موضوع مقاله: تنش پسماند | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # تنش پسماند | مقدمه: به عنوان مثال، سختکاری سطحی با لیزر باعث ایجاد تنش پسماند فشاری در قطعه‌های فلزی مانند تیغهٔ موتور توربین می‌شود. | ## بخش 1: تنش پسماند | همچنین در شیشه‌های مقاوم از آن بهره می‌برند تا نمایشگرهای شیشه ای بزرگ، نازک، ضد ترک و خراش را در تلفن‌های هوشمند تولید کنند. با این وجود، تنش‌های پسماند ناخواسته در یک سازه، می‌توانند باعث خرابی دائمی آن شوند. تنش پسماند می‌تواند ناشی از سازوکارهای گوناگون مانند تغییر شکل‌های ناکشسان (پلاستیک)، گرادیان دما (طی چرخهٔ حرارتی) یا تغییرات ساختاری (تغییر فاز) باشد. هنگامی که قطعه جوش‌کاری شده در حال خنک شدن می‌باشد، بعضی از قسمت‌های آن بیش از سایر قسمت‌ها سرد و منقبض شده، و باعث برجای ماندن تنش پسماند در قطعه می‌شوند. 26-9 هنگام قرار گرفتن لایه‌های نازکی که دارای خصوصیات حرارتی و بلوری متفاوتی هستند و تحت شرایط مختلف ساخته شده‌اند نیز مسئله باقی ماندن تنش‌های پسماند به وجود می‌آید. تغییرات تنش در داخل مجموعه‌ای ساخته شده از مواد لایه‌ای نازک می‌تواند بسیار پیچیده باشد. در این موارد، امکان تغییر بین تنش‌های فشاری و کششی از لایه‌ای به لایه دیگر وجود دارد. علت اصلی شکست در مواد شکننده، شکست ترد می‌باشد که با ایجاد ترک‌های اولیه روی ماده آغاز می‌شود. هنگام اعمال یک نیروی کششی خارجی روی این مواد، تنش‌ها در محل‌های نوک تیز ترک متمرکز می‌شوند؛ این تمرکز تنش، تنش‌های کششی در ماده را در نوک ترک‌ها افزایش داده و بدین شکل ترک اولیه به سرعت گسترش می‌یابد و با ادامه این روند، باعث شکست ماده خواهد شد. به این ترتیب، به منظور ایجاد شکست ترد در اثر رشد ترک‌های اولیه، تنش کششی خارجی باید بر تنش پسماند فشاری غلبه کند. سازندگان برخی شمشیرها از افت حرارت در فرایند شکل‌دهی مارتنزیت، برای تولید لبه‌های بسیار سخت بهره می‌برند. (به ویژه شمشیرهای کاتانا ژاپنی) در شیشه‌های حرارت دیده، تنش‌های فشاری بر روی سطح شیشه ایجاد می‌شوند؛ این تنش‌ها با تنش‌های کششی موجود در شیشه در تعادل هستند و یکدیگر را خنثی می‌کنند. با توجه به تنش پسماند فشاری در سطح، شیشه‌های حرارت دیده مقاومت بیشتری در برابر ایجاد ترک دارند. | ## بخش 2: تنش پسماند | در نوع خاصی از لوله اسلحه‌های دو لوله، درحالی که لوله درونی تحت فشار است، لوله بیرونی کش می‌آید تا بدین ترتیب از بازشدن ترک‌های اسلحه جلوگیری شود. تنش پسماند در اکثر مواقع علت شکست زود هنگام سازه‌های مهم و حیاتی می‌باشد؛ به همین دلیل این احتمال نیز داده می‌شود که یکی از دلایل فروپاشی و سقوط پل «silver bridge» در ایالات متحده آمریکا در ماه دسامبر سال ۱۹۶۷ میلادی همین موضوع بوده‌است. اتصالات این پل قطعات ریخته‌گری شده‌ای بودند که سطح بالایی از تنش پسماند در آنها وجود داشت؛ که در یکی از آنها با شروع رشد ترک، آغاز شد و با رسیدن سایز آن به اندازهٔ بحرانی (حد)، ناگهان و به‌طور فاجعه‌باری گسترش یافت و از همان لحظه، تمامی سازه طی یک واکنش زنجیره‌ای شروع به شکستن کرد. به علت اینکه کل زمان شکست در کمتر از یک دقیقه رخ داد، ۴۶ راننده و مسافر در دم جان خود را از دست دادند. علاوه بر این روش، روش دیگری نیز به نام خم چهار نقطه‌ای وجود دارد که مانند روش قبل اما این بار با اعمال نیرو توسط دو سیلندر، تنش پسماند ایجاد می‌شود. روش‌های اندازه‌گیری نمودار مقایسه‌ای روش‌های اندازه‌گیری تنش پسماند، نشان دهندهٔ مقیاس اندازه‌گیری، نفوذ و سطح خرابی قطعهٔ اندازه‌گیری شده.|قابروش‌های متعددی برای اندازه‌گیری تنش پسماند به کار برده می‌شوند که می‌توان آنها را به دسته کلی زیر تقسیم کرد: روش‌های مخرب روش‌های نیمه مخرب روش‌های غیرمخرب انتخاب تکنیک مناسب و مورد استفادهٔ ما بستگی به اطلاعات مورد نیاز و طبیعت نمونه مورد اندازه‌گیری دارد. همچنین فاکتورهای: ۱-عمق (یا میزان نفوذ) ۲-مقیاس طولی قابل اندازه‌گیری (ماکروسکوپیک، مسوسکوپیک یا میکروسکوپیک) ۳-هندسه نمونه، در انتخاب روش مناسب اهمیت زیادی دارند. روش‌های مخرب روش‌های مخرب منتج به تغییرات ساختاری بزرگ و جبران‌ناپذیری در نمونه آزمایشی می‌شوند. از آنجایی که نمونه‌های استفاده شده در این نوع آزمایش دچار تغییرات ساختاری شدیدی می‌شوند، دیگر نمی‌توان آنها را به چرخه مصرف بازگرداند. از همین رو یا باید ماکتی از آن (مدل آزمایشگاهی دقیق) یا قطعه ای یدکی را به جای قطعه اصلی مورد استفاده قرار دهیم. این روش‌ها از اصل «آزادسازی کرنش» استفاده می‌کنند؛ به همین دلیل است که در ابتدا نمونه مورد آزمایش را برش می‌دهند تا تنش‌های پسماند رها شده و سپس تغییر شکل به وجود آمده را اندازه‌گیری می‌کنند. از آنجایی که اغلب تغییر شکل‌ها الاستیک هستند، لذا میان اندازه تغییر شکل (کرنش) و تنش پسماند آزادشده، رابطه‌ای خطی برقرار می‌باشد. با این تفاوت که در این روش‌ها آنها تنها مقدار کمی از ماده را جدا می‌کنند که همین موضوع باعث می‌شود تا یکپارچگی کلی ساختار ماده، سالم یماند. | ## بخش 3: تنش پسماند | برخی از آنها با استفاده از پراش تابش الکترومغناطیسی پرانرژی از طریق فاصله شبکه اتمی نسبت به حالت عادی و عاری از تنش، اندازه‌گیری را انجام می‌دهند. روش‌های فراصوت و مغناطیسی، خصوصیات آکوستیک و فرو مغناطیسی مواد را به دست می‌آورند تا با استفاده از این ویژگی‌ها، اندازه‌گیری‌های مربوط به تنش پسماند را انجام داد. این روش‌ها شامل موارد زیر می‌باشند: الکترومغناطیس (eStress) : سیستمی مبتنی بر انرژی الکترومغناطیس است که برای اندازه‌گیری تنش پسماند طیف وسیعی از فلزات با اندازه‌های متفاوت در جهت ضخامت آن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. آزادسازی تنش پسماند هنگامی که تنش‌پسماند ناخواسته تحت فرایندهای فلزکاری پیشین ظاهر می‌شود، مقدار این تنش را می‌توان از طریق روش‌های متعددی کاهش داد. این روش‌ها را می‌توان به دو دسته «حرارتی» و «مکانیکی (غیر حرارتی)» طبقه‌بندی کرد. روش‌های حرارتی روش‌های حرارتی شامل تغییر دمای کل قطعه به صورت یکنواخت، چه از طریق گرم کردن یا سرد کردن، می‌باشند. اگر مقاومت تسلیم ماده در اثر حرارت داده‌شده به مقدار کافی کاهش یابد، محل‌هایی در درون ماده که تنش پسماند آنها بیش از مقاومت تسلیم (در حالت حرارت‌دیده) می‌باشد، تغییر شکل داده یا تسلیم می‌شوند. این کار باعث می‌شود تا ماده در بیشترین حالت، تنش پسماندی معادل استحکام تسلیم در حالت حرارت دیده داشته باشد. اگرچه آن فرایندها نیز شامل افزایش دمای فلز و کاهش تنش پسماند آن می‌باشند، اما آنها همچنین خصوصیات متالوژیکی را نیز تغییر می‌دهند. برای برخی از مواد مانند فولاد کم آلیاژ، باید در حین پخت تنش دقت شود تا از دمایی که ماده به حداکثر سختی می‌رسد فراتر نرود. در این فرایند، ماده ای که از تنش رهایی می‌یابد برای مدت طولانی به دمای برودتی خنک می‌شود و سپس به آرامی به دمای اتاق (بین ۲۰–۲۲ درجه سلسیوس) بازمی‌گردد. در هر یک از این روش‌ها، سطح ماده با یک ماده واسطه دیگر پوشانده می‌شود: در ساچمه‌زنی معمولاً از یک ماده فلزی یا شیشه ای استفاده می‌شود. | ## جمع‌بندی | لایه‌برداری لیزر (لیزر زنی) از پرتوهای شدید نور برای القای امواج ضربه‌ای که در عمق ماده پخش می‌شوند استفاده می‌شود.