قبل از بیان تفاوت های خزش و خستگی فلز بهتر است به تعریف در مورد هر کدام بپردازیم تا درک مطلب آسان گردد.
بطور کلی خزش فلز در دمای بالا اتفاق می افتد که در نتیجه منجر به تغییر شکل پیوسته و آهسته ی فلزات می شود. اگر در موقع انتخاب فلز، اطلاعات دقیقی در مورد این موضوع داشته باشید از خسارت های آینده جلوگیری می شود.
خزش اولیه
این خزش دائمی نیست و از تغییر شکل الاستیکی به وسیله ی کشش پیوند اتمی به وجود می آید. این خزش در ابتدا به سرعت اتفاق می افتد اما با گذشت زمان آهسته شده و در نهایت بسیار کند می شود.
خزش ثانویه
درواقع خزش فلز در مرحله ثانویه زمانی اتفاق می افتد که کرنش فلز کم شده باشد و تغییر شکل به آرامی رخ دهد.
خزش نهایی
در این مرحله تغییر شکلی اساسی در فلز به وجود آمده که زیر ساختارهای آن را تحت الشعاع قرار داده است. در خزش نهایی فلز می شکند.
نمونه هایی از خزش فلز
بطور کلی خزش فلز در فلزاتی بیشتر رخ می دهد که در معرض دمای بالا و یا رطوبت باشند. از بارزترین این نمونه ها عبارتند از :
- اجزا موتور جت، هواپیما
- رشته های فلزی حرارت دیده
- اجزای موتور های صنعتی
زمانی که فلزات دمایشان بالا می رود (مکان های خالی در درون شبکه کریستالی) نیز افزایش پیدا کرده و این امر سبب بالا رفتن سرعت نفوذ مواد می شود. بنابراین شبکه ی کریستالی تغییر کرده و تخریب صورت می گیرد.
در خزش فلز بالا رفتن دما موجب افزایش حجم فلزات می شود و همین اتفاق، زمینه ساز ایجاد تنش در شبکه های کریستالی می شود. در مورد فلزاتی که دارای ناخالصی هم هستند چنین اتفاقی رخ می دهد.
همچنین در خزش فلز با تغییر دما شاهد تضعیف مرزهای دانه ها هستیم، همین امر موجب تغییر سایز دانه ها می شود. در نهایت شبکه های کریستالی دچار افزایش سایز دانه از طریق تبلور مجدد می شوند.
چه عواملی از وقوع خزش فلز جلوگیری می کنند؟
با توجه به اینکه خزش فلز باعث به وجود آمدن زیان های جبران ناپذیری می شود بنابراین با استفاده از موارد زیر می توان از خزش ها جلوگیری کرد :
- حفره های خالی که در زیر ساختارها وجود دارد را حذف کنیم.
- اضافه کردن عناصر آلیاژی خاص (به جای آلیاژهای ناخالص)
- انجام عملیات فلزکاری با دمایی پایین تر.
- اضافه کردن عناصر آلیاژی خاص به فلزات
مراحل خستگی فلز
خستگی فلز خطرناک ترین آسیبی است که می تواند در مورد فلزات رخ دهد. وقتی که فلزات تحت نفوذ تنش های مکرر یا نوسانی قرار می گیرند (خستگی) به وجود آمده و در نهایت منجر به شکستگی قطعه می شود.
خستگی فلز طی سه مرحله انجام می شود که این سه مرحله به شرح زیر است :
مرحله اول : خستگی در مرحله ی اول با نمایان شدن ترک هایی روی سطح فلز آغاز می شود.
مرحله ی دوم : خستگی فلز در مرحله ی دوم با افزایش ریز ترک ها گسترش می یابد. این ریز ترک ها با تنش های حاصل از بارگذاری دوره ای به وجود می آیند. زمانی که طول ترک به اندازه ی مشخصی برسد، ترک در جهت عمود بر تنش اعمالی پیشروی خواهد کرد. بطور کلی هرچقدر میزان تنش کمتر باشد طول ترک از مرحله اول به دوم بزرگتر خواهد بود.
مرحله ی سوم : خستگی فلز در مرحله ی سوم بزرگ تر شدن ریز ترک ها، منجر به ایجاد ترک نهایی روی سطح فلز می شود. فلزات بر اساس مقاومت کششی و انواع مختلفی که دارند، سطح ترک هایشان هم با یکدیگر متفاوت است. در نهایت در این مرحله فلز دچار شکست ترد می شود.
- عواملی که در آسیب زدن به فلزات دخالت دارند عبارتند از : فشارهای ضربه ای و کششی
نمونه هایی از خستگی در سازه ها
خستگی فلز ممکن است در هر سازه ای اتفاق افتد اما در موارد زیر، باید توجه ویژه ای اعمال شود :
- استفاده از فلزات در ساختن پل ها
- استفاده از فلزات در ساختن انواع اسباب بازی ها
- تجهیزاتی که مربوط به قالب زنی فلزات هستند
- قطعاتی که دارای لرزش بالا هستند
- تجهیزاتی که مربوط به قالب زنی فلزی است
- استفاده از فلزات در بدنه ی هواپیما ها
تفاوت خزش و خستگی فلز
خزش و خستگی فلز آسیب هایی هستند که هر کدام به تنهایی هم می توانند خسارت های زیادی را به بار آورند. در این مقاله به معرف هر کدام از این دو آسیب پرداختیم. در این قسمت سعی بر آن است تا تفاوت های بین این دو آسیب را مورد بررسی قرار دهیم.
تفاوت اصلی خزش و خستگی فلز این است که خزش فلزات، در دمای بالا اتفاق می افتد که در نتیجه منجر به تغییر شکل پیوسته و آهسته ی فلزات می شود. در صورتی که در خستگی فلزات، در ابتدا ترک ها به سبب تنش های حاصل از بارگذاری دوره ای ایجاد می شوند و با گسترش ریز ترک ها قطعه دچار شکست ترد می شود.
برای مطالعه مقالات بیشتر کلیک کنید.
حد خزش و خستگی فلز نیز با هم متفاوت است. برای مثال : به اندازه ی مقاومت مواد در برابر خزش را حد خزش می گویند. در مقابل بیشترین استرسی که یک ماده می تواند برای تعداد دوره ی مشخص بدون شکستگی تحمل کند، حد خستگی می گویند. بطور کلی بیشترین تنشی که بر یک ماده در یک زمان طولانی می تواند اعمال شود حد خستگی می گویند.
جمع بندی
بعد از بیان تفاوت خزش و خستگی فلز به چگونگی جلوگیری از خستگی فلزات می پردازیم :
اجرای تجزیه و تحلیل نرم افزاری، بر روی طراحی قطعات و سازه ها، یکی از روش های کلیدی برای جلوگیری از خستگی فلزات محسوب می شود. زمانی می توان از خرابی فلز جلوگیری کرد که با اجرای آنالیز و تکرار فرآیند طراحی در هر بار، مانع تشدید خستگی فلزات شد.
خستگی فلز در انواع فلزات متفاوت است. به عنوان مثال، آلومینیوم به طور معمول نمی تواند مقادیر بیشتری از چرخه های تنش را نسبت به فولاد تحمل کند. زمانی می توان از شکست خستگی فلز جلوگیری کرد که با (تعیین و ارزیابی مقاومت) در برابر خستگی یک ماده، بررسی های لازم انجام شود.
