Ιδιότητες συρμάτων

Τι συμβαίνει στο μέταλλο όταν κάμπτουμε ένα σύρμα;

	Ελαστική παραμόρφωση Αν η δύναμη που εφαρμόζουμε είναι σχετικά μικρή, τότε τα άτομα του μετάλλου μετακινούνται λίγο μεταξύ τους, αλλά μετά την αφαίρεση της δύναμης επανέρχονται στην προηγούμενη θέση. Έτσι, το σύρμα αλλάζει σχήμα όσο επιδρά η δύναμη, αλλά μετά επανακτά το αρχικό σχήμα.
	Πλαστική παραμόρφωση Αν η δύναμη που εφαρμόζουμε είναι μεγαλύτερη από ένα όριο (όριο ελαστικότητας), τότε μερικοί δεσμοί μεταξύ των ατόμων σπάνε, τα άτομα μετακινούνται και δημιουργούνται νέοι δεσμοί. Επίσης, μπορεί να δημιουργηθούν περιοχές με αυξημένες εσωτερικές τάσεις μέσα στον κρύσταλλο του μετάλλου. Το τελικό αποτέλεσμα είναι η μόνιμη αλλαγή του σχήματος.

Σε εφαρμογή υπερβολικής δύναμης το σύρμα θραύεται (όριο θραύσης).

Η πλαστική παραμόρφωση συνοδεύεται από μόνιμη αλλαγή των κρυσταλλικών δομών του μετάλλου, με αποτέλεσμα να αλλοιωθούν οι μηχανικές ιδιότητες του υλικού. Το σύρμα εμφανίζεται στην αρχή σκληρότερο (σκλήρυνση, strain hardening) λόγω της ανάπτυξης εσωτερικών τάσεων, ενώ επανειλημμένες εφαρμογές δυνάμεων πέραν του ορίου ελαστικότητας καταλήγουν εύκολα στη θραύση. Η ιδιότητα αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να κόψουμε ένα σύρμα και χωρίς κόπτη.

Τυπικό σχεδιάγραμμα δύναμης - παραμόρφωσης, που δείχνει τη συμπεριφορά του σύρματος όταν εφαρμόζουμε μια δύναμη. Το διάγραμμα δείχνει ότι όσο αυξάνεται η δύναμη, τόσο περισσότερο παραμορφώνεται το σύρμα, έως το σημείο θραύσεως.

Όταν εφαρμόζουμε μια δύναμη στην ελαστική περιοχή (πράσινη), το σύρμα κάμπτεται, αλλά με την αφαίρεση της δύναμης, το σύρμα επανέρχεται στο αρχικό σχήμα. Προσέξτε ότι η περιοχή αυτή δεν είναι απαραίτητα γραμμική, δηλαδή, η παραμόρφωση δεν είναι πάντα ανάλογη με τη δύναμη. Γενικά ισχύει ότι όσο μεγαλώνει η δύναμη που εφαρμόζουμε, τόσο αυξάνεται και η παραμόρφωση του σύρματος. Υπάρχουν, όμως, και υλικά που μπορεί να παρουσιάζουν σχεδόν επίπεδη καμπύλη, δηλαδή η δύναμη να είναι σταθερή για μεγάλο εύρος παραμόρφωσης.

Η πλαστική περιοχή (πορτοκαλιά) είναι εκείνη, όπου επέρχεται μόνιμη παραμόρφωση. Αν αφαιρέσουμε τη δύναμη, το σύρμα δεν θα επανέλθει στην αρχική του κατάσταση. Η καμπύλη θα ακολουθήσει άλλη πορεία απενεργοποίησης και θα παραμείνει κάποια μόνιμη παραμόρφωση ακόμη και αν αφαιρεθεί τελείως η αρχική δύναμη. Όταν κάμπτουμε ορθοδοντικά σύρματα εφαρμόζουμε αρκετά μεγάλη δύναμη ώστε να φτάσουμε στην πλαστική περιοχή.

Μέτρο ελαστικότητας ή μέτρο του Young: Ο λόγος δύναμης / παραμόρφωσης στη γραμμική ελαστική περιοχή.

Αν είναι μεγάλος, τότε το σύρμα έχει μικρή ελαστικότητα. Ελατήριο από σύρμα μεγάλου μέτρου ελαστικότητας θα ασκεί μεγάλη δύναμη σε μικρές ενεργοποιήσεις. Αντίθετα, ελατήριο με μικρό μέτρο ελαστικότητας θα μπορεί να ενεργοποιηθεί πολύ και όμως να ασκεί μικρές δυνάμεις. Στην Ορθοδοντική χρειαζόμαστε σύρματα και των δύο άκρων ανάλογα με τη χρήση.

	Αν θέλουμε να μετακινήσουμε δόντια, τότε προτιμούμε μικρές δυνάμεις για να είναι βιολογικά συμβατές, αλλά συγχρόνως θέλουμε αυτές να επιδρούν και σε μεγάλες αποστάσεις ενεργοποίησης, ώστε να μην χρειάζεται να επανεργοποιούμε συχνά. Για το σκοπό αυτό είναι κατάλληλα τα σύρματα με μικρό μέτρο ελαστικότητας.
	Αν θέλουμε να μην επιτρέψουμε οδοντικές μετακινήσεις, αλλά να χρησιμοποιήσουμε τα σύρματα για συγκράτηση των δοντιών στη θέση τους, τότε θα προτιμήσουμε σύρματα με μεγάλο μέτρο ελαστικότητας.

Στην επιλογή των συρμάτων παίζουν ρόλο και άλλοι παράγοντες εκτός από το υλικό, όπως το μέγεθος και το σχήμα της διατομής.

© 2003, Δ. Χαλαζωνίτης, E-mail: dhal@dhal.com