آزمایشگاه مقاومت مصالح

افت و خيزهاي گرمايي ميخكوبي و خزش شار و نقش آنها در مقاومت ويژه الكتريكي ابر رساناهاي گرم

در ابر رساناها رفتارهاي الكتريكي با رفتارهاي مغناطيسي اساسا“ به همديگر وابسته مي باشند. ما با توجه به اين حقيقت آثار افت و خيزهاي گرمايي، ميخكوبي شار و ناهمسانگردي و بخصوص نقش اين عوامل در رفتارهاي مقاومت ويژه الكتريكي ابر رساناهاي گرم را بررسي كرده ايم و نشان داده ايم كه چگونه كوتاهتر بودن طول همدوسي، بالاتر بودن دماي بحراني و جفت شدگي بين لايه اي ضعيف در ابررساناهاي گرم آثار عوامل فوق در اين ابر رساناها و ابررساناهاي سرد را از همديگر متمايز مي كند. بعضي از اين آثار از جمله پهن شدگي زياد گذار مقاومتي با افزايش ميدان، اختلاف رفتارهاي مقاومتي ابررساناهاي گرم ، كاهش سريع چگالي جريان بحراني با افزايش دما، مكانيزمهاي ذاتي و ميكروسكوپي ميخكوبي، واهلش مغناطيسي و خط برگشت ناپذيري را بر اساس تئوري خزش شار اندرسون – كيم توضيح داده ايم. همچنين بعضي از محدوديتها و

نتايج نادرست اين تئوري را مطرح كرده و با معرفي فازها و رژيمهاي ابررسانايي و گذارها يا گذارهاي بين آنها سعي در توجيه بهتر نتايج نموده ايم. توضيح داده ايم كه نظم بلند برد كريستالي شبكه

گرداب در مقابل ميخكوبي كتره اي ناپايدار است و در نتيجه در سيستمهاي واقعي، فاز شبكه گرداب جاي خود را به فاز شيشه گرداب مي دهد. فاز شيشه گرداب مانند فاز مايسنر و فاز شبكه گرداب، داراي نظم بلند برد غير قطري در نقشي كه گردابهاي ميخكوب شده تعيين مي كنند مي باشد. چون سد انرژي بين حالتهاي شبه پايدار مختلف زياد است مقاومت ويژه اين فاز در حد جريانهاي پايين تقريبا“ صفر مي باشد. افت و خيزهاي گرمايي باعث ذوب شبكه يا شيشه گرداب و گذار به فاز مايع گرداب مي شود. در فاز مايع گرداب اگر چه ساختار شار، ساختار كاملا“ نامنظمي است هنوز يك تمايل موضعي براي جفت شدگي الكترونها وجود دارد و ميدان جفت ساز طول همدوسي قابل توجهي را دارا مي باشد. در اين فاز چون سد انرژي بين آرايشهاي

مختلف ساختار شار كم است مقاومت ويژه حتي در حد شدت جريانهاي پائين صفر نمي باشد.

رفتار خزشي آلياژ آلومينيوم SS70 كه از آلياژهاي سري 7XXX بوده و به روش ريخته‌گري پاششي تهيه شده است.

اين آلياژ ازنوع آلياژهاي رسوب سخت‌شونده بوده و به همين خاطر قبل از انجام آزمايشات خزش ابتدا در دو دماي 120 و 160 درجه سانتيگراد عمليات پير سخت كردن بر روي آن انجام شد و سختي

بيشينه حاصله در هر يك از دماهاي مذكور به دست آمد. سپس اين اپتيمم سختي بر روي نمونه‌هاي ساخته شده استاندارد آزمايش خزش از دو گروه آلياژي SS70 (تهيه شده به روش ريخته‌گري پاششي) و 7075 (تهيه شده به روش ريخته‌گري سنتي) اعمال گشته و آنها را تحت آزمايش خزش قرار داديم. آزمايش خزش در دو دماي 120 و 170 درجه سانتيگراد و تنش‌هاي 200 و 280 و 360 مگاپاسكال

 انجام شدند. يكي از اهداف اين تحقيق محاسبه و بدست آوردن مقاد n

(توان تنشي) و Q (انرژي محركه خزشي) براي هر دو گروه آلياژي مورد بجث بود. با توجه به مقادير به دست آمده n و Q مي‌توان مكانيزم خزشي جاكم بر محدوده دمايي و تنش اعمالي را پيش‌بيني كرد. اين آزمايشات نشان دادند كه آلياژهاي سري 7XXX آلومينيوم تهيه شده به روش ريخته‌گري پاششي مقاومت بسيار بالايي در برابر خزش از خود نشان مي‌دهند. بنابريان خواص مكانيكي و از آن جمله مقاومت خزشي خوب اين آلياژهاي جديد آلومينيوم (SS70) افق‌هاي روشني را براي استفاده از آنها در صنعت و به خصوص صنايع هوا - فضا نشان مي‌دهند.

رفتار خزش در جوشهاي مقاومتي نقطه‌اي

رفتار خزش در جوشهاي مقاومتي نقطه‌اي با استفاده از روش اجزاء محدود مدلهاي مختلفي براي جوش مقاومتي مد نظر قرار گرفته كه

شامل موارد زير است : 1) مدل جوش مقاومتي با استفاده از المانهاي حجمي تحت بارگذاريهاي كششي، جدايشي و صليبي. 2) مدل جوش مقاومتي با استفاده از المانهاي تير پره‌اي در محيط جوش و اتصال دو

صفحه با يك لينك صلب در مركز جوش تحت بارگذاريهاي عنوان شده فوق. 3) مدل جوش مقاومتي با استفاده از المانهاي تير پره‌اي در محيط جوش و اتصال دو صفحه با لينكهاي صلبي كه محيط جوش را در صفحه بالائي به محيط جوش در صفحه پائيني متصل مي‌نمايند، تحت بارگذاريهاي عنوان شده. رفتار خزش و تنش در نواحي مختلف پيرامون جوش نقطه‌اي و دور از جوش ، تحت بارگذاريها و شرايط مختلف ، مورد بررسي قرار گرفته است . براي مدل كردن رفتار خزشي ماده از مدل بيلي - نورتن، به همراه قانون جريان خزش استفاده شده است . همچنين در اين تحقيق، روشهاي مختلفي كه براي آناليز الاستيك - پلاستيك قطعات ناچدار بر معيار كرنش محلي پايه‌ريزي شده‌اند. بررسي شده و صحت اين روشها براساس نتايج بدست آمده از اين تحقيق، مورد بحث قرار گرفته است . شايان ذكر است كه در اين تحقيق از اثرات منطقه تحت تاثير حرارت جوشكاري، صرف نظر شده است زيرا هدف اصلي بررسي مدلهاي مختلف جوش

مقاومتي در شرايط خزش و مقايسه آن با مدلهاي جوش مقاومتي در رفتارهاي الاستيك و پلاستيك مي‌باشد كه قبلا توسط محققين ديگر

بررسي شده است . همچنين بررسي روابط عددي ذكر شده و تعميم اين روابط براي شرايط خزش .

سازه‌هاي فولادي خنك‌شونده با آب در سيستمهاي حرارتي در معرض عوامل تخريبي متعددي از جمله خوردگي، اكسيداسيون و شكستهاي ناشي از پديده‌هاي خستگي و خزش قرار مي‌گيرند. در اين پژوهش نقش و عملكرد اين پديده‌ها در تخريب پانلهاي خنك‌شونده كوره قوس‌الكتريك و پايه‌هاي متحرك كوره پيشگرم تختال مورد بررسي قرار گرفته است . در رابطه با پايه‌هاي متحرك بيشتر روي پديده خزش تمركز شده است . آزمايشهاي خزش گسيختگي متعددي جهت آشكارسازي خزش اتفاق افتاده در آنها و نيز بررسي رفتار خزش فولادي كه پايه‌ها از آن ساخته شده‌اند انجام گرفت . بررسيهاي انجام شده نشان داد كه مجموعه‌اي از عوامل ياد شده در تخريب اين سازه‌ها موثر هستند. خوردگي معمولا در شروع و تسريع آسيبها نقش عمده‌اي

دارد. خصوصا در پانلهاي خنك‌شونده كه آب گردشي خورنده‌اي در آنها جريان دارد، خوردگي همراه با خستگي حرارتي و خزش عوامل تخريب بودند. خستگي حرارتي توام با خوردگي تركهايي در امتداد عمود بر طول لوله‌هاي پانل ايجاد كرده كه نهايتا بواسطه خزش ناگهاني و بهم پيوستن اين تركها شكست ايجاد مي‌گردد. ليكن در پايه‌هاي متحرك با توجه به نتايج آزمايشهاي انجام شده، خزش عامل اصلي تغيير شكل و شكست آنها بوده است . كاهش ازدياد طول شكست

نمونه‌هاي تهيه شده از پايه‌هاي كاركرده نسبت به پايه‌هاي نو مي‌تواند حاكي از ايجاد خزش طي سرويس در آنها باشد. در هر دو مورد خوردگي موضعي لوله‌ها ايجاد حفره‌هاي كوچكي كرده و تركهاي ريزي از آنها جوانه مي‌زنند كه رشد اين تركها نهايتا باعث شكست مي‌شود.

تحليل خزش در جوش

عصر كاركرد يك دستگاه در دماهاي بالا متناوبا با تخريب‌هاي خزش محدود مي‌گردد. تخريب اين اجزا در تنش‌هاي پايين‌تر از استحكام

نهايي ماده صورت مي‌گيرد. بنابراين مي‌طلبد كه رفتار ماده در دماهاي بالاتر از دماي محيط نيز مورد آزمايش ، تحليل و بررسي قرار گيرد. بدين ترتيب بوده است كه توسعه سريع مواد فلزي براي كاربرد در دماهاي بالا را در دهه‌هاي گذشته شاهد بوده‌ايم. اكثر قطعات مكانيكي در مقياس سازه‌هاي بزرگ بطريق جوش بهم متصل مي‌گردند، بطوريكه جوش يكي از مرسوم‌ترين اتصال قطعات به همديگر محسوب مي‌شود. از آنجا كه پارامترهاي مؤثر در كيفيت جوش و ريز ساختار جوش بسيار زياد است ، بطوريكه ثبت خواص مكانيكي و خزشي يك جوش امكان‌پذير نيست . بدين ترتيب براي تحليل و بررسي يك تصال جوش براي كاركرد در دماهاي بالا نيازمند ترتيب آزمايشاتي است كه بتوان به ريز ساختار و خواص مكانيكي و خزش منطقه اتصال دست

پيدا كرد. بدليل اهميت اتصال جوش سر به سر كه كاربرد وسيعي در مخازن و لوله‌هاي پالايشگاه‌ها دارد. در اين پايان‌نامه به تحليل يك نمونه مدل اتصال جوش سر به سر با در نظر گرفتن سه منطقه فلز

جوش ، منطقه متاثر حرارتي و فلز پايه تحت شرايط خزشي كه عبارت است از كاركرد تحت بار و دماي بالا به كمك نرم‌افزار طراحي NISA مدل سازي و مورد تحليل قرار گرفته است و در نهايت با نتايج نرم‌افزارهاي ديگر مقايسه شده است .

نكاتي در مورد جوشكاري فولادهايمقاوم به حرارت و خزش ( CREEP)

بكارگيري حرارت و فشار زياد در صنايعي مانند نيروگاههاي حرارتي ، پالايشگاههاي نفت و توربين هاي بخاري امري اجتناب ناپذير است . لذا نوع فولاد و طبعا فلز جوشي كه در اين شاخه از صنعت كاربرد دارد بايد در مقابل حرارت زياد مقاوم باشد . يعني اينكه فلز جوش نيز به اندازه فولاد انتخاب شده بايد در حرارت زياد از خود مقاومت نشان دهد .

فولادهاي ساختماني غير الياژي در حرارت هاي زياد كاهش جدي در استحكام مكانيكي را نشان مي دهند . افزودن عناصر آلياژي خاصي به مانند كرم ، موليبدن ، تنگستن يا واناديوم به فولاد باعث افزايش استحكام آن در حرارت كاري زياد مي شود . هرچند كه در چنين حرارت زيادي ملاحظات ديگري غير از صرفا استحكام مكانيكي بايد مد نظر باشد . با تعريفي كه از خزش ( به معناي تغيير شكل مداوم يا نيمه مداوم جسم با گذشت زمان تحت تنش و گرمايي ثابت ) ميشود بايد به تاثير توامان گرما و تنش در طي زمان مشخص توجه داشت .

فولاد هاي مقاوم به حرارت بر اساس تركيب شيميايي . محدوده حرارت كاري طبقه بندي شده اند. نقش عناصر آلياژي موجود در اينگونه فولاد ها تاثير گذاري بر فلز پايه و تشكيل كاربايد مي باشد .

براي حرارت كاري بيش از 550 درجه سانتي گراد بايد به نقش عامل ديگري به نام پوسته شدن SCALING ) ) نيز توجه شود . در اين مورد فولادي با 12 درصد كرم و همراه داشتن عناصر الياژي موليبدن

، واناديوم ، نيوبيوم و تانتاليوم بهترين انتخاب است . در دماي كاري وراي 600 درجه سانتي گراد اغلب فولادهاي قابل آبكاري ، استحكام خزشي مناسبي از خود نشان نمي دهند و بايد از فولادهاي آستنيتي كرم-نيكل استفاده شود كه معمول ترين نوع آن 16 درصد كرم و 13 درصد نيكل و عناصر افزودني نظير Mo, Ta,Nb براي اصلاح استحكام خزش بهمراه دارند . در دماي كاري وراي 700 درجه سانتي گراد صرفا فولاد هاي نوع Cr-Ni-Co حاوي عناصر آلياژي Nb-Ta,W,Mo مقاومت كافي در مقابل خزش را دارا هستند .

فولادهاي مقاوم به خزش كم آلياژ و 12 درصد كرم را معمولا در حالت كوئنچ و تمپر شده جوشكاري مي كنند در حاليكه فولاد نوع 15Mo3 با 0.5 درصد Mo در حالت نرمالايزر جوشكاري مي شوند