منابع ایجاد عیوب در مواد

منابع ایجاد عیوب در مواد

همان طور که قبلاً بیان شد عیوب موجود در قطعات، تاثیر زیادی بر روی خواص مکانیکی و فیزیکی آن‌ها می‌گذارند. بنابراین، بررسی نحوه ایجاد عیوب در قطعات دارای اهمیت می‌باشد. علل گوناگونی برای ایجاد و یا تشکیل عیوب در قطعات و سازها وجود دارد که در این بخش به آن‌ها پرداخته می‌شود. مهم‌ترین عوامل تولیدکننده عیوب در قطعات شامل خوردگی^[1]، شکست^[2]، خستگی^[3]، خزش^[4]، سایش، نقص در فرآیندهای تولید، تعمیر و نگهداری نادرست و همچنین سرویس‌دهی قطعه در شرایط کاری می‌باشند.

هر گونه واکنش‌ شیمیایی، الکتروشیمیایی و متالورژیکی قطعه با محیط اطراف خود «خوردگی» نامیده می‌شود که می‌تواند معایب و نواقص متفاوتی را به وجود آورد. خوردگی فلزات نسبت به سایر مواد از اهمیت بیشتری برخوردار می‌باشد. تمایل زیاد به واکنش در فلزات و آلیاژها به ویژه واکنش‌های الکتروشیمیایی علت اصلی خوردگی این دسته از مواد شناخته می‌شود. در یک فرآیند خوردگی الکتروشیمیایی، انجام دو نیم واکنش آندی و کاتدی که به ترتیب به آن‌ها نیم‌واکنش‌های اکسیداسیدن و احیاء نیز گفته می‌شود، ضروری می‌باشد. انواع اصلی خوردگی‌ها در فلزات به هشت نوع تقسیم‌بندی می‌شود که شامل خوردگی یکنواخت^[5]، خوردگی گالوانیک^[6]، خوردگی شیاری^[7]، خوردگی مرزدانه‌ای^[8]، خوردگی سایشی^[9]، خوردگی تنشی^[10]، حفره‌دار شدن^[11] و جدایش انتخابی^[12] می‌باشند.

هر کدام از انواع خوردگی‌ها می‌تواند موجب ایجاد عیوب گوناگونی شود. معایب ناشی از خوردگی شامل معایب سطحی و داخلی می‌باشد که هر کدام تاثیرات گوناگونی بر رفتار قطعه دارد. باید توجه داشت که باقی ماندن محصولات خوردگی در قسمتی از قطعه که واکنش‌های خوردگی در آنجا صورت گرفته است نیز می‌تواند موجب ایجاد معایب دیگری شود. در خوردگی تنشی، وجود همزمان عوامل خورنده محیطی و تنش‌های اعمالی تاثیر تخریبی حادتری دارد و معمولاً موجب ایجاد ریزترک‌ها در درون قطعه می‌شود.

در اثر وجود یا ایجاد یک ترک درون قطعه و همچنین رشد آن، شکست رخ می‌دهد. شکست‌ها دارای انواع مختلفی هستند که اغلب به دو دسته شکست نرم و شکست ترد تقسیم‌بندی می‌شوند. معمولاً بررسی علل شکست قطعات حائز اهمیت است و می‌تواند تاثیر بسزایی بر روی کارآیی سایر قطعات داشته باشد. شکست در اثر نیروها و تنش‌های متناوب یا دینامیکی را خستگی می‌گویند که در اثر رشد ریزترک‌های سطحی رخ می‌دهد. بنابراین، وجود ترک‌های سطحی و داخلی درون قطعات تاثیر زیادی بر روی انواع مکانیزم‌های شکست‌ دارد.

تغییرشکل پلاستیک مواد جامد در دماهای بالا در اثر نیروها و تنش‌های استاتیکی را خزش می‌گویند. در اثر شدت یافتن شرایط خزشی، حفرات ریز درون قطعه ایجاد می‌شوند که در صورت ادامه یافتن آن شرایط، حفرات رشد یافته و به یکدیگر متصل می‌شوند و در نهایت موجب تخریب قطعه می‌شوند. در قطعاتی که در دماهای بالا کار می‌کنند همانند تیغه‌های^[13] موتورهای جت، قطعات داغ توربین‌ها و موشک‌ها، پدیده خزش شایع می‌باشد. سایش نیز می‌تواند تاثیرات مخربی بر روی سطوح قطعات داشته باشد. معمولاً تماس فیزیکی قطعه با یک سیال یا یک قطعه جامد دیگر منجر به پدیده سایش می‌شود. بدیهی است که اگر شرایط خوردگی و سایش به صورت توأمان فراهم باشد، تاثیرات مخرب آن‌ها شدیدتر خواهد بود. به عنوان مثال، اغلب قطعات مورد استفاده در خطوط لوله در صنایع نفت و گاز به ویژه زانویی‌ها در معرض خوردگی سایشی قرار می‌گیرند.

در اغلب فرآیندهای ساخت و تولید، عیوب داخلی و سطحی می‌توانند در قطعات ایجاد شوند. مهم‌ترین فرآیندهای تولید در قطعات فلزی شامل ریخته‌گری^[14]، شکل‌دهی مکانیکی^[15]، جوشکاری^[16]، ماشین‌کاری^[17] و متالورژی پودر^[18] می‌باشد. همه این فرآیندها سبب می‌شوند که معایبی در درون قطعه ایجاد شود که نوع، اندازه و نحوه توزیع آن‌ها به نوع فرآیند، دمای کاری و شرایط محیطی ارتباط دارد. به عنوان مثال، در صورتی که در شرایط ریخته‌گری، کنترل دما در هنگام سرد شدن مذاب صورت نگیرد، ترک‌هایی در اثر پارگی گرم^[19] در قطعه ایجاد می‌شود.

جوشکاری را می‌توان یکی از فرآیندهای پُر کاربرد در تولیدی محسوب نمود که در بسیاری از صنایع همانند صنعت نفت و گاز به صورت گسترده به کار می‌رود. باید توجه داشت که در همه فرآیندهای جوشکاری ناپیوستگی‌ها در درون قطعه ایجاد می‌شود. در هنگام سرویس‌ و بهره‌برداری و یا در فرآیندهای تعمیر و نگهداری نیز عیوب مختلف می‌تواند در درون قطعات به وجود بیایند. در صورت تاثیرگذاری هر یک از عوامل فوق‌الذکر، معایب سطحی و داخلی در مواد و قطعات ایجاد می‌گردد که کشف آن‌ها توسط بازرسی‌ها و آزمون‌های غیرمخرب امکان‌پذیر خواهد بود.

---

[1] Corrosion

[2] Fracture

[3] Fatigue

[4] Creep

[5] Uniform corrosion

[6] Galvanic corrosion

[7] Creviced corrosion

[8] Inter-granular corrosion

[9] Erosion corrosion

[10] Stress corrosion cracking

[11] Pitting

[12] Selective leaching

[13] Blades

[14] Casting

[15] Mechanical forming

[16] Welding

[17] Machining

[18] Powder metallurgy

[19] Hot tearing