خستگی فلز ، روش های جلوگیری از آن ، رشد ترک در فلزات می تواند زمینه ساز از بین رفتن ایمنی باشد. خستگی فلز عبارت است از ایجاد نقص هایی مانند ترک، شکاف و درز در اثر وارد آمدن فشار و تنش های بیرونی متناوبی که بیش از حد تسلیم فلز هستند. هر چند که فلزات بسیار آسیب پذیر هستند و تحت فشار و تنش های بیرونی دچار ترک خوردگی خواهند شد اما نمی توان در برابر رشد این ترک ها دست روی دست گذاشت. بروز ترک خوردگی در فلزات می تواند ناشی از نیروهای وارد بر فلزات، کشیدگی فلزات در اثر جوشکاری، بروز نواقص و حفره در حین ریخته گری و تنش های حرارتی باشد.
خستگی فلز
همیشه امکان انتخاب راهکار تعویض قطعات فرسوده و ترک خورده وجود ندارد. چرا که محدودیت های مالی این اجاره را نمی دهد. از طرفی پروسه تعویض قطعات می تواند چالش زا و وقت گیر باشد. بنابراین راه هایی برای جلوگیری، از حذف و تعمیر خستگی فلزات مطرح می شود. سازه های فولادی در صنعت هوا فضا، صنایع کارخانه ای و سازه های ساختمانی به کمک روش های جلوگیری از خستگی فلزات می توانند ایمن بمانند.
مفهوم خستگی فلز
به معنای پدیدار گشن درز و ترک خوردگی در فلزات در اثر وارد آمدن تنش های تکراری و نوسانی می باشد. زمانی که نیروی وارد شده به فلز بیش از حد تسلیم خستگی باشد، فلز دچار ترک خوردگی خواهد شد که به شدت پدیده آسیب زننده ای است. قطعه فلزی در اثر خستگی ممکن است دچار شکست شود. در واقع فلزات به دلیل فشار های مکرر ضعیف می شوند. جوانه زنی ترک ها اولین نشانه خستگی فلز است. این ترک ها عمدتا در سطح فلز و نواحی و نقاطی که تنش در آن ها متمرکز گردیده رشد می کنند.
مراحل پیدایش این پدیده
خستگی فلز در سه مرحله انجام می شود. درگام نخست ترک های سطحی و ریزی بر سطح فلز جوانه می زنند. این ترک ها در ابتدا بسیار سطحی هستند و هنوز به عمق فلز نفوذ نکرده اند. در گام بعد که گام دوم است ترک ها در سطح فلز تحت تنش های بیرونی افزایش پیدا می کنند. ترک ها در جان فلز جوانه می زنند و در امتداد صفحه لغزش فعال رشد می یابند.
ترک ها تا زمانی در امتداد افق پیشروی می کنند که طول آن ها به حد مشخصی برسد. سپس شاهد رشد عمودی ترک ها در عمق فلز خواهیم بود. ترک ها به قدری عمیق می شوند که پدید شکست رخ دهد. در گام پایانی نیز تنش ها به قدری زیاد می شوند که ترک ها به سرعت انتشار پیدا می کنند و فلز را در معرض آسیب شدید قرار می دهند. در این مرحله پارگی رخ خواهد داد و فلز به مرز شکست ترد می رسد.
حد خستگی فلز
اندازه ی حد خستگی فلز حدی است که فلز می تواند تا این مرز بدون آثاری از خستگی و شکست ادامه دهد. حد خستگی فلز بیشترین میزان استرسی است که فلز در طی تعداد سیکل مشخص قادر به تحمل آن می باشد. چنانچه میزان تنش وارده در طی سیکل های مداوم از حد خستگی فلز عبور کند آن زمان است که فلز دچار آسیب خواهد شد.
روش جلوگیری از بروز خستگی در فلزات
پل ها، تونل ها، تیرآهن ساختمانی، قطعات هواپیما، قطعاتی که تحت لرزش های شدید قرار دارند و تجهیزات مربوط به قالب زنی فلزی همگی تحت تنش های شدیدی هستند. با اشراف کامل به اصول مهندسی می توان به نحوی از اثرات ناخوشایند حاصل از این فرآیند جلوگیری نمود. در این بخش به تعدادی از روش های جلوگیری از بروز خستگی در فلزات اشاره خواهیم کرد.
استفاده از نرم افزارهای مهندسی به منظور تشخیص زودهنگام
یکی از روش هایی که برای جلوگیری از خستگی فلز مطرح می شود نصب یک نرم افزار تجزیه و تحلیل خستگی روی طراحی سازه و قطعه می باشد. این نرم افزارها در مورد خستگی فلز می توانند تحلیل های دقیقی انجام دهند و در اثر نزدیک شدن به مرزهای بحرانی به کاربران هشدار دهند. بنابراین مهندسین می توانند به خوبی متوجه شوند که قطعه فلزی در حال نزدیک شدن به مرز خستگی می باشد. در نتیجه می توان از خستگی فلز جلوگیری کرد.
به کمک نرم افزارهای مخصوص حتی می توان نقاطی از سازه فلزی که تحت خستگی بیشتری قرار دارد را ردیابی کند. با شناخت محل دقیق ترک های ایجاد شده می توان به نحوی جلوی رشد آنها را گرفت. به عنوان مثال اگر طراحی سازه به گونه ای باشد که یک حفره در نزدیکی ترک وجود داشته باشد می توان با انتقال حفره به محلی دیگر جلوی گسترش ترک را گرفت.
استفاده از متریال مناسب جهت ساخت سازه های فلزی
استفاده از متریال های مناسب برای ساخت قطعات فلزی از دیگر روش های جلوگیری از این پدیده می باشد. فلزات مختلف دارای حد خستگی متفاوتی هستند. بنابراین در ساخت قطعات باید با توجه به محاسبات مهندسی و اندازه گیری تعداد تنش ها و نیروی وارده از طرف عوامل خارجی مانند ضربه، فشار و استرس به قطعه، دست به انتخاب متریال مناسبی زد. این متریال باید توانایی مقاومت کافی در برابر تنش های وارده را داشته باشد. به عنوان مثال فولاد قادر است تنش های بیشتری را نسبت به آلومینیوم تحمل کند.
تعمیر سیستم های معیوب به منظور جلوگیری از خستگی فلز
با بهبود شرایط و تعمیر بخش های فرسوده جلوی خستگی فلز را گرفت. به عنوان مثال اگر در یک سیستم معیوب به دلیل نقص فنی و یا خراب بودن سیستم میزان لرزش بالایی وجود دارد باید با تعمیر سیستم و تعویض قطعات فرسوده جلوی تنش های وارده را گرفت. بنابراین همیشه هم جلوگیری از خستگی فلز به انتخاب متریال صحیح مربوط نیست.
سخن پایانی
فلزات در اثر وارد شدن تنش های متوالی در لحظه ای ناگهانی دچار شکست می شوند. به این پدیده خستگی فلز می گویند. نوع تنش، نیروی وارده از طرف تنش، آهن بارگذاری تنش، عیوب سطحی قطعه و آثار محیطی مانند رطوبت همگی در ایجاد این فرآیند موثر هستند. کربن دهی، نیتروژن دهی و ایجاد پوشش های الکتریکی روی سطح فلز از دیگر روش هایی است که منجر به کاهش اثرات آن می شود.
گروه صنعتی فولاد کاران
گروه صنعتی فولاد کاران از سال ۱۳۷۰فعالیت خود را در زمینه‌ی تولید و تامین مقاطع مختلف فولادی و آهن, از قبیل میلگردهای فولادی و آلیاژی , میلگردهای ساختمانی, انواع مقاطع ترانسمیسیون , ورق‌های آلیاژی , ورق‌های روغنی و سیاه و گالوانیزه‌ی هفت الماس ,آغاز نموده است . تلاش مجموعه فولادکاران در این مدت در جهت رضایتمندی و تامین دقیق سفارشات معطوف بوده است.
ما را در شبکه‌های اجتماعی دنبال کنید:
اینستاگرام : https://instagram.com/foladkaran.tehran?igshid=MWZjMTM2ODFkZg==
فیسبوک: https://www.facebook.com/jamal.fazli.948
لینکدین: https://www.linkedin.com/in/jamal-fazli-65890a1b6
پینترست: https://nl.pinterest.com/fuladk
آپارات: https://www.aparat.com/FuladKaran
