فلزات چیست؟
شکل پذیری فلزات یک ویژگی مختص موادی است که بدون آسیب کشیده می‌شوند. درواقع، این اصطلاح بیانگر میزان مقاومت کششی فلزات است و اینکه یک فلز تا چه حد می‌تواند تنش کششی را تحمل کند. به عبارت بهتر، فلزات انعطاف‌پذیر را می‌توان تا حد دلخواه تحت تنش کششی قرار دارد؛ بدون اینکه مقاومتشان را از دست بدهند. لازم به ذکر است، فلزات در دمای بالا خاصیت شکل پذیری را به دست می‌آورند و بالعکس؛ در دمای پایین کاملا آسیب‌پذیر و شکننده می‌شوند.
همچنین، از عوامل موثر بر شکل پذیری فلزات می‌توان به الکترون‌ها و نحوه ساختار آنها در درون اتم اشاره کرد. فلزاتی که از الکترون‌های ظرفیتی بیشتری برخوردارند و لایه‌های الکترونی زیادی دارند، بسیار منعطف و شکل پذیر هستند. به‌علاوه، الکترون‌های ظرفیتی با افزایش دمای فلز تحرک بیشتری پیدا می‌کنند که این موضوع باعث انعطاف‌پذیری بیشتر آنها می‌شود. این منعطف و شکل پذیر بودن فلزات در بسیاری از صنایع از جمله صنعت ساخت‌وساز اهمیت دارد.
انواع شکل پذیری فلزات
انواع شکل پذیری فلزات به شرح زیر است:
- شکل پذیری مس
مس و آلیاژهایش کاملا شکل پذیر هستند. این فلز علاوه بر انعطاف‌پذیری بالا دارای خواص آنتی باکتریال بوده و استقامت بالایی در برابر خوردگی دارد. این خواص مس باعث به‌کارگیری آن در صنعت مبلمان و لوله‌کشی شده است.
- شکل پذیری طلا و نقره
طلا و نقره به عنوان شکل پذیرترین فلزات طبیعی شناخته می‌شوند و انعطاف‌پذیری بسیار بالایی دارند. این فلزات به دلیل شکل پذیر بودنشان به‌طور گسترده‌ای در صنعت جواهرسازی به کار گرفته می‌شوند.
- شکل پذیری آهن و فولاد
آهن و فولاد جزو فلزات شکل پذیر هستند و خیلی راحت می‌توان آنها را به اشکال مختلف تبدیل کرد. فولادسازان یا بعبارتی در کارخانه های تولید کننده فولادی در ایران شکل آهن و فولاد را با اعمال فشار تغییر می‌دهند. این فلزات شکل پذیر بسیار مهم و کاربردی هستند و مقاطع فولادی تاثیرگذاری با بهره‌گیری از آنها تولید می‌شوند.
- شکل پذیری قلع و مس
قلع و مس در زمره فلزات شکل پذیر قرار گرفته‌اند. این فلزات بعد از پردازش، در حوزه‌های مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ از سیستم‌های الکترونیکی گرفته تا کابل‌های برق و ارتباطات، دارای قلع و مس هستند.
روش های بهبود شکل پذیری فلزات
همان‌طور که اشاره شد، شکل پذیری فلزات در دمای بالا امکان‌پذیر است و دمای پایین، آنها را به محصولاتی شکننده تبدیل می‌کند. حتی در صورتی که کار مکانیکی در دمای محیط بر روی فلز انجام بگیرد، میزان مقاومت آن بیشتر و انعطاف‌پذیری‌اش کمتر می‌شود. بنابراین، عملیات حرارتی در بهبود شکل پذیری انواع فلزات نقش موثری را ایفا می‌کند. درواقع، افزایش درجه حرارت موجب نرم شدن فلز شده و انعطاف‌پذیری آن را بهبود می‌بخشد.
کاربردهای فلزات با شکل پذیری بالا
فلزاتی که شکل پذیری بالایی دارند در سازه‌های مهمی نظیر ساختمان‌ها و پل‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته این سازه‌ها نیازی به تغییر شکل ندارند؛ اما جهت حفظ ایمنی آنها از فلزات شکل پذیر استفاده می‌شود تا زمانی که فشار مضاعفی به سازه‌ها وارد شد، مقاومت خود را از دست ندهند و دچار شکستگی نشوند. به این ترتیب، شکل پذیری فلزات و داشتن دو خاصیت انعطاف‌پذیری در عین مقاوم بودن، در امر ساخت‌وساز اهمیت زیادی دارد.
کدام فلز انعطاف پذیری بیشتری دارد؟
در بین فلزات مختلف، طلا بیشترین میزان انعطاف‌پذیری را دارد. این فلز می‌تواند بدون شکست یا ترک، به نازک‌ترین ورقه‌ها یا باریک‌ترین سیم‌ها تبدیل شود؛ به‌طوری که تنها یک گرم از آن، قابلیت کشیده شدن تا چندین متر را دارد. پس از طلا، نقره و مس نیز از انعطاف‌پذیری بالایی برخوردارند و به‌همین دلیل در صنایع الکترونیک، جواهرسازی و کابل‌سازی کاربرد زیادی دارند. ساختار اتمی این فلزات به‌گونه‌ای است که در برابر تنش‌های کششی به‌جای شکستن، تغییر شکل می‌دهند. البته میزان انعطاف‌پذیری می‌تواند تحت تأثیر دما، نوع آلیاژ و فرآیند تولید نیز تغییر کند. انتخاب فلز مناسب برای هر کاربرد، باید بر اساس ترکیبی از ویژگی‌هایی مانند انعطاف‌پذیری، استحکام و مقاومت به خوردگی صورت گیرد.
