مقدمة

وتشكل المعادن العمود الفقري للهياكل الأساسية الحديثة، من أجنحة الطائرات والأطر الآلية إلى سفن الضغط والزوارق الجراحية، وتعتمد السلامة الميكانيكية لهذه المكونات بشدة على مقاومة الكسور في إطار الحمولات التشغيلية، وقد يُظهر في القرن الماضي أن وجود عيوب في التصنيع بفعل عوامل من أهم العوامل التي تحكم بدء وتركيب عنصر السلامة.

العوامل المشتركة المصنعة والمنتجة

ولا بد أن تؤدي عمليات التصنيع إلى طائفة من أوجه القصور في المكونات المعدنية، وهذه العيوب تنشأ عن التدرج الحراري، والثغرات الكيميائية، والتشوهات الميكانيكية، والتحولات التدريجية، وفي حين أن بعض العيوب تكون أقل من حجم معين، فإن بعضها الآخر يعمل كعوامل ضغط قوية يمكن أن تؤدي إلى الفشل المبكر، وتشمل الفئات الأكثر شيوعاً الدعارة، والإدماجات غير المعدنية، والثبات المتناهية.

Porosity

وتشير التكاثر إلى فراغات أو مكافآت تشكل أثناء الترسيخ (البث)، أو اللحام، أو دمج المسحوق، وفي القذف، وسحب الغاز، والتقلص أثناء التبريد، تنتج مواد خزفية أو غير قانونية، وفي الأنهار، يمكن أن تؤدي المخلفات الهيدروجينية إلى ثقوب حادة، بينما يؤدي انعدام الصمامات إلى فراغات كبيرة.

غير الميلاني

فالأكسيدات هي جزيئات الأكسيدات، والكبريتات، والسيليكات، أو المركبات الأخرى التي تُعلق في مصفوفة المعادن أثناء صقلها أو ترسيمها، مثل مصفوفات أكسيد الألومنيوم في الفولاذ صلبة ومرنة، في حين أن الشمول من الكبريت المنغنيزية أكثر مرونة وأكثر تشوهاً.

أجهزة التكرير والثكنات الساخنة

كما أن الكسرات التي تُتخذ أثناء التصنيع كثيرا ما تنشأ عن الإجهاد الحراري أو الانكماش في الترسيب الساخن في المنطقة المتمردة أثناء القذف أو القذف عندما تتجاوز الضغوط المتشابكة القوة المترابطة للمواد شبه الصلبة، وهذه الشقوق عادة ما تكون متقطعة ويمكن أن تُنشر أثناء التبريد اللاحق، وبالمثل، يمكن أن تتطور الكسور أثناء التبريد السريع للمسافات الحرارية بسبب الإجهاد غير الناتج عن الختم.

ضعف الحدود

وتشمل الآثار على حدود الحبوب الفصل بين الشوائب، وتهيج مراحل الرشوة، والضغوط المحلية التي تخلق خامات صغيرة أو محرقات، وعلى سبيل المثال، يمكن أن يؤدي فصل الكبريت في السبيكات الخارقة للنيكل إلى خلط الحدود بين الحبوب، وفي بعض الساحات، تنتشر الهيدروجين إلى حدود الحبوب وتخفض قوة التصنيع الميكانيكية، مما يؤدي إلى تداخل عمليات التكسير.

Fracture Mechanics Fundamentals

ولتقدير أثر العيوب على الكسور، يعتمد المهندسون على ميكانيكيات الكسور، ويوفر هذا الانضباط إطارا رياضيا لربط الإجهاد المطبق، وحجم العيوب، والقسوة المادية، وهناك نهجان رئيسيان هما ميكانيكيي الكسور الخطي لمواد الرشوة وميكانيكيات الكسور النكهة بالنسبة للمنتجات الخلوية.

التركيز على الأعراض

وأي انقطاع في التحلل الجغرافي - ثقب أو حكة أو شق - يزيد الضغط المحلي فوق الإجهاد المطبق الاسمي، ويتوقف عامل تركيز الإجهاد Kt بالنسبة لثقب في لوحة لا نهائية على نحو 1 + 2 بلاستيكي (شكله) حيث يبلغ نصف طول الكراك وتركّزه النسبي (LT).

مصغّرات خطية

In LEFM, the stress field near a crack tip is characterized by the stress intensity factor K (units: MPam). Fracture occurs when K reaches a critical value K Ic[FLT:], known as the fracture length. K value for a given geometry = YMP(a), where defectactre a stress

ميكانيكيون للأخطار الفلزية

وعندما تسبق البلاستيكية الكبيرة حدوث كسر، تستخدم البارامترات مثل الـ ج - إنترأو إكتساح الفتح، وتؤثر هذه التدابير على هذه التدابير بتغيير توزيع الطبق البلاستيكي المحلي، فعلى سبيل المثال، يمكن لمجموعة من الإشراكات الفضائية عن كثب أن تخلق منطقة عالية، مما يؤدي إلى تلازم فراغ في إجهاد عالمي أدنى.

تأثير الخصائص المميزة على التكتلات

ولا تضار جميع العيوب بالتساوي، وتتوقف الاستجابة للكسر على مزيج من خصائص العيوب والممتلكات المادية.

حجم العدوى وحجمها

Infger defects generally lower the critical stress for fracture, following the inverse square root relationship of LEFM. Shape matters: a spherical pore with radius r has a stress concentration factor of about 2, whereas an elongated crack-like defect with length 10r and tip radius 0.1r can have Kt) fats exceeding 10.

توزيع التأثيرات والتجميع

وتتفاعل العيوب الفردية عندما تكون قريبة من بعضها البعض، ويمكن أن تخلق مركبتان متاخمة أو مصنفات محلية للإجهاد تتجاوز مجموع مساهماتها الفردية، وتتسارع في التكتل في الشقوق، وهذا أمر بالغ الأهمية في المعادن المصنعة بصورة مضافة، حيث كثيرا ما تشكل العيوب غير المتعمدة صفائف، وتستخدم نماذج إحصائية (مثل إحصاءات القيمة القصوى) للتنبؤ بأعجوبة من حيث الحجم من التأثيرات المادية.

مواد وطريقة التكتّب

وفي المعادن النحيلية، تسبب العيوب في تكوين ونمو الفوط الجزئي، وتوج ذلك بثورة مقلدة، وهنا، كثيرا ما تكون الشمولات هي مواقع الإنشاء الباطلة، ويؤثر جزء الحجم من الشمول تأثيرا مباشرا على معدل النمو الباطل وإجهاد الكسور، وعلى النقيض من ذلك، فإن كسر الجسيمات المكبوتة (النسيج) يتحكم فيه بحجم العيوب التي يمكن أن تؤدي إلى انتشارها.

دراسات الحالات الإفرادية والأمثلة

وتبرز أوجه القصور في العالم الحقيقي أهمية وجود عيوب في مجال التصنيع، ففي الستينات، شهدت طائرة كوميت دي هافيل إخفاقات في التبخير الكارثي نتيجة لشقق في زوايا حادة حول مفرق النوافذ - وهو عيب ناجم عن تصميمات، وفي الآونة الأخيرة، فشلت المحار التي تستخدم في محركات الطائرات بسبب عمليات التفريغ المهبلي (المناطق الغنية بالمانتروجين) التي تشكلها

ومن الأمثلة الأخرى عدم وجود قرص توربيني عالي الضغط في محطة توليد الطاقة في عام 1989، وقد يعزى لاحقا إلى عيب متصاعد - وهو مضرب مجهري نما بفعل الزحف - وقد أكد الحادث على ضرورة التفتيش غير التدميري للعناصر الدوارة الهامة، وفي قطاع السيارات، قد تنطوي علب الأسطوانات الألومنيوم على تسرب الرمل().

استراتيجيات التخفيف

ومعالجة تأثير العيوب الصناعية على الكسور تنطوي على نهج متعدد الجوانب: تخفيض المصدر، وتعديل حالة العيوب، وتصميم قوي يسامح مع أوجه القصور.

العملية على الوجه الأمثل

ويؤدي تنقيح عمليات التصنيع إلى الحد من تكوين العيوب بشكل جذري، وفي القذف، وقطع الفراغ، والترسيب المتحكم فيه إلى التقليل من خام الغاز والاختراق التقلصي، وفي الحام، ودرجة الحرارة المتقطعة الخاضعة للرقابة، واختيار المعادن الملائمة يحول دون حدوث صدع في الهيدروجين وكسر الحرارة الساخنة.

معالجة الحرارة والإغاثة

وتخدم المعالجة الحرارية بعد التصنيع وظائف متعددة: فهي تستطيع تخفيف حدة التوترات المتبقية، وحل المهابط الضارة، وصقل هيكل الحبوب، ويؤدي الإغراء، وتطبيع، وتقليص الضغط، إلى تقليص القوة المحركة للنشر الحركي، وفي السكك الحديدية التي تُستخدم في فترات التهطال، قد يؤدي الإفراط في الضغط إلى تحسين الصعاب على حساب بعض القوة.

تقنيات التقييم غير المدمرة

(ب) كشف العيوب قبل دخول المكونات إلى الخدمة أمر حاسم، إذ تكشف الأشعة (الأشعة السينية والتصوير المحاسبي) عن السخرية الداخلية والإدماجات، ويمكن للاختبارات غير الصوتية أن تكشف عن الشق العشب المتعمد والانحرافات ذات الحساسية العالية، كما أن أساليب التفتيش الحالية للكسر السطحي في المواد السلوكية، وبالنسبة لأجزاء الكشف عن الفضاء الجوي، تستخدم تقنيات الصنع غير المزودي والأشعة الرقمية في إنتاج المواد المشعة.

تصميم مراقبة التقلبات والأضرار

وبدلا من التصويب في المواد الخالية من العيوب (التي كثيرا ما تكون مستحيلة أو غير اقتصادية)، يقبل تصميم التسامح إزاء الضرر وجود عيوب صغيرة ويكفل عدم نموها إلى حجم حرج في حياة الخدمة، وهذا النهج الذي يستخدم في قطاعي الطيران والصناعات النووية، يتطلب بيانات قوية عن النمو في الكراكات وعمليات تفتيش دورية، وتشمل العناصر الرئيسية تحديد أقصى درجات الكسور المسموح بها في البداية استنادا إلى قدرات صناعة الوقود، وتطبيق نماذج مقاومة السائل المأمونة أو الفشل.

خاتمة

ولا يمكن تجنب العيوب الناتجة عن التصنيع إلى حد ما، ولكن تأثيرها الضار على سلوك الكسور يمكن أن يدار من خلال فهم عميق للآليات الأساسية وتطبيق تدابير رقابة صارمة، كما أن احتمالات حدوث اختلالات في التكنولوجيا، والإدماج، والثغرات، والضعف في الحدود، والتفاعل بين كل من هذه العوامل وبين مقاومة كسر المواد بطرق مختلفة تحددها عوامل عدم وجود عيوب في تصميم المواد، والتوزيع، وآلية الاختلال في تصميم العمليات.

External References]