خستگی حرارتی

خستگی حرارتی

خستگی به انواع گوناگونی مانند خستگی حرارتی یا خستگی در دمای ثابت تقسیم م یشود. خستگی در مواد اتفاق م یافتد و به معنای فرایندی است که زمین هساز شکست ماده موردنظر خواهد شد. به سبب این مسئله که خستگی تأثیر بسیار زیادی در عمر قطعات فلزی دارد، راهکارهای گوناگونی برای سنج خستگی قطعهها یا مادههای گوناگون وجود دارد. ما در این مقاله، قصد داریم ابتدا خستگی را تعریف کنیم، سپس به سراغ بیان انواع آن برویم و نکات تکمیلی در مسئله را با بیانی ساده برشمریم.

خستگی چیست؟ خستگی زمانی اتفاق م یافتد که ماد های براثر مواجه با نیرویی کمتر از حد تسلیم و استحکام نهایی خود، دچار شکستگی شود. تنشها یا نیروهای نوسانی و پ یدرپ ی، اصل یترین عوامل در بروز خستگی هستند. خستگی ازاینجهت بسیار مهم است که تا لحظهای که منجر به شکستگی ماده شود، هیچ نشانهای از آن نمایان نیست؛ به بیان دیگر، با بازرسی ظاهری یا چشمی، انواع خستگی قابلتشخیص نیست و این مسئله م یتواند موجب ویران یهای ناگهانی در قطعات فلزی یا مادههای بسیار حساس شود. جالب است بدانید که خستگی یکی از بارزترین دلایل شکت و آسیب در انواع قطعه فلزی است؛ این فرایند مخرب، ا معمولا با جوانهزنی یا ایجاد ترکهای نامحسوس در ناح یه تمرکز تنش اتفاق م یافتد و بهمرور به سایر نواحی حساس قطعه نیز منتقل م یشود.
خستگی به چه انواعی تقسیم میشود؟ خستگی مطابق با اینکه براثر به عواملی اتفاق افتاده است و چگونه بهپیش م یرود، به سه دسته کلی تقسیم م یشود. خستگی بهطورکل ی، به سه نوع زیر بخشپذیر است : خستگی حرارتی؛ • خستگی در دمای ثابت؛ • خستگی ترمومکانیکی. • جالب است بدانید که برخی از عوامل مانند دما، در همه انواع خستگی دخیل هستند و به یک نوع خاص (مانند خستگی حرارتی) محدود نم یشوند.

خستگی حرارتی چیست؟ خستگی حرارتی به آن نوع از خستگی گفته م یشود که در قطع ههایی که ا صرفا تحت تأثیر سیکلهای حرارتی هستند، بروز م یکند؛ البته نباید فراموش کنیم که سیک لهای مکانیکی هم در بروز خستگی حرارتی تأثیرگذار هستند ولی تأثیر آنها بسیار کمتر از مؤلفه د ماست.

خستگی چگونه اتفاق میافتد؟ انواع خستگی، اعم از خستگی حرارتی یا خستگی در دمای ثابت، یک فرایند ا نسبتا معین را طی م یکند، تا جای ی که قطعه دچار شکستگی م یشود. پیش از آنکه به سراغ بیان مراحل ایجاد خستگی برویم، باید به این مسئله اشاره کنیم که مطابق با نظر بسیاری از متخصصان، فرایند خستگی با بارگذاری سیکلی فشاری و یا کششی آغاز م یشود و پس از آن، سایر عوامل مخرب نیز مزید بر علت م یشوند. مراحل آغاز خستگی تا ایجاد یک شکستگی در سطح ماده یا قطعه صنعتی، به شرح زیر است:

مرحله جوان هزنی ترک جوانهزنی ترکها ا معمولا با تنشهایی بسیار کمتر از تنش شکست ماده آغاز م یشوند؛ گفتنی است که لغزش در ایجاد این تنشها، نقشبرجستهای دارد. همچنین نباید فراموش کنیم که برخی از این ترکهای اولیه حاصل نابجایی در قطعه خواهند بود. جالب است بدانید که دو عامل در فرایند جوان هزنی ترکها، بسیار تأثیرگذار هستند: دامنه بارگذاری • تأثیر عامل دامنه بارگذاری تا جایی است که با افزایش دامنه تنش، مرحله آغاز ترکها بسیار کوتاه م یشود. عامل دما : • دما در خستگی حرارتی نقش بسیار مهمی دارد. نکته اینجاست که باتوجهبه علت بهوجودآمدن ترکهای اولیه، دما نیز تأثیر منفی خود را به جا خواهد گذاشت. اگر ترکها به سبب لغزش اتفاق افتاده باشند، دما موجب سادهتر شدن لغزش و در نتیجه سریعتر شدن فرایند بروز ترکها م یشود. از طرف دیگر، اگر ترکها در منطقه آخالها و یا ذرات مربوط به فاز ثانویه اتفاق افتاده باشد، دما و افزایش آن، نابجایی را شتاب م یبخشد. خستگی حرارتی در روش دوم به این شکل است که دما موجب ک مشدن تمرکز تنش و سرعتبخشیدن به فرایند شکستگی م یشود. محیط : •
باتوجهبه اینکه محیط بروز ترکها، خورنده یا غیر خورنده باشد، فرایند جوانهزنی تحت تأثیر قرار م یگیرد. اگر محیط خورنده باشد، حفرههایی در سطح ایجاد م یشود و تمرکز تنش باتوجهبه این حفرهها کم خواهد شد؛ در نتیجه، فرایند خستگی حرارتی سریعتر انجام م یشود. سطح قطعه: • عواملی مانند کششی یا فشاری بودن تنش پسماند یا ترکیب شیمیای ی لایههای سطحی قطعه، تأثیر زیادی در فرایند خستگی حرارتی دارد. اگر تنش پسماند به شکل کششی باشد، خستگی را سریعتر م یکند ولی فشاری بودن آن، موجب ک مشدن میزان تنش م یشود. ترکیب شیمیایی لایههای سطحی قطعه نیز اگر با روشهایی مانند نیتروژندهی یا کربندهی حفاظت شده باشد، فرایند خستگی دیرتر اتفاق م یافتد اما در غیر این صورت، خستگی بهراحت ی به جریان م یافتد.

مرحله رشد ترک در این قسمت، ترکهای اولیه تا جایی پیش روی کردهاند که قادر هستند با ایجاد تمرکز، یک تنش بزرگ در ی کجهت خاص بر سطح ماده یا قطعه ایجاد کنند. جالب است بدانید که مرحله رشد ترک خود به دو مرحله زیرین تقسیم م یشود: ابتدا تنشهایی که در جسم جوانهزدهاند، بهسرعت در امتداد لغزش فعال ب هپیش م یروند؛ پس از آن، تنشها در جهت عمود هم بر تنش اعمالی افزایش پیدا م یکنند. این فرایند تا وقتی ادامه پیدا م یکند که یک شکست کلی در قطعه اتفاق بیفتد.

مرحله شکست ماده همانطور که در انتهای بخش قبلی بیان کردیم، ترکها تا جایی پیش م یروند که یک ترک ترد در سطح قطعه اتفاق م یافتد؛ به قول متخصصان، یک تغییر شکل در پلاستیک ماده اتفاق م یافتد و ماده یا قطعه دچار پارگی م یشود.

تست خستگی چیست و چگونه انجام میشود؟ متخصصان برای آنکه رفتارهای مواد یا قطعات گوناگون را در برابر تنشهای سیکلی بررسی کنند، تستهایی را با عنوان تست خستگی عملی م یکنند. در کشورهای گوناگون از تستهای متفاوتی برای تشخیص استحکام قطعات در برابر تنشهای سیکلی استفاده م یشود؛ یکی از این تستهای آمریکای شمالی مشهور است. ASTMمعروف، با عنوان تست جالب است بدانید که در این تستها، با تغییر دادن پارامترهایی مانند دما یا سطح خوردگی، نتایج را بر روی نمودارهای گوناگون مندرج م یکنند. بهطورکل ی، سه تست برای تنظیم این نمودارها انجام م یشود: آزمون خستگی حرارت ی؛ • آزمون خستگی در دمای ثابت؛ • . آزمون خستگی ترمومکانیک ی • بنا به اینکه هر قطعه در چه صنعت و شرایطی استفاده خواهد شد، یکی از این تستها یا همه آنها انجام م یشود؛ بهعنوان نمونه، قطعاتی مانند منطقه احتراق در توربینهای گازی یا پرههای توربین با تستهای حرارتی دقیق سنجیده م یشوند. چراکه این قطعات در معرض دمای بسیار بالایی هستند و بروز خستگی حرارتی در آنها محتمل است.

سخن پایانی این مقاله در قسم تهای اول کوشید تا خستگی و انواع آن را بیان کند و تفاوت خستگی حرارتی را با سایر انواع خستگی برشمارد. پس از آن، به سراغ معرفی مراحل گوناگون بروز خستگی رفت مؤلفههای ی را قید کرد که فرایند خستگی را تسریع م یکنند. همچنین در پایان، به معرفی روشهایی پرداخت که به مدد آنها، میزان خستگی در قطعات سنجیده خواهد شد .

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *