خستگی فلزات Metal Fatigue یک نوع خرابی فلز است که به حالت ظریفی در ساختار انواع فلزها ایجاد می‌شود؛ ولی بسیار خطرناک است و باعث شکستگی فلزات می‌شود. در واقع خستگی فلزات هنگامی اتفاق می‌افتد که قطعه‌های فلزی به دلیل تنش‌های مکرر مثل بارهای کششی بیش از اندازه و همچنین بارهای برشی به همراه بارهای ضربه‌ای ضعیف شوند. پس لازم است خستگی فلزهای مختلف را قبل از اینکه منجر به حوادث ناگواری شود شناسایی کنید.
مراحل خستگی فلزات چیست؟
شاید بارها با شنیدن خستگی فلز از خود بپرسید خستگی فلزات یعنی چه؟ این عبارت یکی از خطرناک‌ترین صدماتی است که به مرور زمان به فلزات وارد می‌شود. معمولاً خستگی فلز جزو آسیب‌هایی است که کسی متوجه آن نمی‌شود؛ چون این اتفاق در ۳ مرحله برای فلزات مختلف رخ می‌دهد:
مرحله اول
بعد از گذشت زمان ترک‌های ریزی در ساختار فلز ایجاد می‌شود. این ترک‌های ریز اکثراً در نواحی هندسی است که تنش در آن مکان متمرکز می‌شود. یادتان باشد تنش‌هایی که باعث ایجاد این ترک‌های ریز می‌شوند از مقاومت کششی نهایی و همچنین مقاومت کششی تسلیم فلز در مقدار کمتری قرار دارند.
مرحله دوم
اگر این ترک‌های ریز ترمیم نشوند به مرور زمان بر اثر تنش‌های مکرر بدون شک سایز ترک‌ها بزرگ‌تر خواهد شد.
مرحله سوم
در این مرحله اندازه ریز ترک‌ها بزرگ‌تر می‌شود، بنابراین کمترین تنش‌ها سبب انتشار سریع ترک‌ها و صدمه دیدن فلز می‌شود. البته سطح ترک از لحاظ ظاهری به نوع فلز و همچنین میزان مقاومت کششی فلز بستگی دارد.
منظور از خستگی فلز چیست؟
عوامل مختلفی می‌تواند باعث آسیب دیدن فلزات شود. از فشارهای کششی گرفته تا برخی برش‌های بیش از اندازه می‌تواند از مقاومت فلزات بکاهد؛ ولی منظور از خستگی فلزات نوعی آسیب جدی است که می‌تواند به صورت مرگ خاموش از طریق اعمال نیروهای متناوب در سطحی پایین‌تر از استحکام نهایی و همچنین کمتر از حد تسلیم فلز، باعث تخریب ساختارهای درونی و نابودی استحکام فلزها شود تا جایی که دیگر کسی نمی‌تواند برای رفع قسمت‌های آسیب دیده فلزات کاری انجام بدهد.
مقاومت به خستگی فلزات
مقاومت به خستگی فلز توسط آزمون خستگی با متدهای جدیدی اندازه‌گیری می‌شود. در حقیقت آزمون خستگی توسط اعمال تنشی خاص با روش‌های کامپیوتری بر روی نمونه‌هایی با اشکال و اندازه معین مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. در نتیجه این آزمون، گرافی حاصل می‌شود که نشان می‌دهد فلزهای مورد ارزیابی در سطحی از تنش توانسته‌اند ترک خوردگی‌ها را تحمل کنند. پس شناخت مقاومت به خستگی فلز و بررسی خستگی فلزات در مهندسی جزو موضوعاتی است که برای پیشگیری از خستگی فلزات بسیار اهمیت دارد.
چگونه از خستگی فلزات جلوگیری کنیم؟
با در نظر گرفتن تحقیقات مهندسی در مورد آسیب‌های فلزات می‌توان اثرات نامطلوب خستگی فلز را با چندین تکنیک ارزیابی کرد. یک روش کلیدی برای پیشگیری از خستگی فلز و جلوگیری از پیش آمدن آسیب‌های ناگوار نصب نرم افزارهای تجزیه و تحلیل روی سازه‌های فلزی و یا قطعات مورد آزمایش است. شما با انجام و تکرار یکسری آنالیزها می‌توانید از وقوع خستگی فلزها جلوگیری کنید و اجازه ندهید که یک پل، ساختمان و سایر سازه‌های فلزی دچار حادثه شود؛ چون تجزیه و آنالیزهای نرم افزاری می‌توانند قسمت‌هایی که فلزات در معرض خستگی هستند را به شما نشان دهند. چنانچه این نواحی در مجاورت یک ویژگی هندسی مانند یک حفره باشند به راحتی می‌توانید این حفره را به مکان دیگری منتقل کنید.
بهترین روش برای جلوگیری از خستگی فلزات چیست؟
یک روش دیگر برای پیشگیری از این پدیده خطرناک انتخاب مواد مناسب با استانداردهای جهانی است. موادی که مقاومت به خستگی بالایی دارند مانند فولاد که به سادگی دوره‌های تنش زیادی را در مقایسه با آلومینیوم تحمل می‌کند. برخی دیگر از روش‌های جلوگیری از خستگی فلزات موارد ذیل هستند:
- حاشیه خطا را هنگام ساخت لوازم فلزی یا سازه‌های مختلف کاهش دهید.
- در طراحی و جوشکاری فلزات از گوشه‌های تیز اجتناب کنید.
- از شعاع‌های سخاوتمندانه جهت کاهش سطح تمرکز تنش‌ها استفاده کنید.
- سطوح ماشین کاری را به خوبی صاف کنید.
- از تغییر هندسی یا منافذ زیاد در نواحی تنش خودداری کنید.
- قطعات را در تماس با اشعه ماورای بنفش و دیگر منابع مضر نگهداری کنید.
مصارفی که در معرض خستگی فلزات قرار دارند
لازم است در تمام مصارف به صدمات ناشی از خستگی و کاهش مقاومت فلزات توجه کرد؛ اما همیشه سازه‌ها و اجزایی هستند که به شکل خاصی بیشتر از هر نوع سازه دیگری در معرض آسیب‌های ناشی از خستگی فلزها قرار دارند مثل:
- پل‌ها
- تجهیزات مرتبط با سیستم تعلیق خودرو
- تجهیزات مرتبط با قالب زنی فلزی
- قطعات بدنه هواپیما
- قطعاتی که لرزش بالایی دارند
- لوازم برقی منزل
سخن پایانی
یکی از پدیده‌هایی که آسیب‌های جدی به فلزهای مختلف وارد می‌کند خستگی فلزات است. متأسفانه این نوع صدمات مانند انواع عیوب جوشکاری با چشم قابل دیدن نیستند، بنابراین به مرور زمان باعث از بین رفتن و شکستگی فلز می‌شوند. به همین دلیل لازم است برای بررسی خستگی فلزات و رفع مشکل ایجاد شده با مهندسین و کارشناسان گروه صنعتی میناسیان در ارتباط باشید.
