حتماً تابه‌حال دیده‌اید که آهنگران با ضربه‌های متوالی به قطعه‌هایی از آهن و فولاد، آن‌ها را به شکل تیغه و با ضخامت بسیار کم درمی‌آورند. همچنین، شکل دهی به طلا برای دستیابی به ورقه‌های طلا در صنایع جواهرسازی نیز بسیار رایج است. چگونه این امر ممکن است؟ چه عاملی سبب می‌شود این فلزات در زیر چنین فشارهایی دچار شکستگی نشوند و به شکل‌های گوناگون دربیایند؟ پاسخ در یکی از خواص این دسته از فلزات نهفته است که به آن چکش خواری می‌گویند.

هرچه یک فلز چکش خواری خوبی داشته باشد، بهتر و راحت‌تر می‌توان آن را به شکل ورق و دیگر شکل‌های با ضخامت کم درآورد؛ بدون اینکه بشکند. اما آیا تمام فلزات چکش خوار هستند؟ از این خاصیت برای چه کاربردهایی می‌توان استفاده کرد؟ برای پاسخ به این پرسش‌ها در زمینه چکش خواری فلزات با ما همراه باشید.

 

چکش خواری چیست؟

چکش خواری یک ویژگی فیزیکی فلزات است که توانایی آن‌ها را در مقابل اعمال فشار یا نورد به منظور تبدیل شدن به ورق‌های نازک مشخص می‌کند بدون اینکه شکست در آن‌ها اتفاق افتد. شکل پذیری و چکش خواری همیشه با یکدیگر همبستگی ندارند. به عنوان مثال، طلا شکل پذیر و چکش خوار است، با این حال، سرب صرفاً چکش خوار است و می‌توان به این طریق ورق سرب تولید کرد اما این فلز شکل پذیر نیست. برای مشاهده قیمت ورق سرب کلیک کنید.

این نوع خاصیت فیزیکی فلز اغلب با نسبت فشار (تنش فشاری) که با آن مواجه می‌شود، اما شکسته نمی‌شود، اندازه گیری می‌شود. تفاوت در چکش خواری در بین فلزات مختلف به دلیل تفاوت در ساختار بلوری آن‌ها است.

مواد چکش خوار را می‌توان به صورت ورقه فلزی شکل داد. یکی از انواع شناخته شده ورق فلزی، ورق طلا است. بسیاری از فلزات با چکش خواری بالا، شکل پذیری بالایی نیز دارند اما برخی اینطور نیستند. به عنوان مثال، سرب دارای شکل پذیری کم اما چکش خواری بالایی است. خاصیت چکش خواری معمولاً در فلزات گروه‌های خانواده ۱ تا ۱۲ در جدول تناوبی عناصر مدرن دیده می‌شود.

چکش خواری فلزات در صنایع لوازم خانگی و خودرو بسیار مهم است. از این خاصیت برای ساخت بدنه‌های خودرو، بدنه یخچال، مایکروویو ، اجاق گاز و همچنین ساخت اجسام فلزی مسطح و خمیده استفاده می‌شود.

 

کدام فلزات چکش خوار هستند؟

چکش خواری معمولاً با توانایی یک ماده برای ایجاد ورقه نازک با ضربه یا غلتش مشخص می‌شود. این خاصیت در غیر فلزات دیده نمی‌شود. فلزات چکش خوار در اثر ضربه چکش خم می‌شوند و به اشکال متعددی می‌پیچند، در حالی که فلزات غیرقابل انعطاف ممکن است تکه تکه شوند. نمونه‌هایی از فلزات چکش خوار عبارتند از طلا، نقره، آهن، آلومینیوم، فلز مس، قلع، ایندیوم و لیتیوم.

فلزات تمایل دارند در مناطق مرز دانه شکسته شوند، جایی که اتم‌ها به آن شدت به هم متصل نیستند. بنابراین، زمانی که فلز دارای مرزهای دانه زیادی باشد، سخت‌تر می‌شود. از سوی دیگر، زمانی که مرز دانه‌های کمتری داشته باشد، شکننده بوده و کمتر چکش خوار خواهد بود. اکثر فلزات به دلیل تأثیرات افزایش دما بر روی دانه‌های کریستال، پس از گرم شدن، چکش خوارتر می‌شوند.

در سطح مولکولی، تنش فشاری اتم‌های فلزات چکش‌خوار را مجبور می‌کند تا بدون شکستن پیوند فلزی خود، روی یکدیگر بغلتند و در موقعیت‌های جدیدی قرار گیرند. هنگامی که مقدار زیادی تنش بر روی یک فلز چکش‌خوار وارد می‌شود، اتم‌ها روی یکدیگر غلت می‌زنند و برای همیشه در موقعیت جدید خود باقی می‌مانند.

طلا و نقره انعطاف پذیری بالایی دارند. وقتی یک تکه آهن داغ را چکش می‌زنند، شکل ورق به خود می‌گیرد. روی نیز در دمای بین ۱۰۰ تا ۲۰۰ درجه سانتی گراد چکش خوار است اما در دماهای دیگر شکننده است.

چکش خواری طلا

طلا به عنوان یک فلز روان در نظر گرفته می‌شود و به دلیل قرار گرفتن ذرات آن در حالت مایع، چکش خوارترین آنهاست. از طلا در جواهرات ظریف و گران قیمت استفاده می‌شود و به همین دلیل شکل پذیری و انعطاف پذیری زیادی را در طراحی انواع لوازم جانبی می‌طلبد. در اینجا معمولاً از مقادیر بسیار کمی فلز طلای ریز برای چکش خواری استفاده می‌شود.

چکش خواری قلع و سرب

قلع و سرب جامدات نرمی هستند که می‌توان آن‌ها را به ‌طور گسترده‌ای پردازش کرد تا به ‌عنوان انواع مختلف ورق‌ها پخش شوند یا به دلیل وضعیت فیزیکی موجود در هر نوع لوله‌ای نورد شوند. استفاده متداول از فویل قلع (ورقه بسیار نازک قلع) در سیستم‌های الکتریکی دیده می‌شود. سرب در شکل چکش خوار آن به طور گسترده در کابل‌های برق و ارتباطات و باتری‌های الکتریکی استفاده می‌شود، این یکی از معدود فلزاتی است که چکش خوار است اما انعطاف پذیر نیست.

چکش خواری آهن و فولاد

آهن و فولاد فرفورژه بسیار چکش خوار هستند و با به دست آوردن اشکال مختلف با توجه به کاربردهای مختلف، انعطاف پذیری زیادی را فراهم می‌کنند. آهن به شکل اصلی یا آلیاژ آن به عنوان فولاد با فشار وارده تغییر شکل می‌دهد تا متناسب با کاربردشان باشد. سیم‌های نازک، لوله‌ها و ورق‌های فولادی را می‌توان با فشار و دمای مناسب محیط شکل داد. این فرم‌های چکش خوار همچنین به عنوان مواد اولیه برای انواع کاربردهای دیگر نیز استفاده می‌شوند.

چکش خواری مس

مس و آلیاژهای آن به آسانی چکش خوار هستند و همراه با خواص آنتی باکتریال و مقاومت در برابر خوردگی، استفاده از آنها را در صنعت لوله کشی و مبلمان آسان می‌کند. طیف گسترده‌ای از اتصالات مسی را می‌توان برای نیازهای مورد نظر به دلیل چکش خواری فلز قالب ریزی کرد. همچنین، طیف گسترده‌ای از دستگیره‌های مسی با سهولت و انعطاف پذیری زیاد تولید می‌شوند.

 

آیا تمام غیرفلزات غیر چکش خوار هستند؟

به طور کلی، عناصری که غیرفلزی هستند، چکش خوار نیستند. با این حال، چند استثنا وجود دارد. برخی از آلوتروپ های آن‌ها چکش خوار هستند. به عنوان مثال، می‌توان به آلوتروپ گوگرد اشاره کرد.

در حالی که عناصر غیرفلزی چکش خوار نیستند، برخی از پلیمرهای غیرفلزی چکش خوار هستند. به عنوان مثال، برخی از پلاستیک‌ها قابلیت چکش خواری را نشان می‌دهند.

نحوه اندازه گیری چکش خواری

دو روش برای اندازه گیری چکش خواری وجود دارد. اولین آزمایش اندازه گیری میزان فشار یا تنش فشاری یک ماده قبل از شکستن است. آزمایش دیگر اندازه گیری میزان نازکی یک ورقه فلزی قبل از شکستگی است.

 

پارامترهای مؤثر بر چکش خواری

فلزات به دلیل ساختار کریستالی‌شان چکش خوار هستند. عناصری با ساختارهای کریستالی FCC و HCP که ساختارهایی فشرده هستند، معمولاً انعطاف پذیرتر از عناصری با ساختارهای بازتر مانند BCC هستند. این امر به فعال‌تر بودن سیستم‌های لغزش در فلزات FCC و HCP مربوط می‌شود و شکل پذیری راحت‌تر را برای آن‌ها به دنبال دارد.

به عنوان مثال، طلا، نقره و منیزیم چکش خوارتر از وانادیوم یا کروم هستند. اتم‌ها در ساختارهای فشرده شده مانند ورقه‌های مسطح روی هم چیده شده‌اند، بنابراین اتم‌ها می‌توانند تحت نیروی اعمالی از کنار یکدیگر بگذرند. در همین حال، ساختارهای با فشردگی کمتر، بیشتر شبیه ورق‌های راه راه هستند که در برابر لغزش مقاومت می‌کنند.

اما باید گفت که تنها ساختار کریستالی برای تعیین چکش خوار بودن یا نبودن فلزات کافی نیست و عوامل دیگری نیز در این خاصیت نقش دارند. فلزات مختلف بسته به دما، ناخالصی‌ها و عوامل دیگر، ساختارهای متفاوتی به خود می‌گیرند. بنابراین، میزان چکش‌خواری یک عنصر یا آلیاژ به شرایط آن بستگی دارد.

 

اثر دما بر چکش خواری

در بیشتر فلزات، افزایش دما باعث کاهش تعداد مرز دانه‌ها و افزایش چکش خواری می‌شود. بنابراین، برخی از فلزات که در شرایط معمولی چکش خوار نیستند به عملیات حرارتی پاسخ می‌دهند. به عنوان مثال، روی شکننده است تا زمانی که در دمای بالای ۳۰۰ درجه فارنهایت (حدود ۱۵۰ درجه سانتیگراد) گرم شود. بالاتر از این دما، می‌توان فلز را به صورت ورق درآورد. با اثر حرارت دهی بر خواص فلزات در این صفحه آشنا شوید.

 

اثر آلیاژسازی بر چکش خواری

آلیاژ کردن فلزات راه دیگری برای کنترل چکش خواری است. به عنوان مثال، برنج نسبت به هر یک از فلزات تشکیل دهنده آن که شامل مس و روی هستند، شکل پذیری کمتری دارد. طلای ۱۴ عیار و نقره آلیژی، آلیاژهایی هستند که سفت می‌شوند و خاصیت چکش خواری طلا و نقره را کاهش می‌دهند.

 

تفاوت چکش خواری با دیگر خواص یک ماده

تفاوت بین چکش خواری و شکل پذیری

در حالی که چکش خواری خاصیتی از فلز است که به آن اجازه می‌دهد تحت فشار تغییر شکل دهد، شکل پذیری ویژگی فلزی است که به آن اجازه می‌دهد بدون آسیب کشیده شود. مس نمونه‌ای از فلز است که هم شکل پذیری خوبی دارد (می‌توان آن را به صورت سیم کش داد) و هم چکش خواری خوبی دارد (همچنین می‌توان آن را به صورت ورق نورد کرد).

در حالی که بیشتر فلزات چکش خوار نیز انعطاف پذیر هستند، این دو ویژگی می‌توانند منحصر به فرد باشند. به عنوان مثال، سرب و قلع زمانی که سرد هستند چکش خوار و انعطاف پذیر هستند، اما زمانی که دما شروع به افزایش به سمت نقطه ذوب خود می‌کند، شکننده‌تر می‌شوند. با این حال، اکثر فلزات با حرارت دادن، شکل پذیرتر می‌شوند. این امر به دلیل تأثیری است که دما بر روی دانه‌های کریستال درون فلزات می‌گذارد.

 

چکش خواری و سختی

ساختار بلوری فلزات سخت‌تر، مانند آنتیموان و بیسموت، فشار دادن اتم‌های آن‌ها به موقعیت‌های جدید آن هم بدون ایجاد شکست را دشوارتر می‌کند. این به این دلیل است که ردیف‌های اتم‌های فلز روی هم قرار نمی‌گیرند. به عبارت دیگر، در این فلزات مرزهای دانه بیشتری وجود دارد که مناطقی هستند که‌اتم ها آنچنان قدرت پیوندی مستحکمی ندارند. فلزات تمایل به شکست در این مرزهای دانه دارند. بنابراین، هرچه یک فلز مرزهای دانه بیشتری داشته باشد، سخت‌تر، شکننده‌تر بوده و شکل پذیری کمتری خواهد داشت. با انواع روش ‌های سختی سنجی مواد بیشتر آشنا شوید.

 

جمع بندی

چکش خواری خاصیتی است که به برخی فلزات اجازه می‌دهد تا ضخامت‌های بسیار پایین نازک شوند بدون اینکه شکست یا گسیختگی در آن‌ها اتفاق افتد. این خاصیت در فلزاتی مانند طلا، نقره، مس، سرب، آهن، آلومینیوم و غیره دیده می‌شود. چکش خوار بودن فلزات شکل پذیری را برای آن‌ها به همراه می‌آورد و باعث می‌شود فلزات یاد شده در جواهر سازی، ساخت ورقه‌های بدنه اتومبیل، بدنه لوازم خانگی و غیره کاربرد داشته باشند.

سؤالات متداول

۱- آیا چکش خواری همان شکل پذیری است؟

خیر، چکش خواری عبارت است از تغییر شکل پلاستیک قطعه تحت تنش فشاری بدون ایجاد شکست اما شکل پذیری به میزان تغییر طول یا ابعاد تحت تنش کششی گفته می‌شود.

۲- مهم‌ترین فلزات چکش خوار کدام اند؟

نمونه‌هایی از فلزات چکش خوار عبارتند از طلا، نقره، آهن، آلومینیوم، فلز مس، قلع، ایندیوم و لیتیوم.

۳- چگونه می‌توان فلزات را راحت‌تر شکل داد؟

افزاش درجه حرارت سبب شده تا فلز نرم‌تر شده و چکش خواری بهتری داشته باشد و این چنین می‌توان راحت‌تر آن را شکل داد.