خستگی چیست؟
تست خستگی آزمایشی است که در آن تنش‌های مکرر زیر استحکام استاتیکی بر روی نمونه اعمال می‌شود در حالی که تعداد چرخه‌های شکست تعیین می‌شود. نتایج به عنوان یک منحنی تنش-چرخه (S-N) ارائه شده است.
هدف خستگی
هدف پیش‌بینی عمر قطعاتی است که تحت بارهای مکرر کار می‌کنند و تعیین حد خستگی-مقاومت برای طراحی.
خستگی بر چه محصولاتی اعمال می‌شود؟
- شفت ها، محورها و اجزای پیشرانه
- فنر و بست
- اتصالات ساختاری جوش داده شده
- قطعات هوافضا و خودرو
- مخازن تحت فشار و لوله
خستگی در چه صنایعی کاربرد دارد؟
استانداردهای مرتبط با خستگی
- ISO 1099
- ISO 1143
- ASTM E466
- ASTM E606
- ISO 12107
شرایط خستگی
- نوع بارگیری
- کشش محوری - فشرده سازی، خمش دوار، یا پیچش
- نسبت استرس
- R = σmin/σmax; در مشخصات تعریف شده است
- فرکانس
- برای جلوگیری از گرمایش انتخاب شده است. معمولاً 5-100 هرتز
- فسخ
- شکستگی یا رسیدن به تعداد چرخه تعریف شده (مثلاً 107)
تجهیزات خستگی
- دستگاه خستگی سروو هیدرولیک یا رزونانس
- دستگاه خستگی دوار خمشی
- سیکل شمار و خاموش شدن خودکار
- نظارت بر دما
الزامات نمونه برای خستگی
- سطح نمونه باید تا زبری تعریف شده در استاندارد ماشین کاری شود
- در صورت عدم وجود بریدگی یا ناپیوستگی سطح باید بدون عیب باشد
- نمونه هایی در سطوح تنش چندگانه برای منحنی S-N مورد نیاز است
- حداقل سه نمونه در هر سطح توصیه می شود
مدت خستگی
این یک تست طولانی مدت است. یک آزمایش 107 چرخه بسته به فرکانس ممکن است از چند روز تا چند هفته طول بکشد.
روش اجرای خستگی
- 1نمونه ها ماشین کاری شده و ابعاد آنها اندازه گیری می شود.
- 2سطح استرس و نسبت استرس تعیین می شود.
- 3نمونه به صورت محوری در دستگاه نصب می شود.
- 4بارگذاری مکرر در فرکانس تعریف شده شروع می شود.
- 5بارگذاری تا شکستگی یا چرخه خاتمه ادامه می یابد.
- 6تعداد چرخه ها برای هر سطح ثبت می شود و منحنی S-N رسم می شود.
معیارهای پذیرش خستگی
معیار پذیرش در مشخصات به عنوان حداقل تعداد چرخه در سطح تنش مشخص، یا حداقل مقاومت خستگی ارائه شده است.
ارزیابی نتایج
منحنی S-N و پراکندگی با هم ارزیابی می شوند. شکستگی در گیره یا ناپیوستگی می تواند نتیجه را باطل کند. سطح شکست برای تعیین نقطه شروع بررسی می شود.
گزارش خستگی
- استاندارد کاربردی و نوع بارگذاری
- سطح استرس و نسبت استرس
- فرکانس و شرایط محیطی
- تعداد چرخه برای هر نمونه
- ارزیابی منحنی S-N و شکستگی سطح
اعتباربخشی
EUROLAB دارای اعتبار شناخته شده بین المللی است که از نهادهای اعتباربخشی طرف قراردادهای شناسایی چندجانبه IAF و ILAC، تحت ISO/IEC 17025 برای تست های آزمایشگاهی، ISO/IEC 17020 برای بازرسی و نظارت، و ISO/IEC 17021-1 و سیستم گواهی محصول ISO/IEC. این زنجیره تضمین می کند که گزارش ها و گواهی های صادر شده در سراسر جهان پذیرفته می شوند.
اینکه آیا این آزمون می تواند در محدوده معتبر ارائه شود به محصول شما و استاندارد اعمال شده بستگی دارد. از آنجایی که اعتبارسنجی مبتنی بر روش است، دامنه به صورت کتبی در مرحله نقل قول تأیید می شود.
محدوده و مجوزهامقررات مرتبط
- مشخصات قطعات هوافضا و خودرو
- استانداردهای طراحی مخازن تحت فشار
آزمون فلز و متالورژی — این حوزه آزمون چه چیزی را پوشش می‌دهد؟
بخش زیر حوزه‌ای را توصیف می‌کند که آزمون خستگی به آن تعلق دارد؛ شرایط و معیارهای پذیرش این آزمون خاص در بخش‌های بالا آمده است. دامنه ویژه محصول شما در مرحله پیشنهاد قیمت به‌صورت مکتوب مشخص می‌شود.
آزمون‌های فلز و متالورژی، باری را که یک فلز یا اتصال جوش‌شده می‌تواند تحمل کند، نحوه شکست آن و ساختار داخلی‌اش را تعیین می‌کنند. خروجی این خانواده اغلب درباره خود محصول نیست بلکه درباره هویت ماده است: آیا فولاد واقعاً از رده اعلام‌شده است، آیا درز جوش استحکامی را که طراحی فرض کرده می‌دهد، آیا قطعه ریخته‌گری نقص داخلی غیرقابل‌قبولی دارد؟
اهمیت عملی این حوزه از این واقعیت ناشی می‌شود که یک قطعه فلزی به‌ندرت به‌تدریج از کار می‌افتد. یک قطعه پلاستیکی تغییر شکل می‌دهد، فرسوده می‌شود، ترک می‌خورد و معمولاً هشدار می‌دهد. اما درز جوش یا یک بست، اغلب بدون هشدار می‌شکند - به‌ویژه در موارد خستگی و شکست ترد. به همین دلیل، در حوزه‌هایی مانند تجهیزات تحت فشار، تجهیزات بالابر، فولاد سازه‌ای و خطوط لوله، آزمون مواد الزامی مقرراتی است نه طراحی.
این خانواده سه گروه روش را گرد هم می‌آورد و هر یک به پرسشی متفاوت پاسخ می‌دهد. آزمون‌های مکانیکی رفتار ماده تحت بار را کمّی می‌کنند. بازرسی غیرمخرب بدون آسیب به قطعه به دنبال نقص می‌گردد. متالوگرافی و تجزیه شیمیایی توضیح می‌دهند چرا ماده چنین رفتاری دارد - از طریق ساختار دانه، توزیع فاز، محتوای آخال و ترکیب آلیاژ.
معیار پذیرش این آزمون‌ها تقریباً هرگز از استاندارد آزمون نمی‌آید و این کلید درک این حوزه است. استاندارد آزمون می‌گوید اندازه‌گیری چگونه انجام شود؛ مقادیر قابل‌قبول از استاندارد محصول، رده ماده یا آیین‌نامه ساخت می‌آید. ISO 6892-1 می‌گوید آزمون کشش چگونه انجام شود؛ EN 10025 می‌گوید آن فولاد باید چند مگاپاسکال تنش تسلیم بدهد. هنگام خواندن یک گزارش، دانستن اینکه بر اساس کدام استاندارد محصول ارزیابی شده ضروری است.
نمونه‌برداری در این حوزه بخشی جدایی‌ناپذیر از نتیجه است. دو نمونه گرفته‌شده از یک ذوب ممکن است بسته به جهت و محل برداشت، مقادیر متفاوتی بدهند؛ در محصولات نورد شده، نمونه‌های موازی و عمود بر جهت نورد نتایج متفاوتی تولید می‌کنند. به همین دلیل استانداردهای محصول محل و جهت نمونه‌برداری را نیز تنظیم می‌کنند و گزارش باید این را مستند کند.
گروه‌های روش در این حوزه
تست های مکانیکی
کشش، فشار، خمش، ضربه شیاردار (شارپی)، سختی (برینل، ویکرز، راکول)، خستگی، خزش و چقرمگی شکست. این‌ها رفتار ماده تحت بار را به‌صورت عددی می‌دهند.
بازرسی غیرمخرب
پرتونگاری، بازرسی فراصوتی، مایع نافذ، ذرات مغناطیسی و بازرسی چشمی. بدون آسیب به قطعه به دنبال نقص‌های سطحی و داخلی می‌گردد و گامی ضروری در ساخت جوشی است.
متالوگرافی
آماده‌سازی نمونه، اچ‌کاری و بررسی میکروسکوپی. اندازه دانه، توزیع فاز، محتوای آخال، عمق کربن‌دهی و منطقه متأثر از حرارت جوش ارزیابی می‌شود.
تجزیه شیمیایی
ترکیب آلیاژ با طیف‌سنجی نشری نوری و شیمی تر تأیید می‌شود؛ تأیید رده ماده از این مرحله می‌گذرد.
رفتار خوردگی
آزمون‌های مه نمکی، خوردگی حفره‌ای و شکافی، و خوردگی بین‌دانه‌ای. در فولادهای زنگ‌نزن می‌توانند نشان‌دهنده کیفیت عملیات حرارتی باشند.
موارد رایج اشتباه‌گرفته‌شده در این حوزه
- گواهی ماده (مانند EN 10204 3.1) گزارش آزمون نیست؛ اظهارنامه سازنده است. در کاربردهای حساس، راستی‌آزمایی مستقل انجام می‌شود و این دو نباید با هم اشتباه گرفته شوند.
- آزمون‌های کشش ASTM و ISO مقادیر یکسانی را اندازه می‌گیرند اما از هندسه نمونه متفاوتی استفاده می‌کنند؛ نتایج معادل مستقیم هم تلقی نمی‌شوند و هرچه مشخصات بخواهد همان اعمال می‌شود.
- جداول تبدیل بین سختی و استحکام تقریبی هستند. محاسبه تنش تسلیم از روی سختی، شواهد کافی برای پذیرش ماده نیست.
- در بازرسی غیرمخرب، عبارت «نقصی یافت نشد» به معنای نبود نقص نیست؛ ممکن است نقص‌هایی زیر حد تشخیص روش وجود داشته باشد. گزارش باید روش به‌کاررفته و سطح حساسیت را ذکر کند.
- قبول‌شدن درز جوش نشان نمی‌دهد جوشکار یا دستورالعمل واجد شرایط است؛ این‌ها فرآیندهای جداگانه‌اند.
این نتایج از کدام تصمیم پشتیبانی می‌کنند
- راستی‌آزمایی گواهی ماده و پذیرش مواد ورودی
- تأیید ساخت جوشی؛ صلاحیت‌سنجی جوشکار و دستورالعمل
- کنترل ساخت تجهیزات تحت فشار و اجزای سازه‌ای
- تحلیل خرابی و تعیین علت ریشه‌ای آسیب‌های میدانی
- راستی‌آزمایی فرآیندهای عملیات حرارتی و سطحی
تست های مرتبط
پرسش‌های متداول درباره خستگی
آزمایش خستگی چقدر طول می کشد؟
این بستگی به تعداد چرخه های مورد نظر و فرکانس دارد. تست های چرخه بالا (107) ممکن است هفته ها طول بکشد. بنابراین زمان بندی در مرحله نقل قول روشن می شود.