3.5/5
2رای
این پســت برای شما مفیــد بود ؟
  • 5عالی بود
  • 3خوب بود
  • 2معمولی بود
  • 1بد بود

خزش یکی از موضوعات گیج ‌کننده متالورژی (فلزکاری) است که با وجود آگاهی نه‌ چندان کامل افراد از آن، از جمله مسائل حائز اهمیت در انتخاب فلزات در نظر گرفته می ‌شود. به ‌طور کلی خزش نوعی تغییر شکل ساختاری است؛ در صورت خزش شدید فلزات، شاهد تغییر شکل ظاهری فلز و در نتیجه، شکست آن خواهیم بود. متأسفانه شکست‌ های ناشی از خزش بسیار متداول هستند و این پدیده برای سلامت انسان‌ ها و ساختمان خطرناک است. آگاهی از خزش در طول فرآیند انتخاب فلزات می ‌تواند از انتخاب فلزات نامناسب جلوگیری کرده و عواقب جدی آن را تا حد قابل‌ توجهی کاهش دهد.

pdf پدیده خزش فلزات به چه علت بروز می دهد؟

پدیده خزش فلزات به چه علت بروز می دهد؟

خزش در فلزات چیست؟

خزش نوعی تغییر شکل در فلزات است که در فشارهای کمتر از قدرت تسلیم فلز و معمولاً در دماهای زیاد، رخ می ‌دهد. یکی از ویژگی ‌های اصلی فلزات، قدرت تسلیم آن ‌ها می باشد. این قدرت نشان ‌دهنده حداکثر فشاری است که فلز پیش از تغییر شکل می ‌تواند تحمل کند. خزش نیز پدیده ‌ای می باشد که باعث کشش پلاستیک فلزات پیش از رسیدن به فشار تسلیم می ‌شود.

با در نظر گرفتن علم فلزات می ‌توان گفت خزش (یا جریان سرد، cold flow) نشان ‌دهنده تمایل یک ماده جامد برای حرکت آرام و یا تغییر شکل دائمی است که در صورت اعمال فشارهای مکانیکی مستمر ایجاد می ‌شود. خزش در موادی بیشتر می باشد که به ‌صورت مستمر تحت حرارت قرار می ‌گیرند و با نزدیک شدن فلز به نقطه ذوب، این حرارت افزایش می ‌یابد. از دلایل دیگر خزش فلزات می‌ توان به فشارهای شدیدی اشاره کرد که قدرت تسلیم فلز را به چالش می‌ کشند.

سرعت تغییر شکل به ویژگی ‌های فلز، مدت ‌زمان مواجهه با عامل تغییر دهنده، دما و بار ساختاری وارد بر فلز بستگی دارد. هر چه فشار و مدت ‌زمان اعمال آن بیشتر باشد، تغییر شکل بیشتر بوده و تا حدی پیشرفت می ‌کند که دیگر قادر به استفاده از فلز مورد نظر نباشیم. برای مثال، خزش تیغه‌ های توربین می ‌تواند موجب تماس تیغه با پوشش محافظ آن شود و عملکرد تیغه را کاملاً متوقف کند. میتوان گفت خزش پدیده ‌ای می باشد که مهندسین و فلزکاران در زمان ارزیابی اجزای مختلف تحت‌ فشارهای بالا و دماهای متغیر باشد، در نظر بگیرند. خزش یک مکانیسم تغییر شکل است که می ‌تواند موجب شکست شود.

با این‌ حال، شکست فلز قطعی نیست و در برخی مواقع تنها شاهد تغییر شکل جزء فلزی خواهیم بود. برای مثال در برخی مواقع خاص، خزش ملایم بتن مورد استقبال قرار می‌ گیرد زیرا این خزش موجب از بین نرفتن فشارهای کششی شده و از ترک ‌خوردگی بتن جلوگیری می‌ کند. برخلاف شکنندگی ترد، تغییر شکل ناشی از خزش به ‌صورت ناگهانی رخ نمی ‌دهد. در عوض، کشیدگی در ساختار فلز در طولانی ‌مدت نمایان خواهد شد. از این ‌رو، خزش پدیده ‌ای “وابسته به زمان” است که بر اساس اصول قانون هوک (Hooke’s law) رخ می ‌دهد.

مراحل مختلف خزش در فلزات

مراحل مختلف خزش در فلزات

مکانیسم خزش بسیار پیچیده است؛ با این ‌حال، این پدیده را میتوان به سه مرحله کلی تقسیم کرد:

  • مرحله اول: خزش اولیه

در ابتدا، خزش اولیه در زمان فرآیند تغییر شکل رخ می‌ دهد. در این مرحله، تغییر شکل پلاستیکی آغاز می ‌شود. این تغییر شکل در اثر کشش پیوند اتم‌ ها ایجاد شده و دائمی نیست. پس از پایان تغییر شکل پلاستیکی شاهد تغییر شکل پلاستیکی دائمی خواهیم بود. در طول ابتدای مرحله اول خزش، این تغییر شکل به‌ صورت سریع رخ خواهد داد و با گذشت زمان از سرعت آن کاسته می‌ شود. کاهش سرعت خزش در اواخر مرحله اول خزش نشان از سخت شدن فلز دارد.

  • مرحله دوم: خزش ثانویه

مرحله دوم خزش زمانی آغاز می ‌شود که سرعت کشش کاهش یافته و به ثبات می ‌رسد. در مقایسه با مرحله دوم و سوم خزش، کشش در طول خزش ثانویه تقریباً کند است؛ زیرا تا این زمان هیچ آسیب ساختاری به فلز وارد نشده است.

  • مرحله سوم: خزش ثالث

آخرین مرحله فرآیند تغییر شکل، خزش ثالث است. این مرحله از خزش زمانی آغاز می ‌شود که میکرو ساختارهای فلز آسیب ببینند. هرچه تغییر میکرو ساختارها پیشرفت کند، سرعت کشش فلز نیز افزایش خواهد یافت. این فرآیند تا زمانی ادامه دارد که فضاهای خالی کافی در میکرو ساختار ایجاد شود و در نهایت، فلز شکاف برداشته و کاملاً بشکند.

نمونه ‌های متداول از خزش

خزش پدیده ‌ای است که در برخی حوزه ‌های خاص بیشتر مشاهده می ‌شود. برای مثال، چهارچوب اتومبیل‌ ها به ‌گونه ‌ای طراحی می ‌شوند که ضربه بیشتری را تحمل کنند؛ زیرا بارهای ساکن (استاتیک) وارد بر این بخش‌ ها معمولاً کوچک و دما نیز تقریباً کم است. از سوی دیگر، برخی از قطعات موتور تحت تأثیر بار و دمای زیادی قرار می ‌گیرند و در صورت استفاده از فلز نامناسب، احتراق موتور موجب خزش اجزا می ‌شود. به‌ طور معمول، خزش بیشتر در فلزاتی مشاهده می ‌شود که باید فشار و دمای زیادی را تحمل کنند. برخی از نمونه ‌های خزش را می ‌توان در دستگاه‌ های تولید نیروی هسته ‌ای، اجزای موتورهای صنعتی، رشته ‌های فلزی گرم شده، اجزای موتور جت و لوله ‌های انتقال تحت ‌فشار و دمای زیاد مشاهده کرد.

انواع خزش در فلزات

انواع مختلف خزش عبارتند از: خزش نابجایی، خزش نفوذی، خزش نابجایی صعودی و خزش glide ناشی از حرارت. مکانیسم تمامی این خزش‌ ها وابسته به حرارت و فشاری است که موجب تغییر شکل میکرو ساختار فلز می ‌شود. علاوه بر این، ساختار داخلی و ترکیب فلز نیز بر پدیده خزش تأثیر بسزایی دارد. برای مثال، ریل قطار را در نظر بگیرید. در صورت آفتاب خوردگی مستمر ریل‌ های جوشکاری شده شاهد خم شدن آن ‌ها خواهیم بود. این خمش به دلیل افزایش فشار وارده به فلز و خزش ناشی از آن ایجاد می ‌شود. این احتمال وجود دارد که خزش ملایم بتن موجب ایجاد شکاف در سطح مصالح شود، با این ‌حال، این نوع خزش موجب کاهش فشار کششی در ساختار می ‌شود. وارد شدن فشار مستمر به پلیمرها نیز موجب افزایش کشش در این مواد خواهد شد (خزش ویسکوالاستیک). شکل زیر نشان ‌دهنده تأثیر دما و فشار بر تغییر شکل فلز است که بر اساس واحد زمان اندازه‌ گیری شده است. به‌ عبارت ‌دیگر، هرچه فشار و دما بیشتر باشد، خزش فلز در زمان کمتری رخ خواهد داد و هرچه دما و فشار کمتر باشد مدت ‌زمان بیشتری برای تغییر شکل میکرو ساختار فلز نیاز است.

انواع خزش در فلزات

مقاومت خزشی در فلزات و آلیاژهای مختلف

در اکثر موارد، مقاومت خزشی و مقاومت گسیختگی با هم در نظر گرفته می‌ شوند. مقاومت خزشی نشان ‌دهنده قدرت فلز برای تحمل فشاری است که در شرایط و یا در دوره زمانی خاص موجب گسیختگی ساختار فلز می ‌شود. مقاومت خزشی یکی از مقیاس‌ های اندازه‌ گیری مقاومت فلز در برابر تغییر شکل ناشی از خزش است و توان فلز برای تحمل حرکت و جابجایی میکرو ساختارها را نشان می ‌دهد. در فلزات، مقاومت خزشی عمدتاً در دماهای بالا اهمیت پیدا می ‌کند. آلیاژهای مختلف به ‌ویژه آلیاژهای آلومینیوم، تمایل بسیاری به خزش میرا و شکست دارند، زیرا نقطه ذوب این آلیاژها نسبتاً پایین می باشد. با این ‌حال، عوامل دیگری نیز می‌ توانند بر مقاومت خزش فلزات و آلیاژهای مختلف تأثیر بگذارند.

  • ترکیب ساختاری

ساختار باثباتی که جابجایی‌ های آن یکپارچه است مقاومت زیادی در برابر خزش خواهد داشت. با این ‌حال، ساختاری که در مواجهه با کشش یکپارچگی خود را از دست می ‌دهد، مقاومت خزشی اندکی دارد. آلیاژهای نیکل نمونه بارزی از این پدیده هستند. به ‌طور کلی می ‌توان گفت هر چه اندازه ذرات فلز کوچک‌ تر باشد، مقاومت خزشی نیز بیشتر خواهد بود.

  • حرارت درمانی

حرارت درمانی فلزات موجب تشکیل آستنیت در ساختار فلز می ‌شود؛ برخی از این آستنیت‌ ها، از جمله باینیت، موجب افزایش مقاومت خزشی خواهند شد.

  • تقویت ماده با استفاده از محلول جامد

این روش، حرکت و تغییر شکل ساختارهای مشبک، مانند مولیبدن را کاهش داده و مقاومت خزشی را تا حد زیادی افزایش می ‌دهد.

  • مقدار و پراکندگی رسوب سخت

پراکندگی دقیق و مساوی کاربیدها و فلزات ترکیبی (از جمله VC، وانادیوم کاربید) موجب کاهش حرکت ذرات و خزش فلز می ‌شوند. بنابراین، مقاومت خزشی فلز با توجه به آلیاژهای موجود در آن متفاوت خواهد بود. ویژگی ‌های شیمیایی فلز، فاصله میان ذرات و درمان یا تقویت فلز نیز بر مقاومت خزشی تأثیر بسزایی خواهند داشت.

اندازه ‌گیری مقاومت خزشی

اندازه ‌گیری مقاومت خزشی

مقاومت خزشی با استفاده از دستگاه آزمون خزش اندازه ‌گیری می‌ شود. این دستگاه میزان پراکندگی ذرات یک فلز در فشارهای مختلف را اندازه ‌گیری می‌ کند. از این دستگاه برای شبیه‌ سازی فشارهای مختلف و بررسی توان کششی فلز در این فشارها مورد استفاده قرار می گیرد. نمودار به‌ دست‌ آمده از آزمون خزش نشان‌ دهنده سه مرحله خزش (اولیه، ثانویه و ثالث) خواهد بود که برای تعیین دما و مدت ‌زمان هر یک از این مراحل میتوان به اطلاعات نمودار مراجعه کرد. مقاومت خزشی و حد خزش نیز با توجه به اطلاعات مربوط به مرحله ثالث مشخص می‌ شوند. توجه داشته باشید که برای بررسی موفقیت ‌آمیز خزش یک فلز، دمای محیط آزمون باید با دقت کنترل شود تا تأثیر انبساط به حداقل برسد.

5 روش برای جلوگیری و کاهش تغییر شکل ناشی از خزش در فلزات

اکنون میدانیم که خزش پدیده ‌ای نامطلوب و ناخواسته است که باید احتمال پیدایش آن را به حداقل رساند. بدین منظور برخی شرایط خاص را باید در نظر گرفت:

  1. به حداقل رساندن سرخوردگی ذرات از طریق استفاده از مواد تک کریستالی با ذرات تقریباً درست؛ حذف فواصل موجود در میکرو ساختار فلز از طریق اضافه کردن محلول‌ های جامد مناسب.
  2. استفاده از فلزات با نقطه ذوب بالا
  3. استفاده از فلزات با ماژول برشی قابل ‌توجه و یا استفاده از مواد آلیاژی مناسب برای افزایش مقاومت خزشی فلز
  4. کاهش دمای وارد شده به فلز (با توجه به کاربرد مورد نظر)
  5. بررسی اطلاعات آزمون خزش فلزات مختلف با مراجعه به منابع معتبر.

جمع ‌بندی

خزش پدیده ‌ای وابسته به زمان است که موجب تغییر دائمی میکرو ساختارهای مواد می ‌شود. این تغییر شکل ساختاری معمولاً در دماها و فشارهای بالا مشاهده می‌ شود. با این‌ حال، دما و فشار متوسط و مستمر نیز می ‌تواند موجب پیدایش این پدیده در فلزات شود. بررسی مکانیسم خزش و آگاهی کامل از این پدیده برای افرادی ضروری است که مسئولیت انتخاب فلز مناسب برای پروژه‌ های مختلف را بر عهده‌ دارند. در صورت انتخاب فلز مناسب، عمر مفید مواد و ابزار در محیط و شرایط مورد نظر افزایش پیدا می ‌کند.

3.5/5
2رای
این پســت برای شما مفیــد بود ؟
  • 5عالی بود
  • 3خوب بود
  • 2معمولی بود
  • 1بد بود
پیشنهاد می کنیم مطالعه کنید
0

سوالات و نظرات کاربران

نمایش موافق ترین ها
0

سوالات و نظرات کاربران

اختیاری

اشتراک گذاری

تماس 03135155000 03135156000 0