آزمایش خستگی فلزات

آزمایش خستگی فلزات

zip

31 f 2016

آزمایش خستگی فلزات

آزمایش خستگی فلزات

از سال 1850 معلوم شد كه فلز تحت تنش تكراري يا نوساني ، در تنشي بمراتب كمتر از تنش لازم براي شكست در اثر يك مرتبه اعمال بار خواهد شكست . شكست هايي كه در شرايط بارگذاري ديناميك رخ مي دهند شكستهاي خستگي ناميده مي شوند ، كه اين نامگذاري احتمالاً مبتني بر اين دليل است كه بطور كلي شكستها فقط پس از يك دوره كار زياد رخ مي دهد . هيچگونه تغيير واضحي در ساختار فلزي كه به بعلت خستگي وجود ندارد كه بتوان بعنوان مدركي براي شناخت دلايل شكست خستگي از آن استفاده كرد . با پيشرفت صنعت و افزايش وسايلي از قبيل خودرو ، هواپيما ، كمپرسور ، پمپ وتوربين و غيره كه تحت بارگذاري تكراري و ارتعاشي هستند ، خستگي بيشتر متداول شده و اكنون چنين برداشت مي شود كه عامل حداقل نود درصد شكستهاي ناشي از دلايل مكانيكي حين كار خستگي است .

سه عامل عمده براي وقوع شكست خستگي ضروري است كه عبارت اند از :

-1تنش كشش حداكثري به مقدار بسيار زياد

2-تغييرات به حد كافي زياد يا نوساني در تنش وارده

3- زياد بودن چرخه هاي تنش وارده

هدف ( اهميت ) از آزمايش خستگي :

نتايج حاصل از آزمايش خستگي معمولاً به صورت منحني هاي s – log N نمايش داده مي‌شوند و مهم است كه گزارش نتايج روش اعمال نيرو ، نوع ماشيني كه به كارگرفته مي شود ، اندازهاي نمونه آزمايش و بسامد چرخه ، گزارش شود .

داده هاي آزمايشي مي تواند به شكل جدول نيز نشان داده شود . عمر خستگي براي نشان دادن تعداد چرخه هاي لازم تا رسيدن به نقطه شكست بكار مي رود كه تعداد آن براي هر فلز فرق مي كند.

عبارت استحكام خستگي و حد تحمل براي حداكثر سطح تنش قابل اعمال به كار مي رود كه ضمن تحمل آن عمر مشخصي را طي مي كند .

انجام آزمون خستگي در آزمايشگاه معمولاً بر اساس شرايط بارگذاري يكنواخت استاندارد است و بنابراين برقراري ارتباط ميان نتايج بدست آمده و شرايط كار دشوار است .

بدنبال شكست نخستين كابين هواپيماي كامت در اثر فشار در سالهاي 1950 در يك آزمايشگاه ويژه در موئسسه سلطنتي هواپيمايي واقع در شهر فارن بورو اسكلت كامل يك هواپيماي كامت تا انهدام كامل مورد آزمايش قرار گرفته شد . در آزمايشي نيز تغييرات فشار كابين هواپيما و بازي بالها كه ضمن هر پرواز اتفاق مي افتد شبيه سازي شد . از همان تاريخ براي هر مدل هواپيماي غير نظامي ساخته شده يك آزمايش مشابه تا حد انهدام انجام مي پذيرد . انجام اين آزمايش براي دريافت صلاحيت پرواز است .

شرح دستگاه و روش انجام كار :

دستگاه از دو تانك يكي ثابت و ديگري متحرك است و در يك بلبرينگ مي چرخد تشكيل شده است .نمونه را در دستگاه گذاشته و سپس نيرو را اعمال مي كنيم وقتي موتور را روشن مي‌كنيم نمونه شروع به چرخش مي كند و دستگاهي به صورت ديجيتالي به تعداد موتور (N ) را ثبت مي كند . در هنگام شكست قطعه فك متحرك به سمت بالا حركت كرده و جريان قطع مي شود و تعداد دور ها را از روي صفحه ديجيتالي مي خوانيم . البته نيروي اعمالي در حدود 15Kgمي باشد .حال نمونه اي از جنس آلومينيوم را در دستگاه قرارداده و نيروي خستگي را اعمال مي كنيم و قطعه بعد از 414 دور مي شكند .

قطعه برنجي را داخل دستگاه قرار مي دهيم و بعد از 511235 دور قطعه نمي شكند .

عوامل موثر بر خستگي :

الف )نوع تنش :

يكي از عوامل مؤثر در شكستهاي حاصل از خستگي نوع تنش وارده بر ان است .

ب ) انواع چرخه هاي بارگذاري :

يك قطعه ممكن است در ضمن كار تحت تاثير انواع چرخه هاي بار گذاري قرار گيرد كه مي‌توان آنها را به چرخه هاي تناوبي و نوساني تقسيم كرد . در چرخه هاي تناوبي مقدار تنش متوسط صفر است . در چرخه هاي نوساني تنش متوسط غير صفر مي باشد .

ج )آهنگ چرخه گذاري :

در بسياري از مواقع آهنگ بارگذاري تاثيري بر عمر خستگي ندارد . ولي در بسامدهاي بالا استحكام خستگي به مقدار كمي افزايش مي يابد .

د )شرايط سطح و عيبهاي سطحي :

شرايط سطح يك قطعه تاثير زيادي بر عمر خستگي آن دارد . زبري سطح و يا وجود خراشهايي در سطح مي تواند كانونهايي براي تمركز تنش باشد . البته فلزات ترد حساسيت نسبت به اين گونه عيوب دارند .

و ) ملاحظات طراحي :

خستگي ، به تنش حساسيت دارد درنتيجه در طراحي قطعه هر عامل افزايش دهنده تنش بر عمر خستگي آن قطعه موثر است .

ي ) آثار محيط :

اگر شرايط لازم براي خوردگي وجود داشته باشد نه تنها خوردگي افزايش مي يابد بلكه خستگي هم افزايش مي يابد .

بررسي شكستهاي ناشي از خستگي :

الف ) اثر سطح خستگي :

عملاً تمامي شكستهاي خستگي از سطح شروع مي شود . در بسياري از انواع متداول بارگذاري مانند پيچشي ، خمشي حداكثر تنش در سطح اتفاق مي افتد بطوريكه شروع شكست از آن نقطه است .

ب ) زبري سطح :

از نخستين روزهاي تحقيقات مربوط به خستگي معلوم شد كه پرداخت هاي سطحي متفاوت كه در روشهاي مختلف تراشكاري حاصل مي شود مي تواند تاثير زيادي در بروز خستگي داشته باشد .يعني پرداختهاي نرم داراي عمر خستگي بالاتري هستند .

ج ) تغيير خواص سطح :

چون شكست بستگي شديد به شرايط سطحي دارد هر عاملي كه استحكام و شرايط سطح را تغيير دهد بر عمر خستگي موثر است . از جمله دي‌كربوره شدن سطح در اثر عمليات حرارتي