واحد مشترک کمکی پژوهش و مهندسی «هوش یار-تواندار» (HT-CSURE)
Hooshyar-Tavandar Common Subsidiary Unit for Research & Engineering
واحد مشترک کمکی پژوهش و مهندسی «هوش یار-تواندار» (HT-CSURE)
Hooshyar-Tavandar Common Subsidiary Unit for Research & Engineeringآشنایی با ورق آهن
مهمترین تفاوت در بین انواع ورق آهن
پس از آهن خام، اولین گروه آلیاژی آهن که کشف شد و مورد استفاده قرار گرفت، فولاد بود. استحکام فولاد در برابر ضربه، و انعطاف و ضربه پذیری آن بسیار بیشتر از آهن خام بوده و از قدیم تا کنون برای کاربردهای سنگین از آن استفاده می‌شود. در ادامه این مطلب درباره تفاوت اصلی انواع ورق آهن، بزرگترین ضعف سازهها و مقاطع فولادی، همچنین راهکارهای صنعتگران برای پوشاندن این عیبها توضیح خواهیم داد.
آب و رطوبت بزرگترین ضعف ورق آهن
آهن به صورت خام و همچنین در قالب ترکیبات آلیاژی گوناگون برای کاربردهای مختلفی مورد استفاده صنعتگران می‌باشد. این ماده بسیار مستحکم، مقاوم و نسبت به برخی از مصالح ساختمانی دیگر قیمت مناسب‌تری دارد. همین امر موجب فراگیری استفاده از آن در کاربردهای سنگین و عمده شده است. اما در هر صورت حساسیت آن در برابر رطوبت و آب، موجب ضعف عملکرد آن در محیط‌های حاوی این مواد است.
بله بزرگترین ضعفی که می‌توان برای ورق آهن در نظر گرفت و از دیرباز ذهن صنعتگران مشغول آن بوده، واکنش سریع و شدید آهن در برابر آب و رطوبت است. این مسئله باعث به وجود آمدن گریدهای مختلف از آلیاژهای آهن به منظور تقویت آن در برابر آب و رطوبت بود.
پس از آلیاژهای مختلف فولاد(منظور نویسنده فولاد نرم است)، چدن و استیل (منظور نویسنده فولاد سخت (در برابر فولاد نرم) است. خود واژه استیل steel در انگلیسی یعنی فولاد در فارسی) دو گروه دیگر از استانداردهای آلیاژی بودند که صنعتگران برای تقویت آهن در برابر اکسیداسیون و آسیب‌های آن، ابداع کردند. اما هزینه تولید آن دو بالاتر از هزینه ساخت فولاد بوده و به همین دلیل بکارگیری آنها در حجم زیاد، نیازمند هزینه‌کرد بسیار بیشتری است.
فرق اصلی انواع ورق آهن
با توجه به آنچه تاکنون بیان کردیم، می‌توان گفت مهمترین تفاوتی که در بین گروه‌های آلیاژی آهن مورد توجه می‌باشد، مربوط به میزان مقاومت آنها در برابر رطوبت و اکسیداسیون می‌باشد. این فاکتور با مقدار عمر مفید ورق نیز ارتباط دارد. اگر بخواهیم آلیاژهای اصلی آهن را به ترتیب افزایش میزان مقاومت در برابر زنگ زدگی معرفی کنیم باید به ترتیب به فولاد، چدن و استیل اشاره نماییم.
البته در گروه استیل تنها برخی از استانداردهای آلیاژی مقاومت بالایی در برابر زنگ زدگی دارند. ورق استنلس استیل را می‌توان به عنوان مقاوم‌ترین محصول آهنی در برابر زنگ زدگی معرفی نمود. هزینه ساخت این نوع ورق به نسبت فولاد بسیار بیشتر بوده و در کاربردهای عمده و سنگین هزینه بسیار زیادی خواهد داشت. به همین دلیل بیشتر از این ورق بیشتر به منظور قطعه سازی در صنایع گوناگون استفاده می‌شود.
در صورت نیاز به ورق فولادی ضد زنگ در کاربردهای عمده بهتر است از نمونه‌های گالوانیزه استفاده نمود. به دلیل کمتر بودن هزینه ساخت، قیمت ورق گالوانیزه به شدت کمتر از دیگر ورق‌های ضد زنگ می‌باشد. مقدار مقاومت این محصولات در برابر زنگ آهن تا 40 برابر بیشتر از انواع ورق معمولی فولاد خواهد بود.
مقایسه انواع ورق فولادی
فولاد به عنوان مهمترین آلیاژ آهن در صنعت‌های گوناگون، کاربردهای بسیار زیادی دارد. این کاربردهای فراوان موجب ساخت استانداردهای آلیاژی متنوع در این گروه از آهن‌ها شده است. هر مصرف کننده با توجه به ویژگی‌هایی که برای کار خود نیاز دارد، محصول خاصی را انتخاب خواهد کرد و هر تولیدکننده با توجه به ویژگی‌هایی که در محصولات نهایی خود انتظار دارد، از استاندارد خاصی استفاده می‌کند.
تا کنون در سراسر جهان استانداردهای متعددی برای فولاد تعریف شده. بنابراین یکی از فاکتورهایی که برای مقایسه انواع ورق آهن مورد توجه قرار می‌گیرد، آلیاژ مصرفی در ساخت آن می‌باشد. مولفه دیگری که برای مقایسه این محصولات اهمیت دارد، نوع آن خواهد بود. به طور کلی ورق آهن در دو گروه عمده سرد و گرم تقسیم می‌شود.
ورق‌های گرم برای کاربردهای پایه‌ای تر و ورق‌های سرد به منظور استفاده‌های سبک‌تر و ظریف‌تر به کار می‌روند. انواع ورق گرم فولادی عبارتند از ورق‌های سیاه با آلیاژهای گوناگون و ورق آجدار فابریک. این تولیدات را می‌توان برای کاربردهایی مانند ساخت تیرورق، پوشش‌های کف و سطوح گوناگون و همچنین برای ساخت پروفیل‌های مختلف ساختمانی و صنعتی بکارگیری نمود.
ورق سرد به نمونه‌هایی از انواع ورق فولادی می‌گویند، که دارای سطحی با کیفیت‌تر هستند. این محصولات نیز برای ساخت پروفیل و بدنه قطعات و لوازم گوناگون در صنایع مورد کاربرد هستند. همانطور که گفتیم این ورق‌ها برای کاربردهای سطحی و ظریف‌تری به نسبت انواع ورق گرم طراحی و تولید شده‌اند.
جمع بندی
آلیاژهای گوناگونی که برای آهن تعریف شده‌اند در سه گروه فولاد، استیل و چدن قرار می‌گیرند. از میان این سه نوع، هزینه ساخت فولاد کمتر بوده و به همین دلیل در کاربردهای گسترده و عمده می‌توان از انواع ورق فولادی استفاده نمود. در میان انواع استانداردهای فولادی،st37 و st52 به میزان بیشتری مورد کاربرد قرار دارند.
این تولیدات پایه ساخت انواع ورق گالوانیزه، رنگی و قلع اندود نیز هستند. به همین دلیل می‌توان این ورق‌های آلیاژی را مهمترین نمونه‌ها در بازار ورق فولادی دانست. ورق‌های فولادی گالوانیزه شده مقاومت بسیار بیشتری در برابر زنگ آهن دارند و هزینه تولید آنها نیز نسبت به انواع ورق‌های ضد زنگ مانند ورق آلومینیوم و استیل پایین تر است.
اولین ربات زنده (زیستی) جهان ساخته شد
اولین ربات زنده جهان ساخته شد
این ربات توسط ۲ دانشمند زیست‌شناسی محاسباتی و هوش مصنوعی دانشگاه ورموند آمریکا به نام‌های سام کریگمن و جوش بونگارد طراحی و ساخته شده است. آنها در سال ۲۰۱۷، این ایده به ذهن‌شان رسید که برنامه کامپیوتری بنویسند که بتواند با شبیه‌سازی از سلول‌های کوچک، ربات بسازد.
آنها با ترکیب سلول‌های پوست و قلب قورباغه اقدام به ساخت این ربات کردند. برای طراحی روبات، از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری استفاده کردند. سلول‌های پوست، بدنه این ربات را تشکیل می‌داد و سلول‌های قلب نیز با انبساط و انقباض، امکان حرکت را فراهم می‌کرد. با هزاران مدل شبیه‌سازی و مطالعه آنها، این گروه ربات‌هایی ساختند که می‌توانستند حرکت کنند.
زینوبات‌هایی که این گروه تولید کرد کمتر از یک میلیمتر طول داشته و از سه هزار سلول زنده تشکیل شده‌اند. آنها اشکال ساده و متنوعی دارند و می‌توانند در مسیرهای مستقیم یا دوَرانی حرکت کنند؛ زینوبات می‌توانند به هم وصل شده و گروهی تشکیل دهند و حتی اشیای کوچک را جابه‌جا کنند. این موجودات، با استفاده از انرژی سلولی خود، می‌توانند تا ۱۰ روز زنده بمانند.
هرچند این «ماشین‌های زیستی» می‌توانند نقش فوق‌العاده مثبتی در سلامت انسان‌ها و حیوانات و محیط‌زیست بازی کنند، نگرانی‌های اخلاقی و قانونی متعددی درباره آنها وجود دارد.داگلاس بلکیستون دانشمند ارشد دانشگاه تافتس که یکی از اعضای این تیم تحقیقاتی است، گفت: در ابتدایی‌ترین سطح، این پلتفرم ابزاری برای ساختن روبات با سلول‌ها و بافت‌ها است. تقریباً می‌توانید آن را به‌عنوان لگو در نظر بگیرید، جایی که می‌توانید لگوهای مختلف را با هم ترکیب کنید و با مجموعه‌ای از بلوک‌ها دسته‌ای از چیزهای مختلف بسازید.»
اما چرا کسی بخواهد از اجزای زنده به جای مواد سنتی، مانند فلز و پلاستیک، ربات بسازد؟، یک مزیت این است که داشتن یک ربات زیستی به این معنی است که زیست تخریب پذیر است. در کاربردهای محیطی، این بدان معناست که اگر ربات بشکند، محیط را با زباله‌هایی مانند فلز، باتری یا پلاستیک آلوده نمی‌کند. محققان همچنین می توانند زینوبات‌ها را طوری برنامه ریزی کنند که در پایان عمر خود به طور طبیعی از هم جدا شوند.
شیشه قطره شاهزاده روپرت ؛ وقتی گلوله هم در برابر شکستنی عاجز است! (+فیلم و عکس)
عصر ایران - قطره شاهزاده روپرت (Prince Rupert's drop) یک شیشه قطره اشکی با دمی باریک است که شبیه به یک نوزاد قورباغه نیز به نظر می رسد. شکستن بخش دم شیشه قطره شاهزاده روپرت چندان دشوار نیست، اما بخش گرد سر آن به طور باورنکردنی قوی و مستحکم است. قدرت و استحکام این بخش به اندازه ای است که می تواند در برابر ضربات چکش و حتی گلوله مقاومت کند.
هنگامی که یک شیشه‌ساز، مقداری شیشه مذاب را درون آب سرد می ریزد، به شکل قطره اشکی با دم بلند و باریک منجمد می شود. در شرایطی که می توان بخش دم را به راحتی شکست، اما برای تخریب بخش سر ممکن است به سرعت و نیروی یک گلوله نیاز داشته باشید. نکته جالب توجه این است که حتی گلوله نیز در برخورد با شیشه قطره شاهزاده روپرت می تواند از هم بپاشد.
علم در پس جادو
هنگامی که گلوله به قطره شاهزاده روپرت برخورد می کند می توان خط سفیدی را مشاهده کرد که از قسمت دم شیشه به سمت سر آن حرکت می کند. این حرکت موج شوک است. دو عامل استحکام فشاری ایجاد شده در شیشه قطره اشکی طی شکل گیری آن و تنش پسماند ضربه موجب تخریب تقریبا آنی شیشه می شود. در کسری از ثانیه کل قطره اشک روپرت به پودری از ذرات شیشه تبدیل می شود.
گلوله به دلیل آزاد شدن نیروی فشاری از سر شیشه خرد می شود. تکه های گلوله به اطراف پراکنده می شوند.
شیشه در دمای بین 2552 تا 2912 درجه فارنهایت (1400 تا 1600 درجه سلسیوس) ذوب می شود. زمانی که شیشه‌ساز یک قطره شیشه مذاب را درون آب می ریزد، سطح آن به سرعت خنک شده و پوسته ای سخت اطراف بخش مایع داخلی را فرا می گیرد. این شبیه به سفت شدن سریع تر سفیده تخم مرغ نسبت به زرده آن است.
شیشه مذاب در بخش داخلی با سرعت کمتری سرد و منقبض می شود که لایه بیرونی را تا حد امکان به سمت داخل می کشد. هسته داخلی به شدت فشرده می شود که میزان کشش باورنکردنی در قطره را موجب می شود. این نیروی فشاری که لایه ها را به هم متصل نگه می دارد، یک جاذب شوک قوی از جنس شیشه ایجاد می کند. کشش سطحی قطره را یکپارچه نگه می دارد.
آهنربای نئودیمیوم؛ ویژگی های جالب یک آهنربای ساخته از آلیاژ (+فیلم و عکس)
عصر ایران - آهنربا ماده یا جسمی است که میدان مغناطیسی تولید می کند. این میدان مغناطیسی نامرئی مسئول قابل توجه‌ترین ویژگی آهنربا است: نیرویی که به مواد فرومغناطیس دیگر مانند آهن، فولاد، نیکل، کبالت و غیره وارد می شود و آهنرباهای دیگر را جذب یا دفع می کند.
آهنربا می تواند دائمی باشد که میدان مغناطیسی ثابت دارد، یا الکترومگنت (آهنربای الکتریکی) باشد که با اعمال جریان الکتریکی ایجاد می شود.
اَبَرآهنربا (Super magnet) به طور کلی اصطلاحی است که برای آهنربای نئودیمیوم (Neodymium magnet)، قوی‌ترین آهنرباهای دائمی که به صورت تجاری در دسترس است، استفاده می شود. همچنین، اَبَرآهنربا می تواند به یک آهنربای الکتریکی قدرتمند اشاره داشته باشد.
دو اَبَرآهنربا را به هم نزدیک نکنید!
آهنرباهای نئودیمیوم به اندازه ای قوی هستند که عدم رعایت نکات ایمنی هنگام کار با آنها می تواند به بروز آسیب دیدگی برای انسان منجر شود.
آهنرباهای نئودیمیوم شناخته شده‌ترین و پر استفاده‌ترین اَبَرآهنربا هستند که از آلیاژ نئودیمیوم، آهن، و بور برای شکل گیری ساختار Nd2Fe14B ساخته می شوند.
یک آهنربای نئودیمیوم به طور معمول ظاهری شبیه فولاد ضدزنگ پولیش خورده دارد. این آهنربا می توانند تا 1300 برابر وزن خود را نگه دارند. این به معنای آن است که یک آهنربای نئودیمیوم یک گرمی می تواند یک کره آهنی تا وزن 1.3 کیلوگرم را نگه دارد.
برخورد دو اَبَرآهنربا با یکدیگر می تواند موجب بروز جرقه شود زیرا میدان های مغناطیسی با هم ترکیب شده و موجب حرکت بارهای الکتریکی می شود. اما باید به این نکته اشاره داشت که خود اَبَرآهنرباها هنگام برخورد آتش نمی گیرند یا نمی سوزند. جرقه ها پدیده ای کوتاه مدت هستند و همانگونه که اشاره شد حاصل تعامل میدان های مغناطیسی و حرکت بار است.
آشنایی با آلیاژهای حافظه‌دار
عصر ایران - آیا تا به حال درباره آلیاژهای فلزی حافظه‌دار چیزی شنیده اید؟ برخی فلزات می توانند شکل اولیه خود را به خاطر سپرده و در صورت تغییر شکل در حضور محرکی مانند گرما به شکل پیشین خود باز گردند.
آلیاژهای حافظه‌دار شکلی (Shape Memory Alloy) گروهی از آلیاژها هستند که می توانند زیر میزان مشخصی از تنش و گرما به شکل و اندازه پیشین خود بازگردند. آلیاژهای حافظه‌دار شکلی از الاستیسیته (ویژگی تغییر شکل بازگشت‌پذیر) بالایی برخوردار هستند. این ویژگی با دو فاز بین فلزی منحصر به فرد آستنیت و مارتنزیت مرتبط است.
آلیاژهای حافظه‌دار با قرار گرفتن در معرض گرما می توانند تغییر شکل دهند، از این رو، می توانند کارایی بالایی داشته باشند. در واقع، این امکان فراهم می شود تا از آنها برای تبدیل انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی استفاده کرد. به عنوان نمونه، با استفاده از سیم ساخته شده از آلیاژ حافظه‌دار می توانید یک پیشرانه بسازید.
از جمله آلیاژهای حافظه‌دار می توان به موارد زیر اشاره کرد:نیتینول(نیکل-تیتانیوم) یا NiTi: نیکل و تیتانیوم از مهمترین و شناخته شده‌ترین عناصر مورد استفاده در آلیاژهای حافظه‌دار هستند. پرکاربردترین آلیاژ این دو عنصر با نام "نیتینول" شناخته می شود. این آلیاژ از خواص مکانیکی عالی برخوردار است.
آلیاژهای Cu-Al-Ni، Fe-Mn-Si، و Cu-Zn-Al: خواص مکانیکی این ترکیبات نسبت به نیتینول ضعیف‌تر است و همچنان در حال توسعه هستند.
نیکل-منگنز-گالیوم (Ni-Mn-Ga): از آلیاژهای حافظه‌دار مغناطیسی هستند که به جای دما زیر تاثیر میدان های مغناطیسی قرار می گیرند. این آلیاژها نیز در حال توسعه هستند.
اثر حافظه شکلی و شبه الاستیسیته
اثر حافظه شکلی (Shape Memory Effect) آن چیزی است که به آلیاژ حافظه‌دار امکان بازگشت به شکل اولیه خود پس از گرم شدن را می دهد. اثر حافظه شکلی در واقع یک فرآیند تبدیل فاز مارتنزیت به آستنیت ناشی از گرما است. این تغییر فاز موجب بازگشت ماده به شکل اولیه خود می شود.
انعطاف‌پذیری بالا یکی دیگر از ویژگی های آلیاژهای حافظه‌دار است. از آنجایی که کشیدگی پیوندهای اتمی رخ نمی دهد، انعطاف‌پذیری این آلیاژها به نام شبه الاستیسیته یا الاستیسته کاذب نیز شناخته می شود.
کاربرد آلیاژهای حافظه‌دار
آلیاژهای حافظه‌دار در زمینه ساخت تجهیزات پزشکی از جمله برای ارتوپدی، مغز و اعصاب، قلب و عروق، لوازم و وسایل دندانپزشکی، ایمپلنت ها و همچنین فریم عینک ها، دستگاه های ایمنی حساس به دما و سیم های راهنما کاربرد دارند.
به عنوان نمونه، از ویژگی شبه الاستیسیته آلیاژهای حافظه‌دار در ارتودنسی استفاده می شود. از سیم های نایتینول برای ثابت نگه داشتن براکت ها استفاده می شود. همچنین، با استفاده از اثر حافظه شکلی، می توان از آلیاژهای حافظه‌دار برای ساخت استنت ها استفاده کرد که برای باز کردن رگ های خونی و پاکسازی گرفتگی رگ های خونی کاربرد دارند.