موضوع مقاله: پیرشدگی کرنشی دینامیکی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # پیرشدگی کرنشی دینامیکی | مقدمه: پیرشدگی کرنشی دینامیکی (به انگلیسی: Dynamic Strain Aging) پدیده‌ای است در علم مواد که به ناپایداری در جریان پلاستیک (تغییر شکل پلاستیک) مواد مربوط می‌شود، و ناشی از «تعامل بین نابجاییهای در حال حرکت و اتم‌های حل‌شونده (ناخالصی‌ها)» است. | ## بخش 1: پیرشدگی کرنشی دینامیکی | 5 شرح مکانیزم در مواد، حرکت نابجایی‌ها یک فرایند پیوسته نیست، بلکه به‌صورت گسسته انجام می‌شود. هنگامی‌که نابجایی‌ها در حین تغییر شکل پلاستیک با موانعی مانند ذرات رسوبی یا نابجایی‌های جنگلی برخورد می‌کنند، برای مدتی متوقف می‌شوند. در این زمان، اتم‌های حل‌شونده — مانند اتم‌های بین‌نشینی یا ناخالصی‌های جانشینی — به‌واسطهٔ پدیدهٔ انتشار به اطراف نابجاییِ پین‌شده مهاجرت می‌کنند و چسبندگی مانع به نابجایی را تقویت می‌کنند. در نهایت، زمانی‌که تنش کافی اعمال شود، نابجایی از مانع عبور می‌کند و به‌سرعت به سمت مانع بعدی حرکت می‌کند؛ جایی که دوباره متوقف می‌شود و این چرخه می‌تواند تکرار شود. شناخته‌شده‌ترین جلوه‌های ماکروسکوپی این فرایند، نوارهای لودرز و اثر پورتوین–لو شاتلیه هستند. بااین‌حال، این مکانیزم می‌تواند در موادی نیز رخ دهد که چنین پدیده‌های قابل مشاهده‌ای در آن‌ها دیده نمی‌شود. مدل پیرشدگی کرنشی دینامیکی برای محلول‌های جامد جانشینی در آلیاژهای فلزی که دارای اتم‌های حل‌شوندهٔ جانشینی هستند — مانند آلیاژهای آلومینیوم-منیزیم — پدیدهٔ پیرشدگی کرنشی دینامیکی موجب ایجاد حساسیت منفی نسبت به نرخ کرنش می‌شود؛ امری که ناپایداری در جریان پلاستیک را به‌دنبال دارد. انتشار اتم‌های حل‌شونده در اطراف یک نابجایی را می‌توان بر اساس انرژی لازم برای جابه‌جاکردن یک اتم حل‌شونده از میان صفحهٔ لغزشِ نابجایی مدل‌سازی کرد. دایره‌های پر نشان‌دهندهٔ ناخالصی‌های جانشینی بزرگ‌تر هستند که در طول پدیدهٔ پیرسختی دینامیکی (DSA) به‌سمت عبور از صفحهٔ لغزش رانده می‌شوند (مطابق فلش نشان داده شده). | ## بخش 2: پیرشدگی کرنشی دینامیکی | یک نابجایی لبه‌ای میدان تنشی‌ای تولید می‌کند که در بالای صفحهٔ لغزش ماهیت فشاری دارد و در پایین آن کششی است.Cai, W. ناحیه‌ای با غلظت کمترِ اتم‌های حل‌شونده که در بالای صفحهٔ لغزش ایجاد می‌شود، ماده را در اطراف نابجاییِ پین‌شده تضعیف می‌کند؛ به‌گونه‌ای که وقتی نابجایی دوباره متحرک گردد، تنش لازم برای حرکت آن به‌طور موقت کاهش پیدا می‌کند. این اثر می‌تواند به‌صورت «پله‌پله شدن» منحنی تنش–کرنش (اثر پورتوین–لو شاتلیه) بروز پیدا کند. از آنجا که انتشار اتم‌های حل‌شونده یک فرایند گرمافعّال است، افزایش دما می‌تواند نرخ و گسترهٔ انتشار را در ناحیهٔ اطراف هستهٔ نابجایی افزایش دهد. این موضوع می‌تواند به افت‌های تنشی شدیدتر منجر شود؛ افت‌هایی که معمولاً با گذار از دندانه‌های نوع A به دندانه‌های نوع C در منحنی تنش–کرنش مشخص می‌شوند. اثرات بر خواص ماده اگرچه دندانه‌ها (serrations) در منحنی تنش–کرنش که ناشی از اثر پورتوین–لو شاتلیه هستند، آشکارترین نمودِ پیرشدگی کرنشی دینامیکی به‌شمار می‌آیند، اما حتی در شرایطی که این دندانه‌ها مشاهده نمی‌شوند نیز اثرات دیگری می‌توانند حضور داشته باشند. در بسیاری از موارد که جریان دندانه‌دار دیده نمی‌شود، پیرشدگی کرنشی دینامیکی با کاهش حساسیت ماده نسبت به نرخ کرنش مشخص می‌شود؛ حساسیتی که در ناحیهٔ مرتبط با اثر پورتوین–لو شاتلیه به مقدار منفی می‌رسد. از آنجا که پیرشدگی کرنشی دینامیکی یک پدیدهٔ سخت‌شوندگی است، به‌طور کلی منجر به افزایش استحکام ماده می‌گردد. تأثیر عناصر آلیاژی بر پیرسختی دینامیکی (DSA) دو دسته رفتار را می‌توان بر اساس مسیر برهم‌کنش عناصر آلیاژی با نابجایی‌ها تشخیص داد. | ## بخش 3: پیرشدگی کرنشی دینامیکی | دستهٔ اول شامل عناصری مانند کربن (C) و نیتروژن (N) است که به‌طور مستقیم در ایجاد DSA نقش دارند؛ زیرا این عناصر با سرعت کافی در شبکه پخش می‌شوند و خود را به هستهٔ نابجایی رسانده و آن را قفل می‌کنند. این دندانه‌ها را می‌توان بر اساس الگوی افت تنش و شکل ناپایداری به چند نوع مختلف تقسیم کرد. هر نوع نشان‌دهندهٔ یک مکانیزم خاص از برهم‌کنش بین نابجایی‌ها و اتم‌های محلول است. به‌طور کلی، این دندانه‌ها به سه گروه اصلی تقسیم می‌شوند: نوع A دندانه‌های پیوسته و با دامنهٔ کم که معمولاً در نرخ کرنش‌های بالا دیده می‌شوند. نوع B دندانه‌های ناپیوسته‌تر با دامنهٔ متوسط که رفتار گذار بین نوع A و C را نشان می‌دهند. نوع C دندانه‌های بزرگ، نامنظم و با افت تنش شدید که اغلب در نرخ کرنش‌های پایین ظاهر می‌شوند. هر نوع از این دندانه‌ها بیانگر شرایط متفاوتی از نرخ نفوذ عناصر محلول، سرعت حرکت نابجایی‌ها و دمای تغییر شکل است. کاهش عمر خستگی کم‌چرخه (LCF) در فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی و سوپرآلیاژها، تحت شرایط آزمونی که مشابه شرایط کاری آن‌ها در راکتورهای سریع زاینده با خنک‌کاری فلز مذاب است؛ محیطی که این مواد در آن مورد استفاده قرار می‌گیرند. کاهش ۳۰ تا ۴۰ درصدی چقرمگی شکست و کوتاه‌شدن عمر خستگی در هوا برای فولادهای RPC، و همچنین کاهش مقاومت به ترک‌خوردگی این فولادها در محیط‌های خورنده. | ## جمع‌بندی | حساسیت فولادهای RPC به ترک‌زایی ناشی از محیط در آبِ دمای‌بالا، با رفتار DSA همزمان است.