خستگی فلزات به چه معناست ؟ | روش های جلوگیری از خستگی در فلزات
یکی از خطرناکترین انواع آسیب های فلزی، خستگی فلز می باشد. به طوری که عامل حداقل ۹۰درصد شکستها و خرابی های فلزات خستگی می باشد. اگر در حوزه ی آهن آلات فعالیت می کنید و علاقمند هستید اطلاعات بیشتری در خصوص خستگی فلزات کسب کنید؛ دعوت می کنیم در ادامه با فولاد نصر آذربایجان همراه باشید.
خستگی فلزات چیست ؟
به شکست ماده در اثر اعمال نیروهای متناوب کمتر از استحکام نهایی و کمتر از حد تسلیم ،خستگی فلزات گفته می شود. خستگی فلزات زمانی رخ می دهد که قطعات فلزی به علت تنش های مکرر، ضعیف می شوند. خستگی معمولا با ایجاد ترک در سطح قطعه یا نواحی تمرکز تنش صورت می گیرد.
دلیل اصلی خطرناک بودن خستگی فلزات این است که قابل مشاهده نیست و بدون آگاهی قبلی اتفاق میافتد. خستگی علت شکست زودهنگام بیشتر قطعههای صنعتی است. در واقع اگر خستگی فلز مورد توجه قرار نگیرد به مرور باعث ایجاد ترک خستگی شده و در نهایت به شکست خستگی منجر می شود.
عوامل تاثیر گذار بر خستگی فلزات
1- جنس فلز : معمولا قطعاتی که جنس مقاومی دارند نسبت به قطعات ضعیف کمتر دچار خستگی می شوند. برای مثال قطعات ساخته شده از فولاد مقاوم تر از قطعات آلمینیومی است.
2- دما : به جز فولادهای نرم که در دمای 211 تا 811 درجه سانتی گراد بیشترین درجه استحکام خستگی را دارند ، معمولاً با افزایش دمای فلز نسبت به دمای محیط، استحکام خستگی آن کاهش می یابد.
3- زبری سطح فلز: وجود زبری بر روی سطح فلز سرعت فرایند شکست را افزایش می دهد در حالی که فلزات با سطح صاف که خراش کمتری دارند و یا خراش های سطحی شان موازی با جهت تنش کششی اصلی است، دیرتر دچار خستگی می شوند.
4_ خوردگی فلزت : زمانی که فلز دچار خوردگی می شود، در سطح آن حفره ها و شیارهایی ایجاد شده که باعث کاهش استحکام خستگی می گردد. در این صورت گفته می شود فلز دچار ” خستگی خوردگی” شده است.
از دیگر عوامل تاثیر گذار بر خستگی فلزات می توان به اندازه قطعه ، تنش های حرارتی، نوع طراحی، استحکام خزش و در اتصالات جوشی به عواملی مثل شکل اتصال، عیوب جوش، تنش های پسماند، نوع ماده، عملیات حرارتی بعد از جوشکاری، اثر محیط، روند جوشکاری و… اشاره کرد.
مراحل خستگی فلزات
خستگی فلزات معمولا در سه مرحله ی زیر اتفاق می افتد.
شروع ترک ( جوانه زنی ترک) : در این مرحله ترک های بسیار ریزی بر روی سطح فلز نمایان می شوند. البته می توان تا حدودی ترک ها را با عملیات حرارتی بر طرف نمود.
رشد ترک : در مرحله ی بعدی تحت تاثیر تنش های حاصل از بارگذاری های دوره ای ، ترک های ریز بزرگتر می شوند. در ادامه یکی از ترک ها در امتداد صفحه لغزش فعال، رشد میکند، تا طول ترک به حد مشخصی برسد و بعد از آن ترک در جهت عمود بر تنش اعمالی به پیشروی خود ادامه می دهد، تا زمانی که شکست اتفاق بیفتد. هرچقدر میزان تنش اعمالی کمتر باشد، طول ترک در لحظه ی انتقال از مرحله ابتدایی به مرحله ثانویه بزرگتر خواهد بود.
شکست نهایی ماده : در نهایت ریزترک ها، به اندازه ای بزرگ می شوند که تنش ها باعث انتشار سریع ترک ها و همچنین آسیب به فلز می شوند. در حقیقت، در این مرحله ماده دچار پارگی می شود و شکست ترد رخ می دهد. هر چند ممکن است ماده ترد نبوده باشد.
انواع خستگی فلزات از نظر شدت
خستگی فلزات از نظر شدت معمولا در سه حالت زیر اتفاق می افتد.
- خستگی با چرخه ی کم : سازه های در معرض زلزله و طوفان دچار این نوع خستگی می شوند.
- خستگی با چرخه ی زیاد : پل ها، نیروگاه های بادی و روسازی فرودگاه درگیر خستگی با چرخه ی زیاد هستند.
- خستگی با چرخه ی بسیار زیاد : سازه های دریایی و ساختار های حمل و نقل سریع در دسته ی خستگی با چرخه ی بسیار زیاد قرار می گیرند.
انواع خستگی فلزات از نظر شرایط محیطی
خستگی فلزات از نظر شرایط محیطی به دو دسته تقسیم می شود:
خستگی مکانیکی : در این نوع خستگی بر اثر وارد شدن نیروهای متناوب و دوره ای یک ماده دچار شکستگی می شود. این نوع از خستگی در میان قطعات صنعتی بسیار رایج است. مانند میل لنگ، شاتون و میل بادامک که همواره در معرض تنش های مکانیکی هستند.
خستگی حرارتی : شکست یک قطعه بر اثر تنش حرارتی را خستگی حرارتی می گویند. در این نوع خستگی به جای بار مکانیکی، بارهای حرارتی به یک جسم یا قطعه وارد می شوند.مانند قطعاتی که در قسمت احتراق موتور ماشین قرار دارند و دائما در معرض حرارت بالا هستند. این حرارت بالا و سرد شدن ناگهانی قطعه، تنش حرارتی نام دارد.
حد خستگی فلزات چیست؟
به بالاترین استرسی که یک ماده می تواند برای یک تعداد سیکل بدون شکست تحمل کند، حد خستگی یا استحکام خستگی می گویند. به عبارتی حداکثر تنشی که می تواند برای تعداد معینی از سیکل کاری، بدون شکستگی اعمال کرد را استحکم خستگی می نامند.
فلزات رایج در معرض خستگی
تمام قطعات فلزی که در محیط زندگی ما وجود دارند، می توانند در معرض خستگی و در نهایت شکست و خرابی قرار گیرند مانند:
- اجزا بدنه ی هواپیما
- قطعات خودرو
- پل ها
- تونل ها
- وسایل خانه
- قطعات کمپرسور، پمپ توربین و ماشین آلات مختلف که دارای لرزش بالایی هستند
- قطعات کارخانه ای
- سازه های ساختمانی
- تجهیزات مربوط به قالب زنی فلزی
راه حل جلوگیری از خستگی فلزات
خستگی فلزات را می توان با روش های مناسب کاهش داد یا به کلی از آن جلوگیری کرد. اولین راه حل برای این مشکل ، انتخاب مواد مناسب است. مواد مختلف دارای قدرت خستگی متفاوتی هستند. برای مثال ، فولاد به طور معمول می تواند تنش بیشتری را نسبت به قوطی آلومینیوم تحمل کند. با تعیین مقاومت خستگی یک ماده و ارزیابی چگونگی مطابقت آن با کاربرد ، می توان از شکست جلوگیری کرد.
روش دیگر برای جلوگیری از خستگی فلزات، نصب نرمافزار تجزیه و تحلیل خستگی روی طراحی سازه یا قطعهی مورد نظر است. با انجام و تکرار آنالیزها، از وقوع این پدیده میتوان جلوگیری کرد.
برای مثال، تجزیه و تحلیل نرمافزاری میتواند ناحیهای از فلز را که در معرض خستگی قابل توجهی قرار دارد، به ما نشان دهد. اگر این ناحیه نزدیک به یک ویژگی هندسی، مثلاً یک حفره باشد، میتوان این حفره را به جای دیگری منتقل کرد.
سخن آخر
همان طور که اشاره شد یکی از رایج ترین مشکلات فلزات ، خستگی و شکست و خرابی ناشی از آن است. خستگی فلزات به طور گسترده در صنعت و زندگی روزمره اتفاق می افتد. از قطعات خودرو گرفته تا لوازم ریز منزل و بهترین روش برای جلوگیری از این مشکل انتخاب مواد با کیفیت در ساخت قطعات فلزی است.
ما نیز در فولاد نصر آذربایجان به عنوان یکی از بزرگترین واحد های تولیدی مقاطع فولادی از قبیل انواع تیر آهن ، نبشی و… آماده ی ارائه خدمات به شما هموطنان عزیز هستیم. شما مشتریان محترم می توانید جهت مشاوره رایگان و سفارش محصول با شماره 04134329481 تماس حاصل فرمایید. و اقلام مورد نیاز خود را با بهترین کیفیت و مناسب ترین قیمت تهیه فرمایید.
