شناخت عوال آسیب زا به مصالح ساختمانی به نگهداری بهتر سازه ها و ساختمان ها کمک خواهد کرد. یکی از عواملی که موجب بالا رفتن استهلاک ساختمان ها می‌شود خزش قطعات فولادی مورد استفاده در آن است. در ادامه این محتوا به معرفی کامل این پدیده و بررسی راهکارهای موثر در جلوگیری از بروز آن خواهیم پرداخت.
خزش فلزات چیست؟
خزش فلزات یک پدیده فیزیکی است که در آن، فلزات به صورت تدریجی و آهسته تحت تأثیر دماهای بالا تغییر شکل می‌دهند و گاهی حتی شکسته می‌شوند. این پدیده در تنش‌هایی پایین‌تر از مقاومت فلز رخ می‌دهد. آگاهی از این موضوع برای انتخاب فلز مناسب بسیار حائز اهمیت است، زیرا از وقوع آسیب‌ها و عواقب احتمالی جلوگیری می‌کند.
مراحل خزش فلز
خزش فلزات در چند مرحله پیچیده انجام می‌گیرد که آنها را می‌توان به سه بخش اصلی تقسیم کرد.
مرحله اول
در مرحله اول، تغییر شکل بین اتم‌ها درون فلز رخ می‌دهد. این روند ابتدا با سرعت پیشرفت می‌کند، اما به دلیل سختی سطح فلز، به مرور زمان آهسته‌تر می‌شود تا جایی که به نظر می‌رسد این پدیده متوقف شده است. اما اینگونه نیست؛ بلکه این اتفاق باعث ایجاد حفره‌های خزشی درون فلز می‌شود.
مرحله دوم
زمانی که سرعت تغییر شکل فلز ثابت شد، این مرحله شروع می‌شود. در این بخش از خزش فلز نسبت به مراحل دیگر، روند تغییر شکل بسیار آهسته انجام می‌گیرد. به عبارت دیگر، چون فلز هنوز دچار آسیب ساختاری نشده، سرعت این پدیده ثابت و یا کند می‌شود.
مرحله سوم
زمانی که میکروساختارهای فلز کاملاً آسیب ببینند، این بخش یعنی مرحله نهایی از خزش فلز آغاز می‌شود. هر چه میزان تغییرات میکروساختاری بیشتر شود، سرعت خوردگی فلز نیز افزایش می‌یابد. این پدیده تا جایی پیشرفت می‌کند که فضای خالی کافی در میکروساختار ایجاد شود که در نهایت منجر به شکاف و سپس شکستن فلز می‌شود.
احتمال بروز خزش فلز در قطعاتی که بیشتر در معرض دمای بالا هستند بالاتر است. با توجه به قیمت تیرآهن و دیگر مقاطعی که در پروژه های عمرانی به کار می‌روند روش های نگهداری و جلوگیری از بروز این پدیده در آنها اهمیت زیادی دارد.
آشنایی با انواع خزش فلزی
خزش فلزات انواع مختلفی دارد که نوع آن به طور مستقیم به میزان حرارت و فشاری که باعث تغییر شکل میکروساختاری فلز می‌شود، وابسته است. هر چه میزان فشار و حرارت بیشتر باشد، این پدیده با سرعت بیشتری رخ می‌دهد. البته باید به یاد داشت که ترکیبات فلز و ساختار داخلی آن نیز بر این پدیده تأثیر گذار است. خزش فلزات به عنوان یک پدیده مهم در علم مواد و مهندسی فلزات، انواع مختلفی دارد. برخی از انواع خزش فلزات را در ادامه بررسی می‌کنیم.
لغزش نابجایی Dislocation Glide
لغزش نابجایی زمانی رخ می‌دهد که فلز تحت تأثیر عواملی مانند تنش قرار می‌گیرد. این پدیده بیشتر در فلزات و آلیاژها رخ می‌دهد. در این نوع خزش، نقاط نابجایی که ایرادهای خطی در ساختار کریستالی هستند، از تنش وارد شده تأثیر می‌پذیرند و از شبکه کریستالی عبور می‌کنند. این لغزش یک پدیده رایج در مواد کریستالی است، زیرا نقاط نابجایی به آسانی در آن حرکت می‌کنند و این حرکت‌ها منجر به تغییر شکل مواد می‌شود.
خزش نابجایی Dislocation Creep
خزش نابجایی معمولاً در فلزاتی با دمای بالا رخ می‌دهد و از عواملی چون ترکیب مواد، اندازه دانه و وجود عناصر آلیاژی تأثیر پذیر است. این پدیده با عنوان “قدرت قانون” یا “خزش جای زخم شاه‌ماهی” شناخته می‌شود که شامل حرکات پیوسته نابجایی‌ها از طریق شبکه کریستالی است. این خزش نیز مانند نوع دیگری که در بالا توضیح داده شد، زمانی اتفاق می‌افتد که تنش اعمال شده زیاد باشد و با حرکت نابجایی‌ها، منجر به تغییر شکل مواد می‌شود.
خزش نفودی Diffusion Creep
در این پدیده، خزش فلزی به دلیل انتشار اتم‌ها از طریق شبکه‌ی کریستالی یک ماده اتفاق می‌افتد. این پدیده را به خزش انتشار یا خزش سنگ‌فرش نیز می‌شناسند. ناخالصی‌هایی که بر سرعت انتشار اتم‌ها تأثیر گذار هستند، با سرعت این رویداد ارتباط مستقیم دارند. خزش نفوذی در دماهای بالا و تنش‌های پایین با سرعت زیادی رخ می‌دهد.
لغزش مرزدانه Grain boundary Sliding
این نوع لغزش تحت تأثیر عواملی چون دما، تنش و ویژگی‌های مرزدانه قرار دارد. مرز دانه‌ها نقاطی هستند که در آنجا جهت شبکه‌ی کریستالی بین دانه‌ها تغییر می‌کند. این نوع از خزش زمانی رخ می‌دهد که دانه‌های مجاور یک ماده تحت تأثیر تنش، کنار یکدیگر بلغزند. لغزش مرز دانه‌ها به دلیل حرکت نسبی آنها اتفاق می‌افتد و به دانه‌ها این امکان را می‌دهد که بدون حرکت جابجایی قابل توجهی در درون خود تغییر شکل ایجاد کنند. این پدیده بیشتر در دانه‌های بزرگ‌تر مشاهده می‌شود. لغزش مرزدانه نقش اساسی در خزش ایفا می‌کند و در نهایت منجر به تغییر شکل کلی و شکست مواد می‌شود.
روش‌های جلوگیری از خزش فلزات
برای جلوگیری از بروز پدیده خزش در فلزات راه های مختلفی وجود دارد. به عنوان مثال بسیاری از هزینه های اجرای یک سازه فولادی برای قیمت پروفیل و قطعات دیگر آن صرف می‌شود. بنابراین باید از راهکارهای موجود جهت پیشگیری از بروز خرابی های محتمل اطلاع داشت و به آنها عمل کرد. به منظور جلوگیری و یا کاهش احتمال خزش فلزات، راهکارهایی وجود دارد که در ادامه به بررسی آنها خواهیم پرداخت.
استفاده از فلزات مقاوم
این روش شامل انتخاب فلزاتی با ساختار و خواص مکانیکی مناسب که در برابر خزش مقاومت بیشتری دارند. مانند مولبیدن، تنگستن و نیوم که از نقطه ذوب بالایی برخوردار هستند و در نازل‌های موشک و راکتورهای هسته‌ای کاربرد دارند.
کنترل دما و فشار
جهت جلوگیری از خزش شرایط دمایی و فشاری که ممکن است باعث فعال شدن این پدیده شود، مورد کنترل قرار گیرد. کاهش دما و فشار در محیط‌های با خطر خزش به کاهش احتمال این رویداد کمک می‌کند.
استفاده از روش‌های حرارتی
به منظور کاهش خطر خزش، مواد با دمای بالا (کمتر از نقطه ذوب) حرارت داده شده و سپس به صورت کنترل شده خنک می‌شوند. این عملیات باعث کاهش تنش در ماده می‌شود و به بازیابی و تبلور مجدد ساختارهای زیرساختی کمک می‌کند. این روند تمایل ماده به تغییر شکل خزشی را کاهش می‌دهد.
تقویت ساختار فلز
با استفاده از روش‌هایی مانند تمپرینگ، حرارت درمانی و معالجه سطحی، ساختار فلز به گونه‌ای تقویت می‌شود که مقاومت به خزش افزایش می‌یابد.
روش‌های شیمیایی
استفاده از روش‌های شیمیایی مانند آلیاژسازی با عناصر مختلف و اعمال پوشش‌های محافظ بر روی سطح فلزات به جلوگیری از خزش فلزات کمک می‌کند.
جمع بندی
توجه به رعایت استانداردها در اجرا و نگهداری از قطعات فولادی به طول عمر سازه کمک بسیار زیادی خواهد کرد در این محتوا علل بروز پدیده خزش در مقاطع فلزی را معرفی کردیم و به راهکارهای جلوگیری از آن نیز پرداختیم. امیدواریم این محتوا مورد استفاده شما مخاطب عزیز قرار بگیرد.
