خستگی فلزات

تعداد بازدید: 7554
چهارشنبه 03 دي 1393

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. 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 90 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.

رشد ترک خستگی، ترک خستگی

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

در شکل زیر چرخه های نمونه ای تنش خستگی نشان داده شده است.

  • 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:

چرخه تنش نوسانی

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.

منحنی خستگی

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 107 چرخه و گاهی برای فلزات غیر آهنی در 5 ˟ 108 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 108 چرخه، امری رایج است.

منابع و پیوندها

گرد آوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

جورج ای. دیتر ، مترجم : شهره شهیدی ، متالورژی مکانیکی ، مرکز نشر دانشگاهی ، 1382

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

تحلیل خستگی
خستگی در فلزات
حد خستگی
خستگی قطعات
شکست خستگی
mechanical fatigue
fatigue in material
برچسب ها: خواص مکانیکی موادخستگی
راه اندازی سایت مشعل شرکت پاکمن
سایت مشعل شرکت پاکمن با هدف بهبود در شیوه ی انتخاب مشعل، راه اندازی شد . جهت کسب ...بیشتر
حضور شرکت پاکمن در نمایشگاه بین‌المللی معدن، ساختمان و صنایع وابسته با حضور 10 هیات تجاری از کشورهای اسلامی
عنوان: نمایشگاه بین‌المللی معدن، ساختمان و صنایع وابسته با حضور 10 هیات تجا ...بیشتر
بیست و یکمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان اصفهان 97
بیست و یکمین نمایشگاه تخصصی ساختمان اصفهان 97   عنوا ...بیشتر
نمایشگاه صنعت ساختمان البرز 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان البرز 97   عنوان: نمایشگ ...بیشتر
اولین نمایشگاه تخصصی سونا و جکوزی قزوین 97
نمایشگاه تخصصی سونا، استخر و جکوزی قزوین 97   عنوان: ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97
هفدهمین نمایشگاه تخصصی ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97   ...بیشتر
هجدهمین نمایشگاه ساختمان و تاسیسات سرمایشی گرمایشی همدان 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان،آسانسور، درب و پنجره، تجهیزات و تاسیسات سرمایشی و گر ...بیشتر
دوازدهمین نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97
نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97   عنوان: نم ...بیشتر
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنندج 97
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنن ...بیشتر
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز شهر آفتاب تهران 97
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز تهران 97   عنوان: ...بیشتر
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97   عنو ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر