اثر دما در خزش
بررسی تأثیر دما بر مکانیزم های خزش (Effect of Temperature on Creep Mechanisms) به دلیل آنکه خزش به فرآیند هایی که با گرما فعال می شوند بستگی دارد، بسیار حائز اهمیت است. ساده ترین فرض این است که خزش یک فرآیند منحصراً فعال شده گرمایی است و می توان آن را توسط معادله آرنیوس تشریح کرد:
با استفاده از تغییر دما حین آزمایش، می توان به فرمول جدیدی رسید:
که برای هر دو حالت تنش ثابت است.
خزش در دماهای کم
خزش تنها به این دلیل انجام می شود که موانع موجود بر سر راه تغییر شکل تحت تأثیر همزمان تنش و نوسانات حرارتی از بین می رود. فرآیند هایی که با نفوذ کنترل می شوند، عمدتاً در دما های حدود بیش از نصف نقطه ذوب اهمیت پیدا می کنند. در دما های کمتر، فرآیندهای بازیابی که مستقل از نفوذ هستند مانند لغزش متقاطع، نقش مهمی در فرآیند خزش دارند.
خزش در دمای زیاد عمدتاً خزش گرانرو یا حالت پایدار است. در صورتی که در کمتر از Tm/2، خزش اولیه یا ناپایدار تسلط دارد. رابطه کاترل جهت دماهای کم به شکل زیر به دست می آید:
t : زمان گسیختگی و β : عدد ثابت.
خزش لگاریتمی در دماها و تنش های پایین که امکان وقوع بازیابی نیست، انجام می شود. خزش لگاریتمی در دمای کم از یک معادله مکانیکی حالت، پیروی می کند. مثلاً آهنگ کرنش در یک زمان معین فقط به مقادیر لحظه ای تنش و کرنش بستگی دارد نه به تاریخچه کرنش قبلی، اما خزش در دماهای بیشتر به تاریخچه حرارتی و کرنش قبلی بستگی دارد و بنابراین از معادله مکانیکی حالت پیروی نمی کند.
خزش در دمای زیاد
شرایط برای خزش حالت پایدار هنگامی برقرار می شود که آهنگ بازیابی به حدی زیاد و آهنگ کار سختی به حدی کم باشد که بین عوامل رقیب تعادل برقرار شود. شربی (Sherby)، رابطه ای را به صورت زیر در مورد آهنگ خزش پایدار به دست آورده است:
که در این رابطه S عدد ثابت ، L قطر دانه، D ضریب خود نفوذی ، σ تنش خزشی (psi) و E مدول کشسان (psi) است.
شکست در دمای زیاد
شکست فلزات با زیاد شدن دما از درون دانه ای به مرزدانه ای تبدیل می شود. وقتی شکست درون دانه ای رخ دهد، صفحات لغزش از مرزهای دانه ضعیفترند. در صورتی که در شکست مرزدانه ای، مرزدانه ضعیف تر است. دمای هم انسجامی (ECT: Equicohesive Temperature) به صورت دمایی که در آن دانه ها و مرزهای دانه دارای استحکام برابر هستند، تعریف شده است که همانند دمای تبلور مجدد یک دمای ثابت نیست. در شکل زیر رابطه بین دمای هم انسجامی و استحکام مواد نشان داده شده است.
علاوه بر اثر تنش و دما بر ECT ، آهنگ کرنش نیز تأثیر مهمی بر آن دارد. قسمت ب از شکل بالا نشان می دهد که کم شدن آهنگ کرنش، دمای ECT را کم و بنابراین تمایل به شکست مرزدانه ای را زیاد می کند. به نظر می رسد اثر آهنگ کرنش بر رابطه دما – استحکام برای استحکام مرزدانه، خیلی بیشتر از استحکام دانه ها باشد. چون مقدار منطقه مرزدانه با زیاد شدن اندازه دانه کم می شود، ماده ای که اندازه دانه آن بزرگ است، در بالای ECT استحکام بیشتری از ماده ریزدانه خواهد داشت. در زیر ECT عکس این مطلب صدق می کند.
برای یک ماده با خلوص زیاد، دامنه وسیعی از دما وجود دارد که در آن استحکام دانه ها و مرزهای دانه خیلی فرق ندارد (قسمت پ، شکل بالا)، طوری که شکست درون دانه ای تا دماهای نسبتاً زیاد می تواند رخ دهد. سومین مرحله خزش با ایجاد ترک ها و حفره های مرزدانه ای همراه است. در خزش و گرم کاری دو نوع ترک مرزدانه ای رخ می دهد. این دو نوع عبارتند از ایجاد ترک از نوع گوه ای (نوع w) و تشکیل حفره های تقریباً کروی در مرزهای دانه (نوع r). ترک های گوه ای اکثراً در نقاط سه گانه مرزدانه ایجاد می شوند و در امتداد مرزدانه ای که تقریباً عمود بر تنش وارده قرار دارند، اشاعه می یابند. ترک های نوع r در دماهای زیادتر خزش و تحت تنش های کمتر تشکیل می شوند.
منابع و پیوندها
گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن
جورج ای. دیتر ، مترجم : شهره شهیدی ، متالورژی مکانیکی ، مرکز نشر دانشگاهی ، 1382
محمد باقر لیمیویی ، خواص مکانیکی مواد ، موسسه انتشاراتی دانش پژوهان فردای روشن ، 1385
برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است
