دستگاه تست خزش

دستگاه تست خزش مقدار تغییرات ماده‌ مورد بررسی را پس از تحمل تنش اندازه گیری می کند.

مهندسان از ماشین‌های Creep برای تعیین پایداری و رفتار یک ماده در هنگام قرار گرفتن در معرض تنش‌های معمولی استفاده می‌کنند. آنها تعیین می کنند که یک جسم چقدر می تواند تحت فشار تحمل از خود نشان دهد، بنابراین مهندسان و محققان می توانند تعیین کنند که از چه موادی باید استفاده کرد.

این دستگاه یک منحنی وابسته به زمان خزش را با محاسبه نرخ ثابت خزش با توجه به زمان لازم برای تغییر ماده ایجاد می کند.

خزش 
خزش تمایل یک ماده به تغییر شکل در طول زمان پس از مواجهه با دما و تنش بالا است. خزش با دما افزایش می یابد و زمانی که یک ماده برای مدت طولانی در معرض دماهای بالا یا در نقطه ذوب ماده قرار می گیرد، رایج تر است.

ماشین‌های خزش برای درک بهتر خزش مواد و تعیین اینکه کدام نوع می‌تواند کار را بهتر انجام دهد استفاده می‌شود، که در ساخت و طراحی مواد برای مصارف روزمره مهم است. آنها معمولاً خزش آلیاژها و پلاستیک ها را برای درک خواص و مزایای استفاده از یک ماده نسبت به مواد دیگر آزمایش می کنند.

پیش‌زمینه 

اولین ماشین های تست خزش در سال 1948 در بریتانیا ساخته شد تا مواد را برای هواپیما ها آزمایش کند تا ببیند چگونه آنها در ارتفاعات، دما و فشار بالا عمل می‌کنند. این ماشین‌ها ابتدا برای محاسبه و درک بیشتر نرخ ثابت خزش در مواد توسعه یافتند.

طراحی 
محققان به دنبال آزمایش اجسام با ماشین خزش هستند تا فرآیند متالورژی و خواص مکانیکی فیزیکی یک فلز را درک کنند، توسعه آلیاژها را آزمایش کنند، داده‌هایی را از بارهای مشتق شده دریافت کنند و بفهمند که آیا یک نمونه یا ماده در داخل مرز آن چیزی که آنها آزمایش می کنند قرار دارد یا خیر. طراحی اصلی یک ماشین خزش کوره، دستگاه بارگیری و ساختار پشتیبانی است.

نوع اصلی دستگاه تست خزش، دستگاه تست خزش بار ثابت است. ماشین خزش بار ثابت شامل یک سکوی بارگیری، پایه، دستگاه های ثابت و کوره است. دستگاه های فیکسچر، دستگیره ها و میله های کششی هستند.

 سکوی بار یا آویز بار جایی است که جسم با سرعت ثابت فشار را تحمل می کند.

 گیره ها مواد را در موقعیت خاصی نگه می دارند. موقعیت مهم است؛ زیرا اگر تراز خاموش باشد، دستگاه خوانش خزش نادرست را ارائه می دهد.

 برای اندازه گیری کرنش از Dial Gauge استفاده می شود. این جسم است که حرکت جسم را در ماشین ثبت می کند. پرتو بار حرکت را از دستگیره به گیج چرخان منتقل می کند.

 محفظه گرمایش چیزی است که جسم را احاطه کرده و دما را حفظ می کند.

کاربردها 
ماشین‌های خزش معمولاً در آزمایش‌ها برای تعیین میزان کارآمدی و پایداری یک ماده استفاده می‌شوند. این دستگاه توسط دانشجویان و شرکت‌ها برای ایجاد منحنی خزشی در مورد میزان فشار و استرسی که یک ماده می‌تواند تحمل کند، استفاده می‌شود. دستگاه قادر به محاسبه نرخ تنش، زمان و فشار است.

تست خزش سه کاربرد مختلف در صنعت دارد:

 کاربرد محدود کاهش استرس: تنش در ابتدا آرام تر می شود و با گذشت زمان تنش آرام تر می شود، مانند سیم کابل و پیچ و مهره.
 کاربردهای محدود پارگی: در این نرم افزار شکستگی برای مواد رخ نمی دهد، اما می تواند با عبور مواد از طریق خزش، ابعاد مختلفی داشته باشد. لوله های فشار قوی نمونه هایی از آنها هستند.
 کاربردهای با جابجایی محدود: اندازه باید دقیق باشد و خطا یا تمایل کمی برای تغییر وجود داشته باشد. این بیشتر در روتورهای توربین در موتورهای جت یافت می شود.

نمودار خزش 
خزش به زمان وابسته است. بنابراین منحنی که ماشین تولید می‌کند نمودار زمان در مقابل کرنش است. شیب منحنی خزش نرخ خزش( dε/dt) است. روند منحنی، یک شیب رو به بالا است. نمودارها برای یادگیری روند آلیاژها یا مواد مورد استفاده مهم هستند و با تولید نمودار زمان خزش، تعیین مواد بهتر برای یک کاربرد خاص آسان تر است.

مراحل خزش 
سه مرحله خزش وجود دارد:

 خزش اولیه: مرحله خزش اولیه که در آن شیب در ابتدا در مدت زمان کوتاهی به سرعت در حال افزایش است. پس از سپری شدن مدت زمان معینی، شیب از افزایش اولیه خود به آرامی شروع به کاهش می کند.

 خزش حالت پایدار: سرعت خزش ثابت است بنابراین خط روی منحنی یک خط مستقیم را نشان می دهد که یک نرخ ثابت است.

 خزش سوم: آخرین مرحله خزش زمانی است که جسمی که تحت فشار قرار می گیرد به نقطه شکست خود می رسد. در این مرحله خزش جسم به طور مداوم افزایش می یابد تا زمانی که شی بشکند. شیب این مرحله برای اکثر مصالح بسیار تند است.

با بررسی سه مرحله فوق، دانشمندان قادر به تعیین دما و فاصله زمانی‌ای هستند که یک جسم پس از قرار گرفتن در معرض بار دچار اختلال می شود. برخی از مواد حالت خزش ثانویه بسیار کوچکی دارند و ممکن است مستقیماً از حالت خزش اولیه به حالت خزش سوم بروند. این بستگی به خواص ماده ای دارد که در حال آزمایش است. توجه به این نکته مهم است؛ زیرا رفتن مستقیم به حالت سوم باعث می شود که ماده سریعتر از فرم خود جدا شود.

یک نمودار خطی نشان می‌دهد که ماده تحت تنش به تدریج در حال تغییر شکل است، و ردیابی آن در سطحی از تنش که یک جسم می‌تواند تحمل کند دشوارتر است. این همچنین به این معنی است که ماده دارای مراحل مشخصی نخواهد بود، که باعث می شود نقطه شکست یک جسم کمتر قابل پیش بینی باشد. این یک نقطه ضعف برای دانشمندان و مهندسان در هنگام تلاش برای تعیین سطح خزشی است که جسم می تواند تحمل کند.

منابع