پدیده خزش در فلزات چیست؟

خزش عبارتست از تغییر شکل آهسته و پیوسته جامد تحت تنش ثابت با زمان که تنها در دماهای بالا رخ می‌دهد. در کل خزش تابعی پیچیده از تنش، زمان، دما، اندازه و شکل دانه، ریزساختار، کسر حجمی و ویسکوزیته فاز شیشه‌ای در مرز دانه‌ها، تحرک نابجایی‌ها و … می‌باشد

پدیده خزش در فلزات چیست؟

به تغییر شکل فلزات در دمایی بالاتر از نصف نقطه ذوب و در تنش‌های زیر الاستیک، خزش می‌گویند. در این فرآیند سرعت کرنش مکانیزم تغییر شکل پایین است. خزش عامل اصلی بسیاری از شکست‌ها در قطعات فلزی  در دمای بالا است. از همین رو خزش در دماهای بسیار بالا اهمیت بیشتری دارد. 
بررسی خواص خزشی ماده کمک می‌کند تا بدانید کدام قطعه برای کاربرد در دمای بالا مناسب است. از همین رو در طراحی و ساخت تجهیزاتی مانند کوره و موتور که قطعات در دمای بالا برای مدت طولانی استفاده می‌شوند، خزش یک پارامتر مهم است. معمولا در دماهای پایین‌تر از نقطه ذوب می‌توان خزش را نادیده گرفت.
معمولا استحکام فلزات در دمای بالا کاهش پیدا می‌کند. علت کم شدن استحکام در دمای بالا، فعال شدن چند عامل تغییر شکل است که در دمای بالا رخ می‌دهد اما در دمای پایین غیر فعال است. 


عوامل موثر بر کاهش استحکام در دمای بالا


•    افزایش تغییرشکل ماده بر اثر فعال شدن ماکانیزم لغزش 
•    حرکت سریع جابه جایی ذرات در دماهای بالا با مکانیزم صعود
•    فعال شدن مکانیزم¬‌های برش ذرات رسوبی در دماهای بالا
•    نفوذ و حرکت سریع اتم ‌ها در دمای بالا
•    واکنش فلز با محیط ، اکسیداسیون و خوردگی 

مکانیزم‌های تغییر شکل ناشی از خزش


    تغییرشکل در تنش برشی تئوری
    لغزش و دوقلویی شدن
    خزش ناشی از نفوذ
    لغزش مرزدانه ای
    خزش مرزدانه

مکانیزم‌های تغییر شکل ناشی از خزش
 
تغییر شکل در تنش برشی تئوری


زمانی که یک صفحه کریستالوگرافی روی یک صفحه موازی با آن لغزش داده شده و تغییر شکل حاصل می‌گردد، تنش برشی تئوری تنشی می‌گویند. با تغییر درجه حرارت، میزان تنش تغییر نخواهد کرد. این تنش فقط جایی که نابجایی وجود نداشته باشد، ایجاد خواهد شد. با وجود نابجایی، این تنش به شدت کاهش پیدا می¬کند.
 

لغزش و دوقلویی شدن

در دمای پایین نسبت به نقطه ذوب، تغییرشکل خزشی با مکانیزم لغزش و دوقلویی شدن رخ می‌دهد. با افزایش دما، تنش برشی بحرانی برای لغزش کاهش پیدا خواهد کرد.
در دماهای بالا لغزش بر روی صفحات لغزشی بسیاری اتفاق می‌افتند. علت این امر فعال شدن زیاد نا بجایی‌ها است. در دماهای بالا حلقه‌‌های ناب‌جایی با صعود یکدیگر را خنثی می‌کنند. از همین رو از منابع مختلف نابجایی‌های جدیدی ایجاد می‌گردد. اما در دماهای پایین، هر حلقه باعث توقف دیگری می‌‌شود.

 


خزش ناشی از نفوذ

یک تنش خارجی حرکت و نفوذ جای خالی اتمی را از طریق شبکه کریستالی یا از طریق مرزدانه ‌ها کنترل و می‌تواند موجب تغییرشکل پلاستیک شود. 


لغزش مرز دانه‌ها


با نفوذ این تنش و جابه جایی دانه‌ها، به طول دانه افزوده می‌شود. و در امتداد عمود نیز به طور عکس، تنش موجب کاسته شدن از طول دانه خواهد شد. فرآیند نفوذ معمولا در تنش پایین و دمای بالا و زمانی که سرعت خزش با تنش اعمالی تغییر می‌کند، رخ می‌دهد. این امر در افزایش طول و کشیدگی دانه موثر است.


خزش نفوذی از طریق مرزدانه‌ها


در این نوع خزش، جابه‌جایی و نفوذ اتم‌ها از طریق مرزدانه انجام خواهد شد.

 

آزمون خزش مواد


 نتایج آزمون خزش، برای طراحی اجزای صنعتی و ساختمانی کاربرد دارد. به طور مثال، مخازن نفتی که در پالایشگاه‌ها استفاده می‌شوند، باید از استحکام مناسب در برابر تنش‌های اعمالی از طرف سیال در مدت زمان زیاد و دمای بالا برخوردار باشد. 
فرآیند تست خزش یک فرآیند زمانبر است. آزمایشگاهی تست خزش در آن انجام می‌شود باید به تجهیزات پیشرفته‌ای مجهز باشد. به طوریکه می‌توان گفت برای یک آزمایشگاه تست خزش صدها دستگاه مورد نیاز است. از همین رو این فرآیند، هزینه بر هم خواهد بود. در واقع آزمون خزش همان آزمون کشش است که در تنش و دمای ثابت انجام می‌شود. در این تست از یک وسیله بسیار دقیق اندازه گیری طول (معمولا کرنش سنج) و یک وسیله گرم کردن نمونه در شرایط کاملا کنترل شده استفاده می‌گردد.

آزمون خزش مواد

دستگاه تست خزش


برای تست خزش، از کوره مقاومت استوانه‌ای استفاده می‌شود که بر روی قاب ماشین کشش نصب شده و در جهت عمودی قابل جا به جایی است. موره معمولا به طرف بالا و پایین و در امتداد هادی حرکت کرده تا در موقعیت مناسبی قرار گیرد. پس از قرار گرفتن کوره در مکانی مناسب، نمونه را در برگرفته یا در فاصله مناسبی از آن قرار می‌گیرد. به ‌طوری که گذاشتن و برداشتن نمونه آزمایش و همچنین تنظیم سیستم کرنش سنج امکان ‌پذیر باشد.
ابعاد کوره در مقایسه با قطعه از اهمیت بالایی برخوردار است. معمولا ابعاد آن باید از طول نمونه آزمایش بلندتر باشد تا از برقراری دمای یکنواخت در تمام طول نمونه اطمینان حاص شود. کوره‌‌هایی که برای آزمایش خزش استفاده می‌شوند، معمولا دارای چند ناحیه هستند که می‌توان هر یک از آن‌ها را به شکلی مستقل کنترل نمود. به این ترتیب جبران افت‌ دما، که معمولا در دو انتهای استوانه کوره وجود دارد، امکانپذیر خواهد بود.
کرنش سنجی که برای تست خزش استفاده می‌شود، مجهز به امکانات انتخاب مبدا اندازه گیری نیز هستند. از همین رو برد اندازه گیری آن‌ها قابل تغییر بوده و برای افزایش طول‌های بزرگ قرائت دقیق‌تری را به همراه خواهد داشت. 
اگر انتهای بازوهای کرنش‌ سنج‌‌ها به طرفین نمونه آزمایش متصل شود، ممکن است در قرائت طول مشکلاتی ایجاد شود. در مقابل می‌‌توان بازوهای کرنش‌ سنج را در محدوده‌‌ای خارج از قسمت اندازه‌ گیری با استفاده از تیغه‌‌های تماس لبه تیز به گیج متصل نمود.

منبع تامین محتوا فولاد24

 

دیدگاه ها