قوة الكلال للمواد المعدنية حساسة للغاية لمختلف العوامل الخارجية والداخلية. وتشمل العوامل الخارجية شكل وحجم الجزء، والانتهاء من السطح وظروف الخدمة، في حين تشمل العوامل الداخلية تكوين المادة نفسها، والحالة التنظيمية، والنقاء والإجهاد المتبقي. التغييرات الطفيفة في هذه العوامل سوف تسبب تقلبات أو حتى تغيرات كبيرة في خصائص الكلال للمواد.

يعد تأثير العوامل المختلفة على قوة التعب جانبًا مهمًا من أبحاث التعب. سيوفر هذا البحث أساسًا للتصميم الهيكلي المعقول للأجزاء، والاختيار الصحيح للمواد والصياغة العقلانية لمختلف عمليات المعالجة الباردة والساخنة، وذلك لضمان أداء الكلال العالي للأجزاء.

تأثير على التعب من تركيز الإجهاد

يتم قياس قوة الكلال التقليدية من خلال عينات ناعمة مُشكَّلة بعناية. ومع ذلك، فإن الأجزاء الميكانيكية الفعلية لها حتما أشكال مختلفة من الشقوق، مثل الخطوات، وممرات المفاتيح، والخيوط، وفتحات الزيت. إن وجود هذه الثلمات يسبب تركيز الإجهاد، بحيث يكون الحد الأقصى للإجهاد الفعلي عند جذر الثلم أكبر بكثير من الإجهاد الاسمي الذي يتحمله الجزء، وغالباً ما يبدأ فشل الكلال للجزء من هنا.

7 عوامل تؤثر على إجهاد المواد المعدنية 2

تأثير عامل الحجم

نظرًا لعدم تجانس هيكل المادة ووجود عيوب داخلية، فإن زيادة الحجم ستزيد من احتمالية فشل المادة، وبالتالي تقليل حد الكلال للمادة. يعد وجود تأثير الحجم مشكلة مهمة في تطبيق بيانات التعب المقاسة بعينات صغيرة في المختبر على الأجزاء الفعلية واسعة النطاق. نظرًا لأنه من المستحيل إعادة إنتاج تركيز الإجهاد وتدرج الإجهاد على الأجزاء ذات الحجم الفعلي في العينات الصغيرة، فإن النتائج المختبرية منفصلة عن فشل الكلال لبعض الأجزاء المحددة.

التأثير على التعب من حالة المعالجة السطحية

توجد دائمًا علامات تصنيع غير متساوية على سطح الآلة، وهي تعادل الشقوق الصغيرة، مما يتسبب في تركيز الضغط على سطح المادة، وبالتالي تقليل قوة الكلال للمادة. يوضح الاختبار أنه بالنسبة للصلب وسبائك الألومنيوم، يتم تقليل حد الكلال الناتج عن المعالجة الخشنة (الخراطة الخشنة) بمقدار 10% - 20% أو أكثر من ذلك الخاص بالتلميع الدقيق الطولي. كلما زادت قوة المادة، كلما كانت أكثر حساسية للسطح النهائي.

تأثير التركيب الكيميائي

هناك علاقة وثيقة بين قوة الكلال وقوة الشد للمواد تحت ظروف معينة. ولذلك، في ظل ظروف معينة، أي عنصر سبيكة يمكن أن يحسن قوة الشد يمكن أن يحسن قوة الكلال للمواد. وبالمقارنة، فإن الكربون هو العامل الأكثر أهمية الذي يؤثر على قوة المواد. ومع ذلك، فإن بعض عناصر الشوائب التي تشكل شوائب في الفولاذ لها آثار سلبية على قوة الكلال.

التأثير على تعب المعالجة الحرارية والبنية المجهرية

ستؤدي ظروف المعالجة الحرارية المختلفة إلى هياكل مجهرية مختلفة. ولذلك، فإن تأثير المعالجة الحرارية على قوة التعب هو في الأساس تأثير البنية المجهرية. على الرغم من أنه يمكن الحصول على نفس القوة الساكنة للمواد ذات التركيب نفسه بسبب المعالجة الحرارية المختلفة، إلا أن قوة الكلال يمكن أن تختلف في نطاق كبير بسبب اختلاف الهياكل.

عند نفس مستوى القوة، من الواضح أن قوة الكلال لرقائق البيرليت أقل من قوة البيرليت الحبيبي. كلما كانت جزيئات السمنتيت أدق، كلما زادت قوة الكلال.

7 عوامل تؤثر على إجهاد المواد المعدنية 3

تأثير الادراج

إن التضمين نفسه أو الثقوب الناتجة عنه تعادل الشقوق الصغيرة، والتي ستنتج تركيز الإجهاد وتركيز الإجهاد تحت تأثير الحمل المتناوب، وتصبح مصدر الكراك لكسر الكلال، مما يسبب آثارًا ضارة على خصائص الكلال للمواد. لا يعتمد تأثير الشوائب على قوة الكلال على نوع الشوائب وطبيعتها وشكلها وحجمها وكميتها وتوزيعها فحسب، بل يعتمد أيضًا على مستوى قوة المواد ومستوى وحالة الإجهاد المطبق.

الأنواع المختلفة من الشوائب لها خواص ميكانيكية وفيزيائية مختلفة، وخصائص مختلفة عن المعادن الأساسية، وتأثيرات مختلفة على خصائص الكلال. بشكل عام، فإن الشوائب البلاستيكية (مثل الكبريتيدات) التي يسهل تشويهها لها تأثير ضئيل على خصائص الكلال للصلب، في حين أن الشوائب الهشة (مثل الأكاسيد والسيليكات وما إلى ذلك) تسبب ضررًا كبيرًا.

يكون للشوائب ذات معامل التمدد الأكبر من المصفوفة (مثل الكبريتيد) تأثير أقل بسبب إجهاد الضغط في المصفوفة، في حين أن الشوائب ذات معامل التمدد الأصغر من المصفوفة (مثل الألومينا) لها تأثير أكبر بسبب إجهاد الشد في المصفوفة.

يؤثر ضغط التضمين والمعادن الأساسية أيضًا على قوة التعب. من السهل تشويه الكبريتيد وارتباطه بشكل وثيق بالمعدن الأساسي، في حين يسهل فصل الأكسيد عن المعدن الأساسي، مما يؤدي إلى تركيز الإجهاد. لذلك، من نوع الادراج، يكون للكبريتيد تأثير ضئيل، في حين أن الأكاسيد والنيتريدات والسيليكات أكثر ضررا.

تأثير تغير خاصية السطح والإجهاد المتبقي

بالإضافة إلى التشطيب السطحي المذكور أعلاه، فإن تأثير حالة السطح يشمل أيضًا تغيير الخواص الميكانيكية للسطح وتأثير الإجهاد المتبقي على قوة الكلال. يمكن أن يكون سبب تغيير الخواص الميكانيكية للسطح هو الاختلاف في التركيب والتركيب الكيميائي للسطح، أو عن طريق تقوية التشوه.

لا يمكن للمعالجة الحرارية السطحية مثل الكربنة والنيترة والنيترة الكربونية أن تزيد من مقاومة التآكل للأجزاء فحسب، بل يمكنها أيضًا تحسين قوة الكلال للأجزاء، وخاصة وسيلة فعالة لتحسين كلال التآكل ومقاومة التآكل الشديد.

يعتمد تأثير المعالجة الحرارية الكيميائية السطحية على قوة الكلال بشكل أساسي على وضع التحميل، وتركيز الكربون والنيتروجين في الطبقة المكربنة، وصلابة السطح وتدرجه، ونسبة صلابة السطح إلى صلابة القلب، وعمق الطبقة، وحجم وتوزيع الضغط المتبقي. الإجهاد الناتج عن المعالجة السطحية. يُظهر عدد كبير من الاختبارات أنه طالما تم تصنيع الشق أولاً ثم معالجته بالمعالجة الحرارية الكيميائية، بشكل عام، كلما كان الشق أكثر حدة، كلما تحسنت قوة الكلال.

يختلف تأثير المعالجة السطحية على أداء الكلال في ظل أوضاع التحميل المختلفة. تحت التحميل المحوري، يكون الضغط في الطبقة السطحية هو نفس الضغط الموجود تحت الطبقة لأنه لا يوجد توزيع غير متساوي للضغط على طول عمق الطبقة. في هذه الحالة، يمكن للمعالجة السطحية فقط تحسين أداء الكلال للطبقة السطحية. نظرًا لعدم تقوية المادة الأساسية، فإن تحسين قوة التعب محدود. في ظل ظروف الانحناء والالتواء، يتركز توزيع الضغط في الطبقة السطحية. يتم فرض الضغط المتبقي الناتج عن معالجة السطح وهذا الضغط الإضافي لتقليل الضغط الفعلي على السطح. في نفس الوقت، بسبب تقوية المواد السطحية، يمكن تحسين قوة الكلال تحت ظروف الانحناء والالتواء بشكل فعال.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *