Selles blogipostituses selgitame materjalide kahanemise nähtust ja selle põhjustatud hävimisprotsessi ning vaatleme pingekarastumist ja muid tehnilisi meetodeid selle vältimiseks.
Hiljuti on Lõuna-Koreas tuliselt arutatud „hõbelusika“ poleemikat. „Hõbelusika“ hullus, mis sai alguse ütlusest, et jõukatesse peredesse sündinud lapsed sünnivad hõbelusikas suus, on tekitanud kriitikat, et Lõuna-Koreas on rikkus päritud, kusjuures rikaste perede lapsi nimetatakse „teemantlusikateks“ ja vaeste perede lapsi „savilusikateks“.
Vaestesse peredesse sündinud lastel pole muud valikut kui elada vaesuses ja sama nähtus esineb ka looduses. Mis siis, kui see nähtus esineks materjalidega? Materjalidel peavad olema erinevad omadused olenevalt nende kasutusest, kuid neil on üldiselt üks ühine joon: need ei tohi puruneda.
Seda seetõttu, et kui materjalid purunevad, ei saa nad oma funktsioone täita. Kujutagem ette materiaalset impeeriumi, kus lugematud kodanikud, keda nimetatakse aatomiteks, moodustavad riigi ja elavad teatud kombinatsioonis. Kurikaelad, kes tahavad impeeriumi hävitada, tõmbavad materjale, avaldades materiaalsele impeeriumile survet, mida nimetatakse stressiks. See pinge põhjustab kodanike vaheliste sidemete deformatsiooni, mis pidevalt kahandab küla. Kui pinget rakendatakse jätkuvalt, kas materiaalset impeeriumi saab siis lõputult deformeerida? Ei, see ei ole võimalik. Materjalide impeeriumil on piir, kui palju see võib deformeeruda, ja lõpuks see hävib või puruneb. Selle protsessi käigus toimub nähtus, mida nimetatakse kaelumiseks, mille puhul materjalid muutuvad keskelt õhemaks.
Sel hetkel ei saa Materiaalse Impeeriumi juhid lihtsalt pealt vaadata. Nad rakendavad poliitikat, mida nimetatakse pingekõvenemiseks, et vältida kahanemist. Pingekõvenemine on nähtus, mille puhul materjal muutub deformeerumisel tugevamaks. Deformatsiooni ajal muutuvad aatomite asukohad materjalis, suurendades nendevahelist interferentsi ja andes materjalile võime deformatsioonile vastu panna. Teisisõnu, see hoiab ära tugevalt deformeerunud osade edasise deformeerumise. Materiaalse Impeeriumi juhid toetavad küla ja takistavad kaabakatel uuesti rünnata, et vältida materjalide hävimist. Uurime lähemalt Materiaalse Impeeriumi ellujäämisvõitlusest, kahanemisest ja pingekõvenemisest.
Lihtsamalt öeldes on kaelumine nähtus, mille puhul teatud materjalist varras ei veni tõmbamisel ühtlaselt, vaid venib teatud piirkondades märgatavalt õhenedes. Võib-olla olete seda kogenud jahutaigna tüki otste tõmbamisel, mis ei veni ühtlase paksusega nagu nuudlid, vaid murdub keskelt, kus see on õhem. See nähtus tekib seetõttu, et objektile mõjuvad pinged ei ole ühtlased. Materjalile mõjuva pinge suurust saab arvutada jõu jagamisel jõudu vastuvõtva pinna ristlõikepindalaga. Seega on pinge pöördvõrdeline jõudu vastuvõtva pinna ristlõikepindalaga, mis tähendab, et mida väiksem on jõudu vastuvõtva pinna ristlõikepindala, seda suurem on pinge ja seda suurem on deformatsioon. Ükskõik kui ühtlaselt pulk ka ei lõigataks, on võimatu kõigi osade ristlõikepindala viia võrdseks aatomitasemega. Seetõttu, kui materjalile rakendatakse jõudu, deformeerub suurima osa, mille tõttu pulga selle osa pikkus suureneb ja paksus väheneb. Seetõttu on materjali tervikuna vaadates näha ristlõikepindala suhteliselt suurt erinevust.
Kui jõud jätkub, muutub vahe üha suuremaks, põhjustades kitsenemist, mida nimetatakse kahanemiseks. Kui kahanemine toimub kohe pärast materjali deformeerumist, puruneb iga materjal kergesti. Kui aga tegelikku materjali tõmmatakse, ei teki kahanemist kohe. See on tingitud asjaolust, et materjali deformeerunud osa omandab võime deformatsioonile vastu panna, mida nimetatakse pingekõvenemiseks.
Materiaalne Impeerium võttis omaks poliitika toetada kahanevaid külasid, et need väiksemaks ei muutuks. Kurikaelad pole rumalad, seega teavad nad, et impeeriumi toetatavate külade ründamine on mõttetu. Sellisel juhul ründavad kurikaelad teisi külasid ja impeerium rakendab süsteemi, mis pakub rünnaku all olevatele küladele prioriteetset tuge. Sel viisil deformeeritakse kõigepealt materjali kergelt deformeerunud osad, mille tulemuseks on kogu materjali ühtlane deformatsioon. Deformatsiooni kõvenemise peamine põhjus on aatomite vaheline joondushäire, mida nimetatakse dislokatsioonideks, mis takistavad deformatsiooni, kogunedes deformatsiooni toimumise ajal kindlatesse piirkondadesse. Neid dislokatsioone võib pidada Materiaalse Impeeriumi lojaalseteks tugivägedeks.
Pingutuskarastamise mõju aitab oluliselt kaasa materjalide üldise tugevuse suurendamisele. Näiteks terase valmistamisel on raua korduv haamriga löömine ja kuumtöötlus tugevuse suurendamiseks pingutuskarastamise põhimõtte rakendus. Lisaks mängib pingutuskarastamine olulist rolli materjalide plastilisuse parandamisel ja purunemise võimaluse vähendamisel.
Lihtsuse mõttes oleme selgitanud kahanemist ja pingekõvenemist selles järjekorras, kuid tegelikkuses toimub materjalile jõu rakendamisel kõigepealt pingekõvenemine ja kahanemine algab siis, kui pingekõvenemine peatub. Materiaalse Impeeriumi pingekõvenemine võib teatud määral takistada kurikaelte rünnakuid, kuid kui tugevad ja pidevad rünnakud jätkuvad, jõuab kõvenemine oma piirini ja kahanemine toimub. Nii nagu rikkuselõhe on ühiskonnas probleem, on ka materjalide kvaliteedilõhe ja kahanemine materjalide puhul soovimatud nähtused, kuna need võivad viia hävimiseni. Seetõttu on materjalide pingekõvenemisvõime oluline nende hävimiskindluse mõõdupuuna.
Hiljuti tehakse uuringuid tõmbetugevuse parandamiseks ülipeeneteraliste materjalide ja süsinikkiuga tugevdatud materjalide abil. Inseneritöö vajab jätkuvalt tugevaid materjale. Seetõttu on tõmbetugevuse parandamise uuringute potentsiaal lõputu ja jätkub lõputult. Insenerid püüavad pidevalt luua tugevamaid ja paindlikumaid materjale, töötades välja uusi materjale ja täiustades olemasolevaid. See uurimis- ja arendustegevus aitab oluliselt kaasa kõigi meie kasutatavate toodete kvaliteedi ja ohutuse parandamisele.
