ما هو Crack Growth؟
يقيس اختبار نمو الكراك مدى سرعة نمو الكراك في العينة المتشققة مسبقًا تحت التحميل المتكرر. يتم إعطاء النتيجة كالعلاقة بين تقدم الكراك لكل دورة (da / dN) ونطاق عامل شدة الإجهاد (ΔK).
الغرض من Crack Growth
والغرض من ذلك هو إنتاج بيانات للتصميم الذي يتحمل الضرر وحساب العمر المتبقي. عندما يتم العثور على صدع في البنية، يتم استخدام هذه البيانات لحساب المدة التي سيستغرقها الوصول إلى الحجم الحرج؛ يتم تحديد فترات التفتيش وفقا لذلك.
على أي منتجات يُطبَّق Crack Growth؟
- المكونات الهيكلية للطيران
- أوعية الضغط وخطوط الأنابيب
- تفاصيل الجسر والهيكل الفولاذي
- مكونات التوربينات والدوار
- المفاصل الملحومة
في أي قطاعات يُستخدم Crack Growth؟
المواصفات المتعلقة بـ Crack Growth
- ASTM E647 (قياس معدلات نمو شقوق التعب)
- ISO 12108 (المواد المعدنية — نمو شقوق الكلال)
- ASTM E399 (صلابة كسر الانفعال المستوي — الطريقة ذات الصلة)
- ASTM E1820 (صلابة الكسر البلاستيكي المرن — الطريقة ذات الصلة)
شروط Crack Growth
- نوع العينة
- عينة التوتر المضغوط (CT) أو التوتر المتوسط (M(T)).
- ما قبل الكراك
- بدأ بالتعب المسيطر عليه قبل الاختبار
- نسبة الإجهاد (R)
- من المواصفات؛ النتيجة تعتمد بقوة على R
- قياس الكراك
- التتبع البصري أو الانخفاض المحتمل أو طريقة الامتثال
جهاز Crack Growth
- نظام اختبار التعب الهيدروليكي المؤازر
- مقياس إزاحة فتح الفم (CMOD).
- السقوط المحتمل أو نظام تتبع الكراك البصري
- نظام الحصول على البيانات عالية الدقة
- مجهر فحص سطح الكسر
متطلبات العينة لـ Crack Growth
- يجب أن تتوافق هندسة العينة وسمكها مع النسب المحددة في المعيار.
- يجب أن يتم إنتاج الشق والشقوق المسبقة وفقًا للمعيار.
- يجب ألا يتجاوز الحمل المطبق أثناء التكسير المسبق حمل الاختبار.
- يجب الإبلاغ عن اتجاه العينة (مثل L-T، T-L).
- يجب أن يكون السطح مستعدًا للسماح بالتتبع البصري لطرف الشق.
مدة Crack Growth
الاختبار طويل لأن النمو بطيء جدًا في المنطقة المنخفضة ΔK؛ يمكن أن تستغرق الدراسة التي تغطي منطقة العتبة أيامًا. يتم تقصير المدة إذا كانت هناك حاجة إلى منطقة النمو المستقر فقط.
إجراء Crack Growth
- 1يتم تشكيل العينة وتحزيزها وتشققها مسبقًا.
- 2يتم تركيب العينة في الآلة ويتم إعداد نظام قياس الشقوق.
- 3يتم تعيين نسبة الإجهاد ونطاق التحميل الأولي.
- 4يتم تطبيق التحميل الدوري. تتم مراقبة طول الكراك بشكل مستمر.
- 5يتم تسجيل بيانات دورة طول الكراك.
- 6يتم حساب da/dN وΔK ويتم إنشاء المنحنى.
- 7يتم فحص سطح الكسر للتحقق من القياس.
معايير قبول Crack Growth
يحدد معيار الطريقة كيفية إجراء الاختبار، وليس ما يجب أن تكون عليه النتيجة. يأتي حد القبول من معيار المواد أو مواصفات المنتج أو الرسم الفني للعميل؛ وبالتالي فإن هذه الصفحة لا تعطي أي حد رقمي.
تقييم النتائج
يتم إعطاء النتيجة على شكل منحنى da / dN – ΔK على مقياس سجل السجل. تسمى المنطقة الوسطى الخطية للمنحنى بنظام باريس؛ يتم تفسير منطقة العتبة ومنطقة النمو غير المستقر بشكل منفصل. تعتمد النتائج على نسبة الإجهاد ولا يمكن مقارنتها مباشرة عبر قيم R المختلفة.
تقرير Crack Growth
- تحديد العينة ونوع المادة ورقم الدفعة/الصب، إن وجد
- هندسة العينة وأبعادها وطريقة تحضيرها
- تطبق الشروط القياسية والاختبارية
- اختبار درجة الحرارة والظروف المحيطة
- القيم المقاسة والكميات المحسوبة
- صور سطح الكسر أو المسافة البادئة (حيثما ينطبق ذلك)
- عدم اليقين في القياس (إذا طلب ذلك)
- إقرار بأن النتيجة تنطبق فقط على العينة المقدمة للاختبار
الاعتماد
حصلت EUROLAB على اعتماد معترف به دوليًا تم الحصول عليه من هيئات الاعتماد الأطراف في ترتيبات الاعتراف المتعددة الأطراف IAF وILAC، بموجب ISO/IEC 17025 للاختبارات المعملية، وISO/IEC 17020 للتفتيش والمراقبة، وISO/IEC 17021-1 وISO/IEC 17065 لشهادة النظام والمنتجات. تضمن هذه السلسلة قبول التقارير والشهادات الصادرة في جميع أنحاء العالم.
تعتمد إمكانية تقديم هذا الاختبار ضمن النطاق المعتمد على منتجك والمعيار المطبق؛ وبما أن الاعتماد يعتمد على الطريقة، يتم تأكيد النطاق كتابيًا في مرحلة عرض الأسعار.
النطاق والتفويضاتاللوائح ذات الصلة
- EN 10204 (وثائق التفتيش للمنتجات المعدنية)
- الاتحاد الأوروبي 305/2011 لائحة منتجات البناء (للمنتجات المستخدمة في البناء)
- يتم تطبيق المعايير المنسقة وفقًا لعائلة المنتجات
Mekanik Testler — ما الذي يغطيه مجال الاختبار هذا؟
يصف القسم أدناه المجال الذي ينتمي إليه اختبار Crack Growth؛ أما شروط ومعايير قبول هذا الاختبار تحديدًا فترد في الأقسام أعلاه. يتم تأكيد النطاق الخاص بمنتجكم كتابيًا في مرحلة العرض السعري.
تقيس الاختبارات الميكانيكية كيفية تصرف مادة أو قطعة تحت القوة. وتمتد العائلة من الحمل الساكن (الشد والانضغاط والانحناء) إلى السلوك المرتبط بالزمن (الإجهاد والزحف)، ومن الصلادة والتآكل إلى متانة الكسر.
القاسم المشترك بين هذه الاختبارات هو أن النتيجة تُبلَّغ كخاصية للمادة. فمقاومة الخضوع أو الصلادة ليست قرار مطابقة؛ بل بيانات رقمية سيقارن بها التصميم ومعيار المنتج. لذا تكون تقارير الاختبار الميكانيكي عادة مدخلًا لقرار هندسي لا لاعتماد منتج — اختيار المادة، معامل الأمان، تقدير العمر.
التمييز بين السلوك الساكن والديناميكي هو مفتاح فهم هذا الميدان. فقد تبدو قطعة غير مجهدة تمامًا تحت حمل ساكن لكنها تنكسر تحت حمل متكرر؛ ويحدث كسر الإجهاد عند إجهادات أقل بكثير من مقاومة الخضوع ودون سابق إنذار. لذا لا يكفي اختبار الشد وحده كدليل للقطع الدوارة أو المهتزة أو الخاضعة لحمل دوري.
تحدد ظروف الاختبار النتيجة، وهذا أمر حاسم لوضوح التقرير: هندسة العينة وسرعة التحميل ودرجة الحرارة والتكييف وترتيب القبض. وتعطي المادة نفسها قيمًا مختلفة في ظروف مختلفة. وفي اللدائن يكون تأثير السرعة واضحًا جدًا، وفي المعادن تأثير درجة الحرارة؛ أما في المركبات فيغيّر اتجاه العينة النتيجة تمامًا.
الصلادة هي القياس الأكثر إساءة استخدام في هذا الميدان. ونظرًا لكونها سريعة وشبه غير متلفة ورخيصة، تُستخدم غالبًا بدلًا من المقاومة. وتوجد جداول تحويل من الصلادة إلى المقاومة لكنها تقريبية وتعتمد على فئة المادة؛ واستخدامها كدليل وحيد في قبول المواد خطأ.
يتطلب جانب ميكانيكا الكسر كفاءة خاصة. وتتيح قياسات متانة الكسر ومعدل نمو تشقق الإجهاد حساب المدة التي ستصمد فيها بنية متشققة؛ وهي أساس تصميم تحمل الضرر في مجالات مثل معدات الضغط وهياكل الطائرات وخطوط الأنابيب.
مجموعات الطرق في هذا المجال
الاختبارات الساكنة
الشد والانضغاط والانحناء والقص والالتواء. وتُستخرج مقاومة الخضوع ومقاومة الشد والاستطالة ومعامل المرونة.
اختبارات الصدم
صدم شاربي وإيزود المُشقوق؛ ويُحدَّد سلوك انتقال المادة من الهش إلى المطاوع بحسب درجة الحرارة.
صلابة
برينل وفيكرز وروكويل وشور والصلادة الدقيقة. وهي مفيدة لعمق المعالجة السطحية والاختلافات المحلية في المقاومة.
الإجهاد (كلال)
إجهاد محوري مضبوط بالقوة والانفعال، إجهاد الانحناء؛ منحنيات S-N وحد التحمل.
الزحف واسترخاء الإجهاد
السلوك تحت الحمل طويل الأمد عند درجة حرارة عالية؛ وهو حاسم في مواد الغلايات والتوربينات ومعدات الضغط.
ميكانيكا الكسر
متانة الكسر بالانفعال المستوي والتكامل J وCTOD ومعدل نمو تشقق الإجهاد.
التآكل والاحتكاك
تآكل تابر والأسطوانة الدوارة، وقياسات معامل الاحتكاك.
أمور يشيع الخلط بينها في هذا المجال
- حساب المقاومة من الصلادة تقريبي؛ ولا يمكن استخدامه كدليل وحيد في قبول المواد.
- لا تُثبت المقاومة الساكنة الكافية مقاومة الإجهاد؛ وتتطلب القطعة الخاضعة لحمل دوري اختبارًا منفصلًا.
- إذا لم يُذكر معدل الاختبار ودرجة الحرارة، فلا يمكن مقارنة النتيجة — خصوصًا في البوليمرات والمواد المركبة.
- قد لا تعطي عينة الاختبار والجزء الفعلي القيمة نفسها؛ فاتجاه القولبة وخطوط اللحام والاختلافات في المعالجة السطحية كلها لها تأثير.
- قيمة المقاومة المذكورة لمادة مركبة دون تحديد اتجاه العينة لا معنى لها.
- تقيس نظيرتا ASTM وISO الكمية نفسها لكنهما تستخدمان هندسة عينة مختلفة؛ ولا تُعامل النتائج على أنها متكافئة تمامًا.
ما القرارات التي تدعمها هذه النتائج
- التحقق من التصميم واختيار المواد
- فحص المواد الواردة واعتماد المورد
- تلبية المتطلبات الميكانيكية لمعيار المنتج
- تحليل الأعطال والتنبؤ بالعمر وحساب تحمل الضرر
- التحقق من عمليات المعالجة الحرارية ومعالجة السطح
الاختبارات ذات الصلة
الأسئلة الشائعة حول Crack Growth
هل النتيجة تعطي الحياة مباشرة؟
لا، بل هو مدخل لحساب الحياة. يتم حساب العمر المتبقي من خلال دمجه مع توزيع الضغط في الهيكل وحجم الشق الأولي.
لماذا تعتبر قيمة العتبة (ΔKth) مهمة؟
تحت هذه القيمة، يعتبر الكراك لا ينمو في الممارسة العملية. تعتبر العتبة حاسمة عند تحديد الفاصل الزمني للفحص وحجم العيب المقبول.