Creep Test

 آزمایش خزش

Creep Test

 مقدمه آزمایش :

تغییر شکل فزاینده و آرام ماده که تحت اثر بار ثابت است را خزش گویند . همچنین خزش عبارت است از جاری شدن فلزات و درنتیجه گسیختگی آنها تحت یک تنش و در اثر گذشت زمان می باشد . درجه حرارت در خزش بسیار مؤثر است از این جهت آزمایشات خزش در درجه حرارت بالا انجام می گیرد . هر چه درجه حرارت ذوب فلز بالاتر باشد مقاومت آنها در مقابل خزش بیشتر است .

هدف از آزمایش خزش :

هدف از این آزمایش تعیین حد خزش است یعنی بالاترین تنشی که برای مدت زمان طولانی در یک درجه حرارت معینی می تواند اعمال شود در صورتیکه سرعت خزش از یک مقدار مشخص نکند .

تئوریها و اثبات قوانین حاکم بر آزمایش خزش :

خزش تغییر شکل وابسته به زمان و درجه حرارت است و هنگامی روی می دهد که ماده تحت تاثیر بارگذاری برای مدت طولانی قرار گیرد .خزش عبارت است از تغییر شکل پلاستیک مداوم اجسام تحت اثر دما و بار ثابت کمتر از تنش تسلیم که در دماهای بالا اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

بررسی و تحلیل دیاگرام خزش ( کرنش - زمان ) :

منحنی خزش روی دو محور مختصات تغییر طول نسبی وزمان رسم می گردد . چون تنش های وارده در دماهای مختلف بر روی نمونه وارد می شود به آلیاژهای با رفتار خزش در دمای پایین ، آلیاژهای با رفتار خزش سرد و آلیاژهای با رفتار خزشی در دماهای بالا ،  آلیاژهای با دمای خزشی گرم اطلاق می گردد .

بررسی ها نشان می دهد که مکانیزم خزشی در تمام فلزات وآلیاژها بر اساس یکی از مکانیزم های گفته شده در زیر تعریف می شود :

1 – حرکت نابجاییها

2 – نفوذ جاهای خالی در داخل دانه

3 - نفوذ جاهای خالی در امتداد دانه

اتفاق می افتد که بطور کلی هرگاه فلز با آلیاژ های تحت تنش و دما قرار می گیرد خزش در آن ایجاد می گردد . در این حالت اگر منحنی کرنش بر حسب زمان را رسم کنیم سه منطقه مجزا مانند شکل زیر قابل بررسی می باشد .

منطقه І :

در این منطقه که منطقه اولیه خزش نام دارد بتدریج با گذشت زمان عوامل ایجاد کننده تغییر فرم پلاستیک فعال شده و عمل مینمایند . در این منطقه ادامه تغییر فرم پلاستیک با گذشت زمان فعال تر می شود به نحوی که با برخورد با موانع موجود باعث کار سختی در جسم می‌شود و بدین ترتیب آهنگ کرنش ماده کاهش می یابد .بررسی ها نشان داده است که عامل کنترل کننده در اکثر فلزها و آلیاژها در این منطقه تنشها می باشد و دما تاثیر کمتری بر آن دارد.در ضمن بررسی ها نشان داده است که مکانیزم غالب در تغییر فرم حرکت نابجاییها ، جاگها  و کینگها می باشد . بطور کلی در منطقه یک رابطه بین کرنش وزمان به دو صورت قابل بررسی می باشد :

1- خزش لگاریتمی یا خزش α مربوط به فلزات با خزش سرد                                                                         

ε = α ln

2- خزش β  که در فلزات با خزش گرم اتفاق می افتد .

ε = ε0 +β tm

0.03 ≤ m ≤ 1

منطقه ІІ :

منطقه دو یا منطقه خزش ثانویه که به منطقه کاپا نیز معروف است با تقابل بین کار سختی و نرم شدن ماده همراه می باشد . به عبارت برای ادامه تغییر فرم پلاستیکی وارده که کرنش در ماده عواملی را که باعث کار سختی شده در منطقه یک شده بود عواملی همچون حذف نابجاییها ، تبلور مجدد ، رشد دانه و ……. حذف شده و بدین ترتیب عوامل نرم کننده بر کار سختی غلبه کرده و تغییر فرم پلاستیک ادامه پیدا می کند . درفلزاتی با رفتار خزشی سرد این منطقه بر اثر تنش های اعمالی و در فلزاتی با رفتار خزشی گرم این منطقه توسط دما کنترل می شود .

در این منطقه خزش بصورت یکنواخت انجام می شود . لذا رابطه زیر بین کرنش و زمان برای فلزاتی با رفتار خزشی گرم و سرد تقریباً یکسان بوده و از رابطه زیر بدست می آید :

ε = Kt

منطقه ІІІ :

منطقه سه که این منطقه با تشکیل جاهای خالی یا گلویی شدن موضعی شروع می شود به منطقه خزشی نهایی یا شکست خزشی معروف است . در این منطقه تغییرات آهنگ کرنش به علت کاهش سطح موثر ماده به سرعت افزایش یافته است و بسمت بینهایت میل می کند که در نهایت منجر به شکست ماده می شود . از آنهایی که شکست خزشی با گلویی شدن همراه است در طبقه بندی شکست ، شکست خزشی از نوع نرم است .

درجه حرارت هایی که خزش در آن فعال می شود به دمای خزش معروف است و معمولاً در اکثر فلزات و آلیاژها بین 0.2  تا0.5 برابر نقطه ذوب ماده است .

 شرح دستگاه و روش انجام کار :

نمونه وارد دستگاه آزمایش می شود و بصورت قائم قرار گرفته و در بین دو فک دستگاه می‌گیرد .لازم است تا نمونه تا نمونه به یک کرنش سنج که در کنار آن می باشد وصل شود تا کرنش های بوجود آمده در سیکل های دمایی دقیق اندازه گیری شود .

روش اعمال نیرو می تواند با سیستم آویختن وزنه ویا سیستمهای مکانیکی ، هیدرولیکی انجام شود . اگر بخواهیم خزش در دماهای بالا را بررسی کنیم باید نمونه را  درون کوره مناسب و متصل به ترموکوپل قرار داده و یا از سیستمهای متفاوتی استفاده کنیم .

روش انجام کار بدین ترتیب است که پس از قرار دادن نمونه در بین دو فک دستگاه با آویختن وزنه مقدار نیروی مناسب را به بصورت کشش به نمونه وارد می کنیم در این آزمایش از سرب که در دمای محیط دچار خزش می شود استفاده می کنیم . در هنگام اعمال نیرو با استفاده از زمان سنج یک سیکل زمانی مناسب انتخاب کرده در هر5 ثانیه و هر بار با طی کردن یک سیکل عملیاتی مقدار کرنش را از کرنش سنج خوانده و یادداشت می کنیم . پس از طی زمان معین و رسیدن به نقطه شکست آزمایش پایان یافته و نمودار خزش موجب زمان آن رسم می گردد .

ارائه نتایج بدست آمده :

آلیاژی از سرب را انتخاب کرده و طبق استاندارد بین المللی تراشکاری ، سیقل داده و انگاه بعد از قرار دادن در دستگاه خزش با اعمال نیروی کششی که به طور ثابت تا پایان آزمایش باقی می‌ماند . در هر ثانیه ازدیاد طول نسبی را اندازه گرفته تا جایی که قطعه سربی طی فرایند خزش شکسته شود .

جدول زیر نتایج بدست آمده از آزمایش است :

جدول صفحه بعد ازدیادطول برحسب زمان را نشان می دهد که در آن زمان بر حسب ثانیه است و ازدیاد طول بر حسب  cm می باشد . خزش در این آزمایش در دمای 180 درجه سانتی گراد صورت می گیرد  و  نیرو  برابر    9.8N می باشد .

زمان

ازدیاد

طول

زمان

ازدیاد

طول

زمان

ازدیاد

طول

زمان

ازدیاد

طول 

0.78

355

0.375

240

0.22

125

0.03

5

0.81

360

0.39

245

0.23

130

0.05

10

0.85

365

0.4

250

0.23

135

0.06

15

0.88

370

0.41

255

0.24

140

0.08

20

0.92

375

0.42

260

0.24

145

0.09

25

0.92

380

0.44

265

0.25

150

0.10

30

0.96

385

0.445

270

0.255

155

0.10

35

0.99

390

0.46

275

026.

160

0.11

40

1.02

395

0.475

280

0.265

165

0.12

45

1.06

400

0.49

285

0.275

170

0.13

50

1.11

405

0.50

290

0.28

175

0.13

55

1.16

410

0.515

295

0.285

180

0.14

60

1.21

415

0.53

300

0.29

185

0.15

65

1.26

420

0.55

305

0.3

190

0.15

70

1.30

425

0.565

310

0.31

195

0.16

75

1.42

430

0.585

315

0.31

200

0.17

80

1.55

435

0.61

320

0.32

205

0.18

85

1.64

440

0.64

325

0.32

210

0.19

90

1.80

445

0.66

330

0.335

215

0.19

95

2.15

450

0.68

335

0.34

220

0.20

100

شکست

455

0.71

340

0.35

225

0.20

105

 

 

0.74

345

0.355

230

0.20

110

 

 

0.76

350

0.365

235

0.22

120

  حال نمودار ازدیاد طول برحسب زمان را رسم می کنیم :

بحث و بررسی روی نتایج بدست امده :

 آزمایش در ازمایشگاه بر روی نمونه سربی انجام گرفت و چون خزش وابسته به زمان است در نتیجه در طی یک نیروی ثابت و در درجه حرارت ثابت ( چون تنها فلزات روی وسرب هستند که در درجه حرارتهای محیط خزش در آنها اتفاق می افتد و در مابقی فلزات در درجه حرارتهای بالا طی واکنش خزش شکسته می شوند ) آزمایش انجام شد . نمونه سربی در دمای 180 درجه سانتی گراد و در زمان 450 ثانیه شکسته شد . البته هر چه استحکام و درجه حرارت ذوب فلز بالا تر باشد میزان خزش در یک دمای ثابت بالا می رود .

/ 0 نظر / 95 بازدید