خستگی فلزات چیست؟ معرفی راه‌های جلوگیری

خستگی فلزات یکی از ظریف‌ترین انواع خرابی‌ها در فلزات است که در عین حال یکی از خطرناک‌ترین آنها نیز به شمار می‌رود. همانطور که می‌دانیم شکست فلزات می‌تواند در اثر بارهای کششی بیش از حد، بارهای برشی و بارهای ضربه‌ای رخ دهد؛ خستگی فلز اما نوعی شکست است که اغلب تا زمانی که خیلی دیر شده باشد مورد توجه قرار نمی‌گیرد. در ادامه این مقاله از فولادینو مفهوم خستگی فلزات رو به طور مفصل مورد بررسی قرار خواهیم داد.

خستگی فلز چیست؟

خستگی فلز زمانی رخ می‌دهد که قطعات فلزی در اثر تنش‌های مکرر ضعیف شوند. سه مرحله برای خستگی فلز وجود دارد که در ادامه آنها را مورد بررسی قرار خواهیم داد:

• مرحله اول: پس از اینکه مقدار مشخصی از دوره بارگذاری گذشت، ترک‌های ریز شروع به ایجاد شدن روی فلز می‌کنند که این شروع فرایند خستگی فلز در‌نظر گرفته می‌شود. این ریز‌ترک‌ها تمایل دارند در اطراف شکل‌های هندسی متمرکز‌کننده‌ تنش، مانند لبه‌ها ایجاد شوند. تنش مورد نیاز برای ایجاد این ریز‌‌‌‌‌ترک‌ها در واقع می‌تواند کمتر از مقاومت کششی نهایی و استحکام کششی تسلیم فلز باشد.
• مرحله دوم: این ریز‌ترک‌ها در طی دوره بارگذاری تحت فشار قرار می‌گیرند و همین امر باعث افزایش اندازه آنها می‌شود.
• مرحله سوم: در نهایت، ریز‌ترک‌ها به قدری بزرگ می‌شوند و به اندازه‌ای می‌رسند که تنش‌ها باعث انتشار سریع آنها، و نهایتا منجر به شکست فلز می‌شود. لازم به ذکر است که سطح ترک بسته به نوع و استحکام کششی فلز از نظر ظاهری متفاوت خواهد بود.

مقاومت خستگی فلزات

به منظور جلوگیری از شکست فلزات بر اثر خستگی، مهم است که بدانیم چگونه ویژگی‌های یک فلز بر توانایی آن در مقاومت در برابر خستگی تأثیر می‌گذارند. بارزترین و مهم‌ترین این ویژگی‌ها همانطور که از اسم آن پیداست مقاومت خستگی یک فلز است.

مقاومت خستگی از طریق تست خستگی اندازه‌گیری می‌شود. منظور از تست خستگی فلز، گروهی از روش‌های ارزیابی است که در آن نمونه‌های مواد با اندازه و شکل از پیش تعیین‌شده را از طریق دوره‌های بارگذاری مکرر با سطح تنش معین، مورد آزمایش قرار می‌دهند. این کار برای بسیاری از سطوح تنش انجام می‌شود و نهایتا نموداری رسم می‌شود که نشان می‌دهد یک ماده در یک سطح تنش معین، چند دوره بارگذاری را بدون شکستگی تحمل می‌کند. با توجه به توضیحات ذکر شده پوشیده نیست که اطلاع از مقاومت خستگی یک فلز، برای جلوگیری از پیش آمدن خرابی خستگی فلز بسیار مهم است.

کاربردهای مختلفی که در معرض خطر شکست خستگی فلز قرار دارند

خستگی فلز باید برای همه کاربردها مورد توجه قرار گیرد. با این حال، اجزا و ساختارهای متعددی وجود دارند که به طور ویژه‌ای در معرض خطر شکست بر اثر خستگی فلز قرار دارند. نمونه هایی از این موارد عبارتند از:

• پل‌ها
• تجهیزات سیستم تعلیق خودرو
• تجهیزات مهر‌زنی فلزات
• قطعات بدنه هواپیما
• قطعات با لرزش بسیار بالا
• مبلمان
  

چطور از خستگی فلزات جلوگیری کنیم؟

خستگی فلز پدیده‌ای است که با ملاحظات مهندسی مناسب می‌توان آن را کاهش داد یا به طور کلی از آن جلوگیری کرد. یکی از روش‌های کلیدی برای جلوگیری از خستگی فلزات، اجرای تحلیل نرم‌افزاری خستگی بر روی طرح‌های اجزا است. با اجرای تجزیه و تحلیل و تکرار فرآیند طراحی در هر بار، می‌توان از شکست فلز جلوگیری کرد. به عنوان مثال، تجزیه و تحلیل نرم‌افزاری می‌تواند ناحیه‌ای را که در معرض بارهای خستگی قابل توجهی قرار دارد، نشان دهد. اگر ناحیه مذکور نزدیک به یک شکل هندسی مانند یک سوراخ بود، ممکن است سوراخ بتواند به نقاط دیگر هم گسترش یابد. همچنین، با طراحی مجدد می‌توان تنش‌ها را روی ناحیه‌‌‌هایی متمرکز کرد که کمتر در معرض خرابی خستگی فلز قرار گرفته باشند.

روش دیگر برای جلوگیری از خستگی فلز انتخاب مواد مناسب است. همانطور که پیش‌تر ذکر شد، مواد مختلف استحکام خستگی متفاوتی دارند. به عنوان مثال، فولاد به طور معمول می تواند مقادیر بیشتری از چرخه های تنش را نسبت به آلومینیوم تحمل کند. با تعیین استحکام خستگی یک ماده و ارزیابی نحوه مطابقت آن با کاربرد، می توان از شکست خستگی فلز جلوگیری کرد.

در این مقاله تلاش بر این شد تا شما را با مفهوم خستگی فلز (Metal fatigue) بیشتر آشنا کرده و درباره روش‌های جلوگیری از این فرایند نیز صحبت شد. شما می‌توانید با استفاده از وبسایت فولادینو قیمت روز انواع آهن‌آلات، فولادهای آلیاژی، استیل‌ها و فلزات غیرآهنی را مشاهده کنید. قسمت مقالات فولادینو نیز به شما پیشنهاد می‌شود.

منبع: Metal supermarkets