خانه / آزمون های مخربDT / آزمون خستگی

آزمون خستگی

تعریف خستگی

خستگی فرآیند موضعی و پیش رونده تغییر دائمی ساختار در نقطه یا نقاطی از جسم است که براساس اعمال تنش یا کرنش تناوبی فعال گشته و پس از تعدادی سیکل کافی منجر به ایجاد ترک، رشد پایدار و اشاعه تدریجی و پایدار ترکبه ابعاد بحرانی و شکست نهایی قطعه می­گردد.

تئوری شکست

  • دليل عمده خطرناك بودن شكست خستگي اين است كه بدون آگاهي قبلي و قابل رويت بودن رخ مي دهد.

  • خستگي به صورت شكستي با ظاهر ترد، بدون هيچگونه تغيير شكل نا خالص در شكست نتيجه ميشود.

  • معمولاسطح شكست در مقياس ماكروسكوپي بر جهت تنش كششي اصلي عمود است.

  • معمولا سطح شكست خستگي از ظاهر سطح شكست تشخيص داده ميشود، كه از يك ناحيه هموار حاصل از عمل سايش با اشاعه ترك در مقطع و يك ناحيه ناهموار كه در هنگام عدم تحمل بار توسط مقطع، در قطعه به صورت نرم شكسته شده است تشكيل مي شود.

  • غالبا پيشرفت شكست توسط يك دسته حلقه نشان داده مي شود، كه از نقطه شروع شكست به طرف داخل پيشرفت مي كند.

سه عامل عمده براي وقوع شكست خستگي ضروري هستند. اين عوامل عبارتند از

  1. تنش كششي حداكثري به مقدار بسيار زياد

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

  3. زياد بودن چرخه هاي تنش وارده.

علاوه بر اين متغيرهاي ديگري مانند تمركز تنش، خوردگي، دما، بار اضافي، ساختارمتالورژيكي، تنشهاي باقيمانده و تنشهاي مركب هم وجود دارند كه شرايط را براي ايجاد خستگي تقويت مي كنند.

اثر دما بر خستگي

آزمايشهاي خستگي فلزات در دماهاي كمتر از دماي اتاق نشان مي دهد كه استحكام خستگي با كاهش دما زياد مي شود.

با اينكه فولادها در حالت خستگي در دماي كم به شيار حساستر مي شوند، هيچ دليلي براي نشان دادن وقوع هرگونه تغيير ناگهاني در خواص خستگي در دماهاي كمتر از دماي انتقال تردي به نرمي وجود ندارد. اين واقعيت كه با كاهش دما استحكام خستگي نسبتا بيشتر از استحكام كششي افزايش مي يابد، با نشان دادن شكست خستگي در دماي اتاق كه با تشكيل و تمركز جاي خالي همراه است، توجيه مي شود..

آزمونهاي خستگي  :

آزمون خستگي، آزموني ديناميكي است كه رفتار نسبي مواد را تحت نيرو هاي تكرار شونده يا كم و زياد شونده تعيين مي كند. در اين آزمون شرايطي مشابه شرايط كاركرد براي اجزاي ماشين كه تحت نيروهاي لرزشي يا نوساني قرار دارند به وجود مي آيد . مقدار تنش (كشش، فشار، خمش يا پيچش)  با دستگاه و بسته يه نمونه ي مورد آزمون تعيين مي شود. نيروي اعمال شده بر نمونه طي آزمون مرتبا بين دو مقدار تغيير مي كند، كه حداكثر نيرو معمولا كمتر از استحكام تسليم ماده است. چرخه هاي تنش تا شكست نمونه يا رسيدن به تعداد چرخه ي معين ادامه مي يابد.

در آزمايش خستگي، معمولا حد تحمل آهن و فولاد 10000000 سيكل است ولي براي آلياژهاي غير آهني اين مقدار ممكن است 500000000 دور باشد.

سه آزمايش خستگي معروف عبارتند از :

آزمايش ميله ي چرخان ،آزمايش با ميله ي ارتعاشي و آزمايش خستگي كشش فشار

قطعات اصلي يك ماشين آزمايش خستگي عبارتند از:

  1. يك محرك مكانيكي ،هيدروليكي يا مغناطيسي براي وارد كردن سيكلهاي تكراري تنش به نمونه

  2. يك وسيله اندازه گيري تنشهاي ماكزيمم و مينيمم وارد شده در جريان يك دور

  3. يك شمارنده براي نشان دادن تعداد دورهاي تنشي وارد شده بر نمونه

  4. يك وسيله ي توقف خودكار ماشين آزمايش ، وقتي كه نمونه مي شكند.

روش هاي جلوگيري از رشد ترك و افزايش عمر خستگي:

رشد ترك بستگي به شرايط تنش متمركز شده در نوك ترك دارد . جلوگيري از رشد ترك در اثر تنش پسماند فشاري بر دو عامل استوار است :

ترك هرگز رشد نميكند مگر اينكه تنشي كششي در نوك ترك يا نزديك آن متمركز شده و باعث باز شدن دهانه آن گردد.

تا زماني كه تنشي فشاري در نوك ترك وجود داشته باشد ، دهانه ترك باز نخواهد شد .

در اثر ساچمه زني (نوعي فرآيند كار سرد كه در آن سطح قطعه توسط ساچمه هاي كروي بمباران مي شود.  هرساچمه نظير يك چكش عمل ميكند و موجب گودي و فرورفتگي در ناحيه تماس مي شود). دهانه ميكروترك هاي سطحي و خلل و فرجها بسته شده و تنشي فشاري در آن ها ايجاد شده كه مانع از باز شدن دهانه ترك و در نهايت رشد ترك ميگردد.

نحوه ارئه داده­ها:

دراین آزمایش تنش دامنه مختلف هرسیکل دربرابر تعداد سیکل تاشکست رسم می­شود.

مفهوم نمودار وداده­ها :

این نموداربیان می­کند که :

1-دریک تنش دامنه اعمالی خاص طی چند سیکل می­شکند.

2-دریک تعداد سیکل خاص حداکثرتنشی به قطعه می­تواند اعمال شود تاقطعه نشکند.

با افزایش تنش اعمالی تعداد دورتا شکست کاهش می­یابد.