خستگی فلزات چ وقت اتفاق می افتد ؟

خستگی فلزات
خستگی فلزات چ وقت اتفاق می افتد ؟Reviewed by google on Jan 30Rating: ۴.۵خستگی فلزات, استحکام کششی,تنش سینوسی,خستگی فلزات, منحنی S-N, چرخه های تنش,خستگی فلزات,

خستگی فلزات

خستگی فلزات (Metals Fatigue) وقتی اتفاق می افتد که فلز تحت تنش تکراری یا نوسانی قرار گیرد که منجر به شکست ناگهانی قطعه می گردد.

خستگی فلزات

 

 

با پیشرفت صنعت و افزایش تعداد وسایلی از قبیل خودرو، هواپیما، کمپرسور، پمپ توربین و غیره که تحت بارگذاری تکراری و ارتعاشی هستند، خستگی بیشتر متداول شده و اکنون چنین برداشت می شود که عامل حداقل ۹۰ درصد شکست های ناشی از دلایل مکانیکی حین کار، خستگی باشد.

به طور کلی شکست هایی که در شرایط بارگذاری دینامیک رخ می دهند، شکست های خستگی نامیده می شوند. هیچگونه تغییر واضحی در ساختار فلزی که به علت خستگی می شکند، وجود ندارد تا بتوان به عنوان مدرکی برای شناخت دلایل خستگی از آن استفاده کرد.

دلیل عمده خطرناک بودن شکست خستگی این است که بدون آگاهی قبلی و قابل رویت بودن اتفاق می افتد. خستگی به صورت شکستی با ظاهر ترد، بدون هیچگونه تغییر شکل ناخالص در شکست، نتیجه می شود. معمولاً شکست خستگی از ظاهر سطح شکست تشخیص داده می شود، که از یک ناحیه همواره حاصل از عمل سایش با اشاعه ترک در مقطع و یک ناحیه ناهموار که در هنگام عدم تحمل بار توسط مقطع، در قطعه به صورت نرم شکسته شده است، تشکیل می شود. غالباً پیشرفت شکست توسط یک دسته حلقه نشان داده می شود، که از نقطه شروع شکست به طرف داخل پیشرفت می کند. شکل زیر چگونگی گسترش ترک و شکست ناگهانی یک نمونه را نشان می دهد.

 

 

مشخصه دیگر شکست خستگی این است که معمولاً شکست در نقطه وجود تمرکز تنش، مانند یک گوشه تیز یا شیار، یا در یک تمرکز تنش متالورژیکی مانند ناخالصی، رخ می دهد.

سه عامل عمده برای وقوع شکست خستگی ضروری هستند. این عوامل عبارتند از:

  • استحکام کششی حداکثری به مقدار بسیار زیاد

  • تغییرات به حد کافی زیاد یا نوسانی در تنش وارده به قطعه

  • زیاد بودن چرخه های تنش وارده به قطعه

علاوه بر این متغیرهای دیگری مانند تمرکز تنش، خوردگی، دما، بار اضافی، ساختار متالورژیکی، تنش های باقیمانده و تنش های مرکب هم وجود دارند که شرایط را برای ایجاد تنش خستگی تقویت می کنند.

چرخه های تنش خستگی فلزات  

  • قسمت (الف)، چرخه کاملاً معکوس تنش سینوسی شکل را نشان می دهد. این چرخه یک حالت آرمانی است که توسط دستگاه خستگی محور چرخان مور تولید شده و در عمل از چرخش محوری با سرعت ثابت و بدون اضافه بار به دست می آید. در این نوع چرخه تنش، تنش های حداکثر و حداقل برابرند.

  • قسمت (ب)، یک چرخه تنش تکراری را نشان می دهد که در آن تنش حداکثر و حداقل با هم برابر نیستند. در این نمودار هر دو تنش، کششی هستند. ولی یک چرخه تکراری می تواند شامل تنش های کششی و فشاری و یا تنش های فشاری باشد.

  • قسمت (ج)، چرخه تنشی مرکبی را نشان می دهد که در قطعه ای مانند بال هواپیما و در اثر تندباد تحت بارهای اضافی دوره ای غیر قابل پیش بینی، قرار می گیرد.

چرخه تنش نوسانی متشکل از دو مولفه می باشد، یک تنش متوسط یا پایدار، σm ، و یک تنش تناوبی یا متغیر، σa . دامنه تنش نیز با نماد σr نشان داده می شود. این مقادیر با استفاده از فرمول های زیر بدست می آیند:

برای نشان دادن داده های خستگی بر حسب نسبت تنش، دو کمیت به کار می رود:

منحنی S-N

روش اصلی ارائه داده های مهندسی درباره خستگی، استفاده از منحنی S-N است که نموداری از تنش S بر حسب تعداد چرخه های N می باشد که منجر به شکست قطعه می شوند. تقریباً همواره برای N ، یک مقیاس لگاریتمی درنظر گرفته می شود.

نکته: مقادیر تنش در این نمودار، معمولاً تنش های اسمی هستند، یعنی تمرکز تنش در نظر گرفته نمی شود.

رابطه S-N برای یک مقدار معین σm ، R یا A تعیین می شود. تعیین خواص خستگی مواد در حالت خمش معکوس کامل که در آن تنش متوسط صفر است، به دست می آید. شکل زیر منحنی های نمونه ای S-N را که از تست خستگی (چرخش محور) به دست آمده، نشان می دهد.

 

 

 

همان طور که در شکل مشخص است، تعداد چرخه های تنشی که فلز قبل از شکست می تواند تحمل کند، با کم شدن تنش، زیاد می شود. آزمایش های خستگی در تنش های کم معمولاً در ۱۰۷ چرخه و گاهی برای فلزات غیر آهنی در ۵ ˟ ۱۰۸ چرخه انجام می شوند. برای تعداد کمی از مواد مهم مهندسی مانند فولاد و تیتانیوم، منحنی S-N در یک تنش حدی ویژه، افقی می شود.

در زیر این تنش حدی، که حد خستگی یا حد تحمل نامیده می شود، ماده احتمالاً تعداد نامحدودی چرخه را بدون اینکه بشکند، تحمل می کند. در بیشتر فلزات غیر آهنی، مانند آلیاژهای مس، منیزیم و آلومینیوم، منحنی S-N با زیاد شدن تعداد چرخه ها، به تدریج به طرف پایین شیب پیدا می کند. این مواد دارای حد خستگی واقعی نیستند، چون منحنی S-N آنها هیچ وقت افقی نمی شود. در چنین مواردی مشخص کردن خواص خستگی ماده با به دست آوردن استحکام خستگی در تعداد چرخه های اختیاری، مثلا ۱۰۸ چرخه، امری رایج است.

 

۴ نظر

  1. سلام
    به چه علت در زیر حد خستگی برای یک متریال شکست اتفاق نمی افتد؟
    خیلی دنبال این سوالم،ممنون میشم کمک کنین

پاسخ دهید

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.