فولاد رکن اساسی مهندسی مدرن خواص مکانیکی منحصربه‌فردی دارد.
درک این ویژگی‌ها برای انتخاب مناسب‌ترین نوع فولاد برای هر کاربرد حیاتی است.
فولاد آلیاژی پرکاربرد که از آهن و کربن تشکیل شده به دلیل استحکام دوام و انعطاف‌پذیری بالا جایگاه ویژه‌ای در صنایع مختلف دارد.
از ساخت آسمان‌خراش‌ها و پل‌ها گرفته تا تولید خودروها و لوازم خانگی ردپای فولاد در همه جا دیده می‌شود.
اما آنچه فولاد را به این ماده‌ی بی‌نظیر تبدیل کرده خواص مکانیکی آن است.
این خواص تعیین‌کننده‌ی رفتار فولاد در برابر نیروهای مختلف و شرایط محیطی گوناگون هستند.
به عبارت دیگر شناخت دقیق این ویژگی‌ها به مهندسان و طراحان کمک می‌کند تا فولاد مناسب را برای هر کاربرد خاص انتخاب کنند و از عملکرد ایمن و پایدار سازه‌ها و قطعات اطمینان حاصل نمایند.
در این میان سه خاصیت مکانیکی از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند استحکام کشش و سختی.
این سه ویژگی نقش کلیدی در تعیین مقاومت فولاد در برابر شکست تغییر شکل و سایش ایفا می‌کنند.
درک عمیق این مفاهیم به ما این امکان را می‌دهد تا با دیدی بازتر و آگاهانه‌تر به دنیای فولاد بنگریم و از پتانسیل‌های بی‌شمار آن در راستای پیشرفت و توسعه بهره ببریم.
استحکام به زبان ساده توانایی فولاد در تحمل بار و نیرو بدون شکستن یا تغییر شکل دائمی است.
این خاصیت یکی از مهم‌ترین عوامل در طراحی سازه‌ها و قطعاتی است که تحت تنش‌های بالا قرار می‌گیرند.
به عنوان مثال در ساخت یک پل استحکام فولاد به کار رفته در ستون‌ها و تیرها تعیین‌کننده‌ی میزان باری است که پل می‌تواند تحمل کند.
هرچه استحکام فولاد بیشتر باشد پل قادر خواهد بود وزن بیشتری را بدون خطر فروریختن تحمل نماید.
استحکام خود به انواع مختلفی تقسیم می‌شود که هر کدام مقاومت فولاد را در برابر نوع خاصی از نیرو می‌سنجند.
استحکام کششی مقاومت فولاد در برابر نیروی کششی را نشان می‌دهد.
به عبارت دیگر این خاصیت مشخص می‌کند که فولاد تا چه حد می‌تواند در برابر کشیده شدن مقاومت کند قبل از اینکه پاره شود.
استحکام فشاری مقاومت فولاد در برابر نیروی فشاری را اندازه‌گیری می‌کند.
این خاصیت برای قطعاتی که تحت فشار قرار می‌گیرند مانند ستون‌های ساختمان‌ها اهمیت زیادی دارد.
استحکام برشی مقاومت فولاد در برابر نیروی برشی را تعیین می‌کند.
نیروی برشی نیرویی است که سعی می‌کند دو قسمت از ماده را نسبت به یکدیگر بلغزاند.
این نوع استحکام در طراحی پیچ‌ها و پرچ‌ها که برای اتصال قطعات به یکدیگر استفاده می‌شوند بسیار مهم است.
علاوه بر این استحکام تسلیم نیز یکی از شاخص‌های مهم در تعیین رفتار فولاد است.
استحکام تسلیم نقطه‌ای است که پس از آن تغییر شکل دائمی در فولاد رخ می‌دهد.
به عبارت دیگر اگر فولاد تحت نیرویی بیشتر از استحکام تسلیم خود قرار گیرد پس از برداشتن نیرو به حالت اولیه خود بازنخواهد گشت و تغییر شکل دائمی خواهد داشت.
در طراحی قطعات و سازه‌ها معمولاً از استحکام تسلیم به عنوان حد مجاز بارگذاری استفاده می‌شود تا از تغییر شکل دائمی و آسیب دیدن قطعات جلوگیری شود.
کشش خاصیتی است که میزان انعطاف‌پذیری و قابلیت تغییر شکل فولاد را قبل از شکستن نشان می‌دهد.
فولادی که کشش بالایی داشته باشد می‌تواند بدون پاره شدن تحت تغییر شکل‌های زیادی قرار گیرد.
این خاصیت به ویژه در فرآیندهای شکل‌دهی فلزات مانند خمش کشش عمیق و فورجینگ بسیار مهم است.
فولادی که کشش کافی نداشته باشد ممکن است در این فرآیندها ترک بردارد یا بشکند.
کشش فولاد با دو شاخص اصلی اندازه‌گیری می‌شود ازدیاد طول و کاهش سطح مقطع.
ازدیاد طول درصد افزایش طول فولاد پس از شکستن نسبت به طول اولیه آن است.
هرچه این درصد بیشتر باشد کشش فولاد بیشتر است.
کاهش سطح مقطع درصد کاهش سطح مقطع فولاد در محل شکست نسبت به سطح مقطع اولیه آن است.
هرچه این درصد بیشتر باشد کشش فولاد بیشتر است.
کشش فولاد علاوه بر فرآیندهای شکل‌دهی در کاربردهای دیگری نیز اهمیت دارد.
به عنوان مثال در ساخت قطعاتی که تحت ضربه و ارتعاش قرار می‌گیرند مانند قطعات خودروها و ماشین‌آلات صنعتی استفاده از فولاد با کشش بالا می‌تواند از شکستن قطعات در اثر ضربه جلوگیری کند.
همچنین در ساخت لوله‌های انتقال نفت و گاز استفاده از فولاد با کشش بالا می‌تواند از ترکیدن لوله‌ها در اثر فشار داخلی جلوگیری نماید.
سختی مقاومت فولاد در برابر خراشیده شدن ساییده شدن و نفوذ یک جسم سخت‌تر به داخل آن است.
فولادی که سختی بالایی داشته باشد دیرتر دچار سایش می‌شود و در برابر خراشیدگی مقاومت بیشتری دارد.
این خاصیت به ویژه در قطعاتی که در معرض سایش و اصطکاک قرار می‌گیرند مانند تیغه‌های برش چرخ‌دنده‌ها و ابزارهای حفاری بسیار مهم است.
سختی فولاد را می‌توان با روش‌های مختلفی اندازه‌گیری کرد.
یکی از رایج‌ترین روش‌ها استفاده از دستگاه سختی‌سنج است.
در این روش یک جسم سخت با نیروی مشخص بر روی سطح فولاد فشار داده می‌شود و میزان نفوذ جسم سخت به داخل فولاد اندازه‌گیری می‌شود.
هرچه میزان نفوذ کمتر باشد سختی فولاد بیشتر است.
روش‌های مختلفی برای سختی‌سنجی وجود دارد که هر کدام از یک جسم سخت با شکل و جنس متفاوت استفاده می‌کنند.
برخی از این روش‌ها عبارتند از سختی‌سنجی برینل سختی‌سنجی راکول و سختی‌سنجی ویکرز.
سختی فولاد علاوه بر مقاومت در برابر سایش در کاربردهای دیگری نیز اهمیت دارد.
به عنوان مثال در ساخت ابزارهای برش استفاده از فولاد با سختی بالا می‌تواند عمر ابزار را افزایش دهد و از کند شدن سریع تیغه جلوگیری کند.
همچنین در ساخت قطعاتی که در معرض ضربه و فشار بالا قرار می‌گیرند مانند قطعات موتورهای احتراق داخلی استفاده از فولاد با سختی بالا می‌تواند از تغییر شکل و آسیب دیدن قطعات جلوگیری نماید.
به طور کلی خواص مکانیکی فولاد به عوامل مختلفی بستگی دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به ترکیب شیمیایی عملیات حرارتی و فرآیند تولید اشاره کرد.
با تغییر این عوامل می‌توان خواص مکانیکی فولاد را به طور قابل توجهی تغییر داد و فولادهایی با ویژگی‌های خاص برای کاربردهای مختلف تولید کرد.
به عنوان مثال با افزایش میزان کربن در فولاد استحکام و سختی آن افزایش می‌یابد اما کشش آن کاهش می‌یابد.
با انجام عملیات حرارتی مانند آبکاری و تمپر کردن می‌توان استحکام سختی و کشش فولاد را به طور همزمان بهبود بخشید.
انتخاب فولاد مناسب برای هر کاربرد نیازمند درک کامل از خواص مکانیکی آن و همچنین شرایط کاری قطعه یا سازه است.
مهندسان و طراحان با در نظر گرفتن این عوامل می‌توانند فولادی را انتخاب کنند که بهترین عملکرد را در شرایط مورد نظر داشته باشد و از ایمنی و پایداری سازه یا قطعه اطمینان حاصل نمایند.
برای مثال در ساخت یک بدنه خودرو فولادی با استحکام بالا و کشش مناسب مورد نیاز است تا در صورت تصادف بتواند انرژی ضربه را جذب کند و از آسیب دیدن سرنشینان جلوگیری نماید.
در ساخت یک چرخ‌دنده فولادی با سختی بالا و مقاومت در برابر سایش مورد نیاز است تا بتواند در برابر اصطکاک و فشارهای بالا مقاومت کند و عمر طولانی داشته باشد.
در سال‌های اخیر تحقیقات گسترده‌ای در زمینه بهبود خواص مکانیکی فولاد انجام شده است.
این تحقیقات منجر به تولید فولادهای جدیدی با ویژگی‌های منحصربه‌فرد شده است.
به عنوان مثال فولادهای با استحکام فوق‌العاده بالا (UHSS) که استحکام تسلیم آن‌ها بیش از 700 مگاپاسکال است در صنایع مختلفی مانند خودروسازی و هوافضا کاربرد دارند.
فولادهای پیشرفته با استحکام بالا (AHSS) که ترکیبی از استحکام بالا و کشش مناسب را ارائه می‌دهند به طور گسترده در ساخت قطعات خودروها برای کاهش وزن و بهبود ایمنی استفاده می‌شوند.
فولادهای زنگ نزن (Stainless Steels) که حاوی مقدار زیادی کروم هستند در برابر خوردگی و زنگ زدگی مقاوم هستند و در صنایع غذایی دارویی و شیمیایی کاربرد دارند.
با پیشرفت تکنولوژی انتظار می‌رود که فولادهای جدیدی با خواص مکانیکی بهتر و کاربردهای گسترده‌تر تولید شوند.
این پیشرفت‌ها نقش مهمی در توسعه صنایع مختلف و بهبود کیفیت زندگی انسان‌ها ایفا خواهند کرد.
درک عمیق خواص مکانیکی فولاد و استفاده بهینه از آن کلید موفقیت در بسیاری از پروژه‌های مهندسی و صنعتی است.
از این رو آموزش و تحقیق در این زمینه از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.