تنتج شقوق التعب عمومًا عن التشوه اللدن الدوري في المناطق المحلية. يُعرَّف التعب بأنه "فشل في ظل الحمل المتكرر أو أنواع أخرى من ظروف الحمل ، ومستوى الحمل هذا لا يكفي للتسبب في حدوث عطل عند تطبيقه مرة واحدة فقط." لا يحدث هذا التشوه البلاستيكي بسبب الضغط النظري على المكون المثالي ، ولكن بسبب عدم إمكانية اكتشاف سطح المكون فعليًا.

August Wöhler هو رائد أبحاث التعب ويطرح طريقة تجريبية. بين عامي 1852 و 1870 ، درس وولر الفشل التدريجي لمحاور السكك الحديدية. قام ببناء سرير الاختبار الموضح في الشكل 1. يتيح سرير الاختبار هذا تدوير وانحناء محورين للسكك الحديدية في نفس الوقت. رسم W ö hler العلاقة بين الإجهاد الاسمي وعدد الدورات التي تؤدي إلى الفشل ، والتي عُرفت لاحقًا باسم مخطط SN. كل منحنى لا يزال يسمى خط aw ö hler. لا تزال طريقة Sn هي الطريقة الأكثر استخدامًا اليوم. يظهر مثال نموذجي لهذا المنحنى في الشكل 1.

إحصائيات تجربة August Wöhler توضح لك كيفية تأثير العناصر الأربعة على الكراك التعب 2
الشكل 1 اختبار التعب الانحناء التناوب من W ö hler

يمكن ملاحظة العديد من التأثيرات من خلال خط w ö hler. أولاً ، نلاحظ أن منحنى SN أسفل نقطة الانتقال (حوالي 1000 دورة) غير صالح لأن الضغط الاسمي هنا مرن. سنبين لاحقًا أن الإرهاق ناتج عن إطلاق طاقة إجهاد القص البلاستيكي. لذلك ، لا توجد علاقة خطية بين الإجهاد والانفعال قبل الكسر ، ولا يمكن استخدامه. بين نقطة الانتقال وحد التعب (حوالي 107 دورة) ، يكون التحليل القائم على Sn صالحًا. فوق حد التعب ، ينخفض ميل المنحنى بشكل حاد ، لذلك يُشار إلى هذه المنطقة غالبًا باسم منطقة "الحياة اللانهائية". ولكن هذا ليس هو الحال. على سبيل المثال ، لن يكون لسبائك الألومنيوم حياة لانهائية ، وحتى الفولاذ لن يكون له عمر لانهائي تحت حمل سعة متغيرة.

مع ظهور تقنية التضخيم الحديثة ، يمكن للناس دراسة شقوق التعب بمزيد من التفصيل. نحن نعلم الآن أن ظهور وتكاثر شقوق التعب يمكن تقسيمها إلى مرحلتين. في المرحلة الأولية ، ينتشر الكراك بزاوية حوالي 45 درجة بالنسبة للحمل المطبق (على طول خط إجهاد القص الأقصى). بعد عبور اثنين أو ثلاثة من حدود الحبوب ، يتغير اتجاهها ويمتد على طول اتجاه حوالي 90 درجة بالنسبة للحمل المطبق. هاتان المرحلتان تسمى المرحلة الأولى الكراك والمرحلة الثانية الكراك ، كما هو مبين في الشكل 2.

إحصائيات تجربة August Wöhler توضح لك كيفية تأثير العناصر الأربعة على الكراك التعب 3
الشكل 2 رسم تخطيطي لنمو الشقوق في المرحلة الأولى والمرحلة الثانية

إذا لاحظنا تصدع المرحلة الأولى عند التكبير العالي ، يمكننا أن نرى أن الضغط المتناوب سيؤدي إلى تكوين شريط انزلاقي مستمر على طول مستوى القص الأقصى. تنزلق هذه العصابات للخلف وللأمام ، تمامًا مثل مجموعة البطاقات ، مما ينتج عنه أسطح غير مستوية. يشكل السطح المقعر أخيرًا صدعًا "برعمًا" ، كما هو موضح في الشكل 3. في المرحلة الأولى ، سوف يتمدد الشق في هذا الوضع حتى يلتقي بحد الحبوب ويتوقف مؤقتًا. عندما يتم تطبيق طاقة كافية على البلورات المجاورة ، ستستمر العملية.

إحصائيات تجربة August Wöhler توضح لك كيفية تأثير العناصر الأربعة على الكراك التعب 4
الشكل 3 الشكل 3 رسم تخطيطي لفرقة الانزلاق المستمر

بعد عبور اثنين أو ثلاثة من حدود الحبوب ، يدخل اتجاه انتشار الشقوق الآن في وضع المرحلة الثانية. في هذه المرحلة ، تغيرت الخصائص الفيزيائية لانتشار الشقوق. يشكل الكراك نفسه عقبة كبيرة أمام تدفق الإجهاد ، مما يتسبب في ارتفاع تركيز إجهاد البلاستيك عند طرف الشق. كما هو مبين في الشكل 4. وتجدر الإشارة إلى أنه لن تتطور كل شقوق المرحلة الأولى إلى المرحلة الثانية.

إحصائيات تجربة August Wöhler توضح لك كيفية تأثير العناصر الأربعة على الكراك التعب 5
الشكل 4

لفهم آلية الانتشار للمرحلة الثانية ، نحتاج إلى النظر في حالة المقطع العرضي لطرف الكراك أثناء دورة الإجهاد. كما هو مبين في الشكل 5. تبدأ دورة التعب عندما يكون الضغط الاسمي عند النقطة "أ". عندما تزداد شدة الإجهاد ويمر عبر النقطة "ب" ، نلاحظ أن طرف الشق ينفتح ، مما يؤدي إلى تشوه القص البلاستيكي المحلي ، ويمتد الشق إلى النقطة "ج" في المعدن الأصلي. عندما ينخفض إجهاد الشد عبر النقطة "d" ، نلاحظ أن طرف الشق يغلق ، لكن التشوه الدائم للبلاستيك يترك تسننًا فريدًا ، يسمى "خط القطع". عندما تنتهي الدورة بأكملها عند النقطة "e" ، نلاحظ أن الكراك قد زاد الآن من طول "Da" وشكل خطوطًا إضافية للمقطع. من المفهوم الآن أن نطاق نمو الشقوق يتناسب مع نطاق إجهاد طرف الكراك البلاستيكي المرن المطبق. يمكن أن يشكل نطاق الدورة الأكبر حجم دا أكبر.

إحصائيات تجربة August Wöhler توضح لك كيفية تأثير العناصر الأربعة على الكراك التعب 6
الشكل 5 رسم تخطيطي لانتشار الشقوق في المرحلة الثانية

العوامل المؤثرة في معدل نمو الكراك المرهق

تمت دراسة تأثير العوامل التالية على معدل نمو صدع التعب وشرحها من الناحية المفاهيمية:

1 - سماع التوتر

من الرسم البياني ، يمكننا أن نرى أن "كمية" معينة من إجهاد القص يتم تحريرها أثناء التغيير الدوري لقوة الإجهاد الاسمي. وكلما زاد نطاق تغير الإجهاد ، زادت الطاقة المنبعثة. من خلال منحنى SN الموضح في الشكل 1 ، يمكننا أن نرى أن عمر التعب يتناقص بشكل كبير مع زيادة نطاق دورة الإجهاد.

إحصائيات تجربة August Wöhler توضح لك كيفية تأثير العناصر الأربعة على الكراك التعب 7
الشكل 6 إجهاد وإجهاد لدائن مرنة على طول السطح المنزلق وعند جذر الكراك

2 ـ متوسط الضغط

متوسط الإجهاد (الإجهاد المتبقي) هو أيضًا عامل يؤثر على معدل فشل التعب. من الناحية المفاهيمية ، إذا تم تطبيق إجهاد التمدد على صدع المرحلة الثانية ، فسيتم إجبار الكراك على الفتح ، وبالتالي فإن أي دورة إجهاد سيكون لها تأثير أكثر أهمية. على العكس من ذلك ، إذا تم تطبيق متوسط الضغط الانضغاطي ، فسيتم إجبار الكراك على الإغلاق ، وأي دورة إجهاد تحتاج إلى التغلب على إجهاد الضغط المسبق قبل أن يستمر الكراك في التوسع. تنطبق مفاهيم مماثلة أيضًا على شقوق المرحلة الأولى.

3 إنهاء السطح

نظرًا لأن شقوق التعب تظهر عادةً أولاً على سطح المكونات حيث توجد عيوب ، فإن جودة السطح ستؤثر بشكل خطير على احتمال حدوث التشققات. على الرغم من أن معظم عينات اختبار المواد لها تشطيب مرآة ، إلا أنها ستحقق أيضًا أفضل عمر للتعب. في الواقع ، لا يمكن مقارنة معظم المكونات مع العينات ، لذلك نحتاج إلى تعديل خصائص التعب. تشطيب السطح له تأثير أكبر على إجهاد المكونات المعرضة لدورات إجهاد منخفضة السعة.

إحصائيات تجربة August Wöhler توضح لك كيفية تأثير العناصر الأربعة على الكراك التعب 8
الشكل 7 رسم تخطيطي لتأثير تسلسل الدورة يمكن التعبير عن تأثير إنهاء السطح عن طريق النمذجة ، أي بضرب منحنى SN بمعلمة تصحيح السطح عند حد التعب.

4 ـ المعالجة السطحية

يمكن استخدام المعالجة السطحية لتعزيز مقاومة الإرهاق للمكونات. الغرض من المعالجة السطحية هو تشكيل ضغط ضغط متبقي على السطح. في ظل فترة السعة المنخفضة ، يكون الضغط على السطح منخفضًا بشكل واضح ، وحتى يحافظ على حالة الانضغاط. لذلك ، يمكن إطالة عمر التعب بشكل كبير. ومع ذلك ، كما أشرنا ، فإن هذا الموقف صالح فقط للمكونات الخاضعة لدورات إجهاد منخفضة السعة. إذا تم تطبيق فترة السعة العالية ، فسيتم التغلب على الضغط المسبق من خلال فترة السعة العالية ، وستفقد مزاياها. كما هو الحال مع جودة السطح ، يمكن إظهار تأثير المعالجة السطحية من خلال النمذجة.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.