ההבדל בין חוזק לקשיחות של חומרים
כּוֹחַ
חוזק הוא הלחץ שמתכת לא סגורה יכולה לעמוד לפני שהיא מתעוותת או נשברת תחת עומס יישומי יחיד. זהו מדד ליכולתו של החומר להתנגד לשבר כאשר הוא נתון לכוחות מתיחה.
קְשִׁיחוּת
קשיחות היא כמות האנרגיה הנדרשת לפני שחומר סדוק נשבר. ככל שהחומר קשה יותר, כך נדרשת אנרגיה רבה יותר כדי לגרום לסדק להתפשט לשבר. עבור סגסוגת נתונה, קשיחות שבר נמוכה יותר פירושה משיכה נמוכה יותר. לדוגמה, לזכוכית יש קשיחות נמוכה מאוד ולכן היא שבירה מאוד.
השפעת העומס על שבר
עבור רכיב עם סדק באורך נתון, ככל שקשיחות השבר פוחתת, יכולתו של הרכיב לעמוד בעומס לפני השבירה יורדת גם כן. לעומת זאת, לעומס נתון, ככל שקשיחות השבר גדלה, הרכיב מסוגל לסבול סדקים ארוכים יותר מבלי לשבור. כפי שמוצג באיור שלהלן, עבור כל סגסוגת נתונה, ככל שחוזק המתיחה גדל, הקשיחות שלו פוחתת. לכן, כאשר נדרשים גם קשיחות גבוהה וגם חוזק גבוה, בדרך כלל יש צורך לעבור לסגסוגת אחרת העומדת בשתי הדרישות.
שקול כוח וקשיחות בבחירת החומרים
לעיתים קרובות מעצבים נוטים להשתמש בחומרים בעלי חוזק הגבוה ביותר האפשרי כדי לאפשר להם למזער את שטח החתך של רכיב. עם זאת, הדבר יכול להוביל שלא במתכוון לשימוש בחומרים שאינם קשוחים מספיק כדי לעמוד בשבר אם נוצרים סדקים קטנים במהלך הייצור או במהלך השימוש. לחץ עייפות הוא גורם אפשרי ליצירת סדק.
בדרך כלל צפויה היווצרות סדק ברכיבים שנחשפו לתנאי עייפות. במקרים אלה, צריך לדעת קשיחות שבר כדי לקבוע כמה זמן ניתן להמשיך לרכיב לפני שהסדק מתפשט עד לנקודה בה חתך הרוחב כולו אינו יכול לתמוך בעומס והרכיב נשבר. זה חל על רכיבים אוויריים וכלי לחץ, כמו דוודים.
עבור רכיבים מבניים שנחשפים לתנאי עייפות, על המעצבים להתמקד הן בכוח ובקשיחות. הכוח חייב להיות גדול מספיק כדי לאפשר לחומר לעמוד בעומס המופעל ללא עיוות. הקשיחות חייבת להספיק בכדי לאפשר למתכת לעמוד בהיווצרות סדקי עייפות ללא כישלון קטסטרופלי.
