إن قوة إجهاد مواد الأنابيب غير الملحومة حساسة للغاية للعديد من العوامل الداخلية والخارجية. تشمل العوامل الخارجية شكل وحجم الجزء ، وإنهاء السطح وظروف الاستخدام ، وما إلى ذلك ، وتشمل العوامل الداخلية التكوين وحالة الأنسجة والنقاء والضغط المتبقي للمادة نفسها. يمكن أن تسبب التغييرات الطفيفة في هذه العوامل تقلبات أو حتى تغييرات جوهرية في خصائص إجهاد المواد.
يعد تأثير العوامل المختلفة على قوة التعب جانبًا مهمًا من أبحاث التعب. سيوفر هذا البحث الأساس للتصميم الهيكلي العقلاني للأجزاء ، والاختيار الصحيح لمواد الأنابيب الفولاذية غير الملحومة ، والصياغة المنطقية لمختلف عمليات المعالجة الباردة والساخنة لضمان أن الأجزاء تتمتع بأداء كلال مرتفع.
سبعة عوامل تؤثر على قوة إجهاد مواد الأنابيب غير الملحومة:
1. تأثير تركيز الإجهاد
يتم قياس قوة الإجهاد التقليدية باستخدام عينات ناعمة مُشكلة بعناية ، ومع ذلك ، فإن الأجزاء الميكانيكية الفعلية لها حتمًا أشكال مختلفة من الشقوق ، مثل الخطوات ، وممرات المفاتيح ، والخيوط ، وثقوب الزيت. يؤدي وجود هذه الفجوات إلى تركيز الإجهاد ، بحيث يكون الحد الأقصى للضغط الفعلي عند جذر الفجوة أكبر بكثير من الإجهاد الاسمي للجزء ، وغالبًا ما يبدأ فشل التعب للجزء من هنا.
عامل تركيز الإجهاد النظري Kt: نسبة الإجهاد الفعلي الأقصى إلى الإجهاد الاسمي عند جذر الشق ، والتي تم الحصول عليها من نظرية المرونة في ظل ظروف المرونة المثالية.
عامل تركيز الإجهاد الفعال (أو عامل تركيز إجهاد الإجهاد) Kf: نسبة حد التعب σ-1 للعينة الملساء إلى حد التعب σ-1n للعينة المحققة.
لا يتأثر عامل تركيز الإجهاد الفعال فقط بحجم وشكل المكون ، ولكن أيضًا بالخصائص الفيزيائية للمادة والمعالجة والمعالجة الحرارية وعوامل أخرى.
يزيد عامل تركيز الإجهاد الفعال مع حدة الشق ، ولكنه عادة ما يكون أصغر من عامل تركيز الإجهاد النظري.
معامل حساسية درجة التعب q: يشير معامل حساسية درجة التعب إلى حساسية المادة لشق التعب ، ويتم حسابه بالصيغة التالية.
نطاق بيانات q هو 0-1 ، فكلما كانت قيمة q أصغر ، كلما قلت حساسية مادة الأنابيب الفولاذية غير الملحومة للشق. تُظهر التجارب أن q ليس ثابتًا ماديًا بحتًا ، ولكنه لا يزال مرتبطًا بحجم الشق. فقط عندما يكون نصف قطر الدرجة أكبر من قيمة معينة ، تكون قيمة q مستقلة أساسًا عن الدرجة ، والقيمة من هذا الشعاع يختلف أيضًا باختلاف المواد أو حالات المعالجة.
2. تأثير عوامل الحجم
بسبب عدم تجانس المادة نفسها ووجود عيوب داخلية ، تؤدي الزيادة في الحجم إلى زيادة احتمالية فشل المواد ، وبالتالي تقليل حد إجهاد المادة. يعد وجود تأثير الحجم مشكلة مهمة في تطبيق بيانات التعب المقاسة بواسطة العينة الصغيرة في المختبر على أجزاء الحجم الفعلي ، لأنه من المستحيل تمامًا التشابه التام بين تركيز الضغط وتدرج الضغط الموجود على أجزاء الحجم الفعلي في حجم صغير ، يتم استنساخه على العينة ، مما يؤدي إلى انقطاع الاتصال بين نتائج المختبر وفشل التعب في بعض الأجزاء المحددة.
3. تأثير حالة المعالجة السطحية
توجد دائمًا علامات تصنيع غير متساوية على سطح الماكينة ، وهذه العلامات تعادل الفجوات الصغيرة ، مما يتسبب في تركيز الضغط على سطح المادة ، وبالتالي تقليل قوة إجهاد المادة. أظهرت الاختبارات أنه بالنسبة للصلب وسبائك الألومنيوم ، فإن المعالجة الخشنة (الخراطة الخشنة) تقلل من حد الإجهاد بنسبة 10٪ -20٪ أو أكثر مقارنة بالتشطيب الطولي. كلما كانت المادة أقوى ، زادت حساسيتها لإنهاء السطح.
4. آثار تجربة التحميل
في الواقع ، لا يعمل أي جزء في ظل حالة سعة إجهاد ثابتة تمامًا. سيؤثر الحمل الزائد والحمل الثانوي في العمل الفعلي للمادة على حد إجهاد المادة. يوضح الاختبار أن المادة بشكل عام بها تلف ناتج عن الحمل الزائد وتمرين تحميل ثانوي ظاهرة.
يشير ما يسمى بضرر الحمل الزائد إلى تقليل حد إجهاد المادة بعد تشغيل المادة تحت حمولة أعلى من حد التعب لعدد معين من الدورات. كلما زاد الحمل الزائد ، قل عدد الدورات المطلوبة لإحداث الضرر.
في الواقع ، في ظل ظروف معينة ، لن يتسبب عدد صغير من الأحمال الزائدة في أي ضرر للمادة فحسب ، بل يؤدي أيضًا إلى تقوية المادة بسبب تقوية التشوه ، وتخميل طرف الشق والضغط الانضغاطي المتبقي ، وبالتالي زيادة حد إجهاد المادة. لذلك ، يجب إجراء بعض الإضافات والتعديلات على مفهوم تلف الحمل الزائد. يشير ما يسمى بتمرين الحمل الفرعي إلى ظاهرة زيادة حد إجهاد المادة بعد دورة معينة من التشغيل عند مستوى إجهاد أقل من حد التعب ولكن أعلى من حد معين. يرتبط تأثير تمرين الحمل الثاني بأداء المادة نفسها ، وبشكل عام ، تحتاج المادة ذات اللدونة الجيدة إلى دورة تمرين أطول وضغط تمرين أعلى لتكون فعالة.
5. تأثير التركيب الكيميائي
هناك علاقة وثيقة بين قوة الإجهاد وقوة الشد للمادة في ظل ظروف معينة ، لذلك ، في ظل ظروف معينة ، يمكن لجميع عناصر السبيكة التي يمكنها تحسين مقاومة الشد تحسين قوة إجهاد المادة. بالمقارنة ، يعتبر الكربون أهم عامل يؤثر على قوة المادة. ومع ذلك ، فإن بعض عناصر الشوائب التي تشكل شوائب في الفولاذ لها تأثير سلبي على مقاومة الإجهاد.
تأثير المعالجة الحرارية والبنية المجهرية ستحصل حالات المعالجة الحرارية المختلفة على بنى مجهرية مختلفة ، لذلك ، فإن تأثير المعالجة الحرارية على قوة التعب هو أساسًا تأثير البنية المجهرية. المواد من نفس التركيب ، بسبب المعالجات الحرارية المختلفة ، يمكن أن تحصل على نفس القوة الساكنة ، ولكن بسبب الهياكل المختلفة ، يمكن أن تختلف قوة التعب في نطاق كبير.
عند نفس مستوى القوة ، تكون قوة إجهاد البرليت غير المستقر أقل بكثير من تلك الموجودة في البرليت الحبيبي. نفس الشيء هو البرليت الحبيبي ، فكلما كانت جزيئات الأسمنت أدق ، زادت قوة التعب.
لا يرتبط تأثير البنية المجهرية على خصائص إجهاد المواد فقط بالخصائص الميكانيكية للهياكل المختلفة ، ولكن أيضًا بحجم الحبيبات وخصائص توزيع الهياكل في الهيكل المركب. يزيد صقل الحبوب من قوة إجهاد المادة.
6. آثار الادراج
الشوائب نفسها أو الثقوب الناتجة عنها تعادل الفجوات الصغيرة ، وتحت تأثير الأحمال المتناوبة ، سيحدث تركيز الإجهاد وتركيز الإجهاد ، والذي سيصبح مصدر صدع لكسر التعب ، مما سيؤثر سلبًا على أداء التعب في مواد. لا يعتمد تأثير الادراج على قوة التعب على نوع وطبيعة وشكل وحجم وكمية وتوزيع الادراج فحسب ، بل يعتمد أيضًا على مستوى قوة المادة ومستوى وحالة الضغط المطبق.
الأنواع المختلفة من الادراج لها خصائص ميكانيكية وفيزيائية مختلفة ، ولها تأثيرات مختلفة على خصائص التعب. بشكل عام ، شوائب البلاستيك القابلة للتشوه بسهولة (مثل الكبريتيدات) لها تأثير ضئيل على خصائص التعب للفولاذ ، في حين أن المكونات الهشة (مثل الأكاسيد والسيليكات ، وما إلى ذلك) تكون أكثر ضررًا.
التضمينات ذات معامل التمدد الأكبر من المصفوفة (مثل الكبريتيد) لها تأثير ضئيل بسبب الإجهاد الانضغاطي في المصفوفة ، في حين أن التضمينات ذات معامل التمدد الأصغر من المصفوفة (مثل الألومينا ، إلخ) لها تأثير أكبر بسبب إجهاد الشد في المصفوفة.
يؤثر أيضًا مدى إحكام رابطة الشوائب بالمعدن الأساسي على قوة التعب. يسهل تشويه الكبريتيد ويتم دمجه بشكل وثيق مع المعدن الأساسي ، بينما يسهل فصل الأكسيد عن المعدن الأساسي ، مما يؤدي إلى تركيز الإجهاد. يمكن ملاحظة أنه من خلال نوع الادراج ، يكون تأثير الكبريتيد ضئيلًا ، بينما تكون الأكاسيد والنتريد والسيليكات أكثر ضررًا.
في ظل ظروف التحميل المختلفة ، يختلف تأثير الشوائب على خصائص إجهاد المادة أيضًا. في ظل ظروف الحمل العالي ، بغض النظر عن وجود شوائب ، يكون الحمل المطبق كافيًا للتسبب في ريولوجيا البلاستيك للمادة ، وتأثير الشوائب صغير.نطاق إجهاد الحد من التعب للمادة ووجود شوائب يتسبب في أن يصبح تركيز الإجهاد المحلي هو العامل المسيطر على تشوه البلاستيك ، مما يؤثر بشدة على قوة إجهاد المادة. وهذا يعني أن وجود شوائب يؤثر بشكل أساسي على حد إجهاد المادة ، وله تأثير ضئيل على قوة التعب في ظل ظروف الضغط العالي.
يتم تحديد نقاء المادة من خلال عملية الصهر. لذلك ، فإن استخدام طرق صهر التنقية (مثل الصهر بالفراغ ، وإزالة الغازات بالفراغ ، وإعادة الصهر بالكهرباء ، وما إلى ذلك) يمكن أن يقلل بشكل فعال محتوى الشوائب في الفولاذ ويحسن أداء التعب من المادة.
7. التغيرات في خصائص السطح وتأثيرات الإجهاد المتبقي
بالإضافة إلى إنهاء السطح المذكور أعلاه ، يشمل تأثير حالة السطح أيضًا تغييرات في الخواص الميكانيكية للطبقة السطحية وتأثير الإجهاد المتبقي على قوة التعب. يمكن أن يحدث تغيير الخواص الميكانيكية للطبقة السطحية بسبب الاختلاف في التركيب الكيميائي وهيكل الطبقة السطحية ، أو يمكن أن يكون سببه تشوه وتقوية الطبقة السطحية.
بالإضافة إلى زيادة مقاومة التآكل للأجزاء ، فإن المعالجة الحرارية السطحية مثل الكربنة والنترة والكربونيتريد هي أيضًا وسيلة فعالة لتحسين قوة إجهاد الأجزاء ، وخاصة التعب والتآكل.
يعتمد تأثير المعالجة الحرارية الكيميائية السطحية على قوة التعب بشكل أساسي على طريقة التحميل ، وتركيز الكربون والنيتروجين في الطبقة المتسللة ، وصلابة السطح والتدرج ، ونسبة صلابة السطح إلى الصلابة الأساسية ، وعمق الطبقة ، وحجم الضغط الانضغاطي المتبقي تتكون من المعالجة السطحية والتوزيع وعوامل أخرى. أظهر عدد كبير من الاختبارات أنه طالما تمت معالجة الشق أولاً ثم معالجته كيميائيًا بالحرارة ، بشكل عام ، كلما زادت حدة الشق ، زادت قوة التعب.
في ظل طرق التحميل المختلفة ، يختلف تأثير المعالجة السطحية على أداء التعب أيضًا. أثناء التحميل المحوري ، نظرًا لعدم وجود توزيع غير متساوٍ للضغط على طول عمق الطبقة ، يكون الضغط على السطح وتحت الطبقة هو نفسه. في هذه الحالة ، يمكن للمعالجة السطحية فقط تحسين أداء التعب للطبقة السطحية ، وتحسين قوة التعب محدود لأن المادة الأساسية لم يتم تقويتها. في ظل ظروف الانحناء والالتواء ، يتركز توزيع الإجهاد على الطبقة السطحية ، ويتم فرض الإجهاد المتبقي الناتج عن معالجة السطح وهذا الضغط المطبق ، بحيث يتم تقليل الضغط الفعلي على السطح. قوة التعب في حالة الالتواء.
على عكس المعالجة الحرارية الكيميائية مثل الكربنة والنترة والكربونيتريد ، إذا تم نزع الكربنة من الأجزاء أثناء المعالجة الحرارية ، يتم تقليل قوة الطبقة السطحية ، مما يقلل بشكل كبير من قوة إجهاد مادة أنابيب الصلب غير الملحومة HSCO. وبالمثل ، فإن طلاء السطح (مثل Cr ، و Ni ، وما إلى ذلك) يتعب بسبب تأثير الشق الناتج عن التشققات في الطلاء ، وإجهاد الشد المتبقي الناجم عن الطلاء في أنبوب الصلب غير الملحوم الأساسي ، وغمر الهيدروجين أثناء تؤدي عملية الطلاء الكهربائي إلى التقصف بالهيدروجين وأسباب أخرى ، وتقل الشدة.
يمكن للتبريد التعريفي ، وإخماد اللهب السطحي ، والتبريد الرقيق للقشرة من الفولاذ منخفض الصلابة الحصول على طبقة صلابة سطحية بعمق معين ، وتشكيل ضغط ضغط متبقي موات على الطبقة السطحية ، لذلك فهي أيضًا طريقة فعالة لتحسين قوة التعب من الأجزاء.
يمكن أن يشكل دحرجة السطح والتقطير عمقًا معينًا لطبقة تصلب التشوه على سطح العينة ، وفي نفس الوقت تولد ضغطًا مضغوطًا متبقيًا على السطح ، لذلك فهي أيضًا طريقة فعالة لتحسين قوة التعب.
