بررسی آزمون خزش فرو رونده و خستگی

موضوع : بررسی آزمون خزش فرو رونده و خستگی

توضیح: این فایل به صورت ورد و آماده چاپ می باشد

مقدمه :
آزمون خزش تغيير شكل مداوم در دماهاي بالا را وقتي تنش كمتر از حد تسليم است تعيين مي كند .نتايج اين آزمون در طراحي اجزاي ماشيني كه در دماي بالا قرار دارند اهميت دارد.خزش خاصيت بسيار مهم مواد در كاربرد هاي دماي بالا است و مي توان آن را به صورت ((جريان مداوم و آهسته ي مومسان تحت بار يا تنش ثابت ))تعريف كرد. به طور كلي خزش به آهنگ تغيير شكلي وابسته است كه در دماي كاركرد فلز و تحت تنشهاي پايينتراز تنش فلز ادامه يابد .خزش در هر دمايي رخ مي دهد ولي اهميت خزش به ماهيت ماده و مقدارتغيير شكل مجاز قطعه بستگي دارد .
آزمون خزش همان آزمون كششي است كه در تنش و دماي ثابت انجام مي شود . در اين آزمون از يك وسيله بسياردقيق اندازه گيري طول ويك وسيله گرم كردن نمونه در شرايط كاملا كنترل شده استفاده مي شود . منحني خزش كل يادرصد ازدياد طول بر حسب زمان رسم مي شود.
منحني( الف) مرحله هاي مختلف خزش را نشان مي دهد . در آغاز بار گذاري ازدياد طول آني كشساني پديد مي آيد. سپس يك مرحله مقدماتي گذرا به وجود مي آيد كه طي آن لغزش و كار سختي در اغلب دانه هاي داراي جهت مطلوب روي مي دهد. آهنگ خزش(مماس بر منحني)ابتدا بالاست و به تدريج تا حداقلي كاهش مي يابد .پس از اين به مرحله دوم يا خزش حالت پايا مي رسيم كه طي آن تغيير شكل با آهنگ تقريبا ثابت ادامه مي يابد.در طي مرحله بين آهنگ كار سختي و آهنگ نرم شدن ناشي از باز يابي يا تجديد تبلور تعادل به وجود دارد. در بعضي موارد تحت تنشهاي متوسط ممكن است آهنگ خزش بسيار آهسته كاهش يابد و مرحله ثانويه تا مدتي دراز ادامه پيدا كند(منحني ب) ولي اگر تنش به مقدار كافي بالا باشد مرحله سومي نيز وجود دارد كه در آن آهنگ خزش شتاب يابدتا شكست رخ دهد.
بين خواص مكانيكي ماده در دماي معمولي و خواص خزشي آن يا ارتباط اندك وجود دارد و يا هيچ ارتباطي وجود ندارد. به نظر مي رسد كه اندكي تغيير در ريز ساختار و مراحل ساخت بر خزش اثر شديد دارد. اندازه دانه ي فلز عامل مهمي در تعيين مشخصه هاي خزشي آن است در حالي كه در دماي محيط استحكام تسليم و استحكام نهايي مواد دانه ريز از مواد دانه درشت بيشتر است در دماهاي بسيار بالا عكس مطلب فوق صادق است.اين موضوع پذيرفته شده است كه در دماهاي بالا ممكن است مرز دانه ها به صورت مركزهايي براي توليد نابجاييهايي كه مايه ي خزش مي شوند عمل كنند . حضور اتمهاي ماده ي حل شده حتي به مقدار جزيي از طريق تداخل با حركت نابجاييها در ميان بلور سبب كندي خزش مي شود . عامل موثرتر در كندي خزش وجود فاز دوم قوي و پايداري با پراكندگي خوب است.
برخي از خواص خزشي آلياژهاي گوناگون
فولادهاي ساده كربني و فولادهاي كم آلياژ به طور گستر ده اي در محيطهاي با دماي متوسط به ويژه دماهاي پايينتر از 480درجه سانتي گراد به كار مي روند. در دماهاي پايين به سبب لايه اي بودن كاربيدها افزايش مقدار كربناستحكام خزشي را بهبود مي بخشد. در دماهاي بالا به سبب كروي شدن كاربيدها عكس اين مطلب صادق است و افزايش مقدار كربن موجب كاهش استحكام خزشي مي شود.
ساختار مناسب فولادهاي ساده كربني براي كار در دماي بالا ساختار يكنواخت شده است . ساختار تابكاري شده پايداري كمتري دارد و مايل است به سرعت كروي در آيد و در نتيجه استحكام خزشي را كاهش مي دهد. استفاده از آلومينيوم به عنوان عامل اكسيژن زدا در فولاد سازي سبب دانه ريزي فولاد و كاهش استحكام خزشي مي شود
در فولادهاي كم آلياژ كه كمتر از 10درصد عنصر آلياژي دارند. مولبيدن و واناديم مؤثرترين عناصر در افزايش مقاومت خزشي اند مقدار كربن معمولا كمتر از15ر0 درصد نگه داشته مي شود.فولاد با 5ر0 درصد مولبيدن براي لوله هاي حمل مواد نفتي و لوله هاي گرمكن تا 455درجه سانتي گراد به كار برده مي شود بالاتر از اين دما روند كروي و گرافيتي شدن قوت مي گيرد كه با كاهش در استحكام خزشي توام است.افزودن يك درصد كروم به اين مقاومت در برابر گرافيتي شدن را افزايش مي دهد و اين فولاد براي لوله هاي حمل مواد نفتي و لوله هاي ديگ بخار تا دماي 540درجه به كار برده مي شود
خزش عبارتست از تغییر شکل آهسته و پیوسته جامد با زمان که تنها در دماهای بالا رخ می‌دهد، یعنی T>۰٫۵Tm ، که Tm نقطه ذوب به کلوین می‌باشد. بطور کلی خزش تابعی پیچیده از تنش، زمان، دما، اندازه و شکل دانه، ریزساختار، کسر حجمی و ویسکوزیته‌ فاز شیشه‌ای در مرز دانه‌ها، تحرک نابجایی‌ها و ... می‌باشد.
پدیده خزش در سرامیک‌ها بسیار مهم‌تر از فلزات است، چرا که کاربردهای دما بالا در سرامیک‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است. نقش مکانیزم‌های نفوذی خزش در سرامیک‌ها بسیار پیچیده‌تر از فلزات می‌باشد، چون عمدتاً پدیدهٔ نفوذ در سرامیک‌ها پیچیده‌تر است. نیاز به خنثی بودن بار نفوذی مختلف برای کاتیون‌ها و آنیون‌ها در این پیچیدگی سهیم‌اند.
خارج شدن اتم‌ها از مناطقی که تحت فشار هستند و قرارگیری آن‌ها در مناطقی که تحت کشش می‌باشند، انرژی آزاد اتم‌ها را تقریباً به مقدار ۲Ωσ می‌کاهد بطوریکه در آن σ تنش اعمالی و Ω حجم اتمی می‌باشد. این کاهش انرژی نیروی محرکه خزش در ماده می‌باشد.
آزمون‌های خزش
رویه آزمون‌های استاندارد خزش در استاندارد انجمن امریکایی آزمون و مواد ASTM E139 آورده شده‌است.
هدف :
هدف آزمايشگاه خواص مکانيکی آشنائی دانشجويان با انواع مهم و پرکاربرد تستهای مکانيکی مورد استفاده در صنعت و کارهای پژوهشی می‌باشد. شايد مهمترين آزمايش در اين ميان برای دانشجويان گروه مهندسی مواد, آزمايش کشش ساده باشد که تغيير شکل الاستيک و پلاستيک را در شرايط ساده تک محوری بررسی می‌نمايد و اطلاعات بسيار مهمی را در اختيار پژوهشگر قرار می‌دهد.  به کمک آزمايش ساده کشش علاوه بر به دست آوردن مشخصات الاستيک و پلاستيک ماده همچون تنش تسليم, استحکام کششی, ازدياد طول و ... , پديده نقطه تسليم, کارسختی, پديده گلوئی شدن, پيرسختی, نحوه شکست و اثر ترخ کرنش بر خواص کششی فولادها مورد بررسی قرار می‌گيرد.
 آزمايش مهم ديگر که از نظر کاربرد در صنعت شايد رتبه اول را دارا باشد سختی‌سنجی است که ساده‌ترين و سريعترين تست جهت رسيدن به اطلاعات اوليه در خصوص خواص مکانيگی يک ماده است. آزمايش ضربه مقاومت ماده در مقابل تغيير شکل با سرعت کرنش بالا را بررسی می‌کند و به عبارتی مقاومت به ضربه که معياری مقايسه‌ای برای چقرمگی شکست ماده می‌باشد را اندازه‌گيری می‌نمايد. در آزمايش خستگی با يکی از روشهای ساده تست خستگی آشنا شده و منحنی S-N برای يک نمونه فولادی به روش تست دورانی خمشی به دست می‌آيد. آزمايش خزش تغيير شکل در اثر گذشت زمان را بررسی کرده و منحنی -t با توجه به دمای نسبتاً پايين فعال شدن مکانيزمهای خزش برای سرب رسم می‌شود. 
گزارش تمام آزمايشات بايد شامل موارد زير بوده و حد اکثر دو هفته بعد از آزمايش تحويل گردد.
1-    تئوری آزمايش به صورت مختصر شامل نكات مهم
2-    شرح وسائل و تجهيزات مورد استفاده در آزمايش
3-    شرح روش انجام آزمايش
4-    اطلاعات و نتايج به دست آمده از هر آزمايش مطابق خواسته‌های آن آزمايش
5-    خطاهای آزمايش
آزمايش  اول  -  كشش ساده (جلسات اول و دوم)
هدف: بررسی خواص كششی فلزات و آلياژهای مختلف در آزمايش كشش ساده تك محوری و به دست آوردن منحنی تنش-كرنش.
وسايل كار : دستگاه كشش يونيورسال ، نمونه‌های استاندارد آزمايش كشش ( مطابق استانداردASTM-E8M  از جنس فولاد ساختماني37 ST، مس ،آلومينيم, برنج زرد، كوليس و فيكسچرچوبی.  
روش كار :
1.    در بخش كاهش سطح مقطع يافته نمونه های آزمايش ، دو اثر به فاصله مشخص به عنوان طول سنج (gage length)  علامت بزنيد. قطر ميانگين اين بخش از نمونه‌ها را با كوليس به دقت اندازه‌گيری كنيد.
2.    به كمك مسئول دستگاه، نمونه آزمايش را در فكها قرار داده و آن را محكم كنيد.
فهرست مطالب :
 مقدمه
گزارش تمام آزمايشات بايد شامل موارد زير بوده و حد اکثر دو هفته بعد از آزمايش تحويل گردد.
1-   تئوری آزمايش به صورت مختصر شامل نكات مهم
2-   شرح وسائل و تجهيزات مورد استفاده در آزمايش
3-    شرح روش انجام آزمايش
4-     اطلاعات و نتايج به دست آمده از هر آزمايش مطابق خواسته‌های آن آزمايش
5-    خطاهای آزمايش
 آزمايش  اول - كشش ساده (جلسات اول و دوم)
 روش كار :
خواسته‌های آزمايش كشش
  آزمايش دوم  - پديده پيركرنش (Strain Aging) (جلسه چهارم)
 روش كار:
خواسته‌های آزمايش پيرکرنشی
 آزمايش سوم  - فشار ساده  (جلسه سوم)
 روش كار:
خواسته‌های آزمايش فشار ساده
 آزمايش چهارم  - خمش (جلسه سوم)
 هدف :‌ بررسی مقاومت فولاد در برابر اعمال بار خمشی.
خواسته‌های آزمايش خمش
 آزمايش پنجم  -  ضربه  (جلسه پنجم)
 روش كار :
خواسته‌های آزمايش ضربه
 آزمايش ششم  - خستگی فلزات  (جلسه ششم)
 روش كار :
خواسته‌های آزمايش خستگي
 آزمايش هفتم  - سختی سنجی  (جلسه هفتم)
 روش كار :
خواسته‌های آزمايش سختی‌سنجي
آزمايش هشتم  - خزش  (جلسه هشتم)
روش كار :
خواسته‌های آزمايش خزش
آزمایش خزش
برخي از خواص خزشي آلياژهاي گوناگون
عملیات حرارتی پسگرمی :
عمليات حرارتي گوناگوني وجود دارندكه با تغييرات فوق مرتبط بوده و به نامهاي:
1-3)عملياتحرارتي تنش زدايي
2-3)بازيافت
3 – 3 )توقف
4-3 تمپره كردن ( نرم كردن )
 منابع و ماخذ :
 منابع فارسی :
منابع لاتین :