خزش فلزات چیست؟

زمانی که قطعات در دمای بالا تحت تنش باشند، پدیده خزش فلزات احتمال وقوع پیدا می‌کند. این پدیده در کاربردهای دما بالا بسیار اهمیت دارد و می‌تواند در ایجاد عیوب و رخ‌داد مشکلات فنی نقش مهمی داشته باشد. شناخت این پدیده و آگاهی درباره آن می‌تواند به ما کمک کند تا در مواردی با انتخاب درست گرید استیل و یا متریال مورد استفاده، از آن جلوگیری کنیم. پس تا انتهای این مطلب از استیل رخ با ما همراه باشید تا شما را با این پدیده بیشتر آشنا کنیم.

خزش فلزات چیست؟

همانطور که در مقدمه گفتیم، خزش فلزات (Metal Creep) در دمای بالا صورت می‌گیرد. با بالا رفتن دمای قطعات، مقاومت و استحکام آن‌ها کمتر می‌شود و با نیروی کمتری تغییر شکل پیدا می‌کنند. در محیط‌های صنعتی و برخی از تجهیزات، قطعات بسیار زیادی هستند که در دمای بالا تحت تنش قرار دارند. در این موارد است که خزش فلزات رخ می‌دهد. در واقع تغییر شکل پیوسته و آهسته در دمای بالا تحت یک تنش ثابت تعریف مناسبی برای این پدیده است. خزش فلزات به عوامل بسیار زیادی بستگی دارد که برخی از این موارد به ساختار ماده و ریزساختار آن باز می‌گردد. دما و تنشی که خزش فلزات در آن رخ می‌دهد کاملا به ویژگی‌های ماده و ریزساختار آن وابسته است.

قبل از پرداختن به راه‌های جلوگیری و یا به تاخیر انداختن خزش فلزات بهتر است کاملا با این پدیده و عوامل موثر بر آن آشنا شویم. همانطور که پیش‌تر گفتیم در دمای بالا، با صرف نیروی کمتری نسبت به دماهای پایین، فلزات قابلیت تغییرشکل پیدا می‌کنند. از دیدگاه علمی، درسطوح پایین‌تری از استحکام تسلیم ماده، تغییرشکل پلاستیک رخ می‌دهد. این مورد در خزش فلزات نیز رخ می‌دهد و حتی در تنش‌هایی که در محدوده مجاز هستند امکان از هم گسیختگی مواد وجود دارد. کنترل عوامل موثر بر خزش فلزات در سازه‌های مهندسی امری ضروری است. مکانیزم اصلی خزش فلزات در علم متالورژی، لغزش دانه‌ها بر روی یکدیگر است. در واقع در خزش فلزات، دانه‌های کریستالی شروع به حرکت می‌کنند و به اندازه یک واحد جابجا می‌شوند. در این مرحله یک شکست بسیار جزئی در ساختار فلزات رخ می‌دهد. علت این امر نیز خمیری شدن مرزدانه‌های فلزات است که نقطعه ذوب کمتری نسبت به دانه‌های اصلی دارند.

بیشتر بخوانید: انواع روش های شکل دهی ورق استیل

مراحل مختلف خزش در فلزات

خزش فلزات در مراحل ابتدایی تغییرات زیادی در ریزساختار استیل ایجاد نمی‌کند. با بالاتر رفتن مدت زمان اعمال نیرو، حفره‌هایی در ساختار استیل نمایان می‌شود. محل تشکیل این حفره‌ها در مراحل اولیه، در محل آخال‌ها و ناخالصی‌های ساختار است.

با ادامه خرش فلزات و اعمال تنش، مراحل بعدی خزش نیز رخ می‌دهد. ترک‌های ایجاد شده در مرزدانه، با اعمال تنش شروع به رشد می‌کنند و در امتداد مرزدانه پیشروی می‌کنند. این ترک‌ها و حفره‌ها، به یکدیگر می‌پیوندند و سبب شکست قطعه می‌شوند.

مقاومت خزشی در آلیاژهای مختلف

از آنجا که خزش فلزات با حرکت و لغزش مرزدانه‌ها رخ می‌دهد، با بزرگ‌تر بودن اندازه دانه، مقاومت در برابر خزش بهبود می‌یابد. در اینجا بهتر است توضیحی درباره اندازه دانه ساختار فلزات و تاثیر آن بر استحکام و خزش فلزات را توضیح دهیم. در علم متالورژی، یکی از راه‌های افزایش استحکام فلزات، کاهش اندازه دانه آن‌هاست. بدین صورت که برای افزایش استحکام قطعاتی که نمی‌توان آ‌نها را عملیات حرارتی و یا کارسرد کرد، در ریخته‌گری با استفاده از تکنیک‌های مختلف، اندازه دانه را کاهش می‌دهند. در برخی از موارد نیز انجام کارسرد به دلیل شکستن دانه‌های بزرگ و تشکیل دانه‌های کوچک، منجر به افزایش استحکام فلزات می‌شود.

اما در خزش فلزات افزایش تعداد دانه و کاهش اندازه دانه، اثر مخربی بر خواص خزشی دارد. برخی از قطعات بسیار حساس را به گونه‌ای ریخته گری می‌کنند که کل قطعه به صورت یک کریستال منجمد شود. در این حالت می‌توان به بهترین خواص خزشی دست یافت.

خزش فلزات در آلیاژهای مختلف در دما و تنش‌های مختلفی رخ می‌دهد. علت آن نیز تفاوت در ساختار و اندازه دانه‌ آن‌هاست. علاوه بر این نوع عناصر آلیاژی و دمای خمیری شدن مرزدانه نیز بر خواص خزشی فلزات اثر دارد.

تفاوت خزش و خستگی

خزش فلزات، طبق تعاریف بالا، در اثر اعمال تنش ثابت در دمای بالا رخ می‌دهد. اما خستگی در دمای محیط نیز اتفاق می‌افتد. خستگی در اثر اعمال بارهای متناوب رخ می‌دهد. بدین گونه که تنش در یک جهت بر قطعه وارد می‌شود و پس از آن تنش در جهت مخالف اتفاق می‌افتد. با اعمال این تنش‌ها در جهات مختلف، قطعه دچار خستگی می‌شود و می‌شکند. تعداد سیکل قابل تحمل برای مقاومت در برابر خستگی اهمیت بسیار زیادی دارد چرا که می‌توان عمر مفید قطعات را به دست آورد و از رخداد شکست قطعات جلوگیری کرد.

جالب است بدانید که ما در زندگی روزمره نیز از خستگی برای شکست برخی از فلزات استفاده می‌کنیم. احتمالا دیده‌اید برای شکستن و بریدن یک قطعه مفتول آن را در جهات مختلف خم می‌کنند تا سرانجام بشکند. این عمل همان خستگی است که در قطعات صنعتی، مانند فنر‌ها رخ می‌دهد.

خزش فلزات در چه قطعاتی رخ می‌دهد؟

قطعات با کاربری‌های دما بالا مانند پره‌های توربین‌ها، قطعات درون موتور جت‌ها و … از قطعاتی هستند که احتمال رخداد خزش در آن‌ها بسیار بالاست. علاوه بر این باید در نظر داشت که در این قطعات با وقوع شکست، آسیب بسیار زیادی به مجموعه وارد می‌شود و به همین دلیل باید با پیش بینی‌های مناسب، قبل از رخداد خزش، قطعات را تعویض کرد.

در صورت آشنایی بیشتر با تاریخچه فلزات از ماقبل تاریخ تا به امروز، مطلب آن را در بلاگ مطالعه کنید.

چه گریدهایی از استیل در برابر خزش مقاوم هستند؟

گریدهای آستنیتی استیل نسبت به سایر گریدها، مقاومت بهتری در برابر خزش دارند. گریدهایی مانند استیل 303، 304، 316، 310، 309، 314 و 321 را می‌توان به عنوان گریدهایی معرفی کرد که مقاومت خوبی در برابر خزش دارند و می‌توانند برای کاربری‌های دما بالا مناسب باشند. البته هریک از این گریدها برای شرایط دمایی خاصی پیشنهاد می‌شوند.

شما می‌توانید خرید ورق استیل، در آلیاژها و ضخامت‌های متنوع، خرید لوله استیل، خرید پروفیل استیل و خرید دیگر مقاطع استیل را با بهترین قیمت از استیل رخ انجام دهید. پشتیبانان و مشاوران فروش استیل رخ، همواره آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما هستند.

سخن آخر

خزش فلزات یکی از پدیده‌هایی است که می‌تواند اثرات بسیار مخربی در صنعت داشته باشد. برای جلوگیری از خزش فلزات، اول از همه باید نسبت به این پدیده آگاه بود و بر آن اساس باید اقداماتی را انجام داد. انتخاب آلیاژ مناسب که مقاومت خزشی خوبی داشته باشد می‌تواند مهم‌ترین اقدام موثر باشد. به غیر از آن باید توجه داشت که در این کاربری‌ها تا حد ممکن دمای محیط‌ را کاهش داد و تنشی کمتر از میزان مجاز بر روی قطعات اعمال کرد که خزش اتفاق نیافتد.