ما هو الكلال الحراري الميكانيكي؟
اختبار التعب الميكانيكي الحراري هو اختبار يتم فيه تطبيق الإجهاد الميكانيكي ودورة درجة الحرارة في وقت واحد، في علاقة طورية متحكم فيها. وهو يمثل حالة التحميل الحقيقية للأجزاء التي تعمل بالتسخين والتبريد.
الغرض من الكلال الحراري الميكانيكي
والغرض من ذلك هو تحديد تأثير الضغوط الناتجة عن التمدد الحراري في المكونات التي تختلف درجة حرارة تشغيلها على عمر الخدمة.
على أي منتجات يُطبَّق الكلال الحراري الميكانيكي؟
- مكونات العادم والشاحن التوربيني
- شفرة التوربينات الغازية وأجزاء الاحتراق
- رأس اسطوانة المحرك
- وصلات الأنابيب ذات درجة الحرارة العالية
في أي قطاعات يُستخدم الكلال الحراري الميكانيكي؟
المواصفات المتعلقة بـ الكلال الحراري الميكانيكي
- ISO 12111
- أستم E2368
شروط الكلال الحراري الميكانيكي
- دورة درجة الحرارة
- درجة الحرارة الدنيا والعليا ومعدل التدفئة/التبريد المحدد في المواصفات
- علاقة المرحلة
- داخل الطور أو خارج الطور (المرحلة بين الإجهاد الميكانيكي ودرجة الحرارة)
- السيطرة على السلالة
- التحكم في الإجهاد الكلي أو الميكانيكي
- مدة الدورة
- تم تحديدها لتشمل فترات التدفئة والسكن والتبريد
جهاز الكلال الحراري الميكانيكي
- نظام اختبار TMF المؤازر الهيدروليكي
- التدفئة التعريفي والتبريد القسري
- مقياس تمدد درجة الحرارة العالية
- نظام قياس درجة الحرارة متعدد القنوات
متطلبات العينة لـ الكلال الحراري الميكانيكي
- عينة أسطوانية مجوفة أو صلبة (لتوحيد درجة الحرارة)
- يجب تحديد نقاط التعلق الحرارية
- يجب تسجيل جودة تشطيب السطح
- يتم تحديد عدد العينات في المواصفات
مدة الكلال الحراري الميكانيكي
ونظرًا لأن مدة الدورة طويلة، فقد تستغرق العينة الواحدة أيامًا. يمتد البرنامج بأكمله على مدى عدة أسابيع.
إجراء الكلال الحراري الميكانيكي
- 1يتم تحضير العينة وإرفاق المزدوجات الحرارية.
- 2يتم تعريف الملف التعريفي لدورة درجة الحرارة والإجهاد.
- 3يتم تعيين علاقة المرحلة واستقرار النظام.
- 4يتم بدء درجة الحرارة المتزامنة وركوب الدراجات الميكانيكية.
- 5يتم تسجيل الإجهاد والانفعال ودرجة الحرارة في كل دورة.
- 6ويستمر في الكسر أو العدد المحدد من الدورات.
معايير قبول الكلال الحراري الميكانيكي
يتم تحديد معيار القبول في المواصفات كحد أدنى لعدد الدورات في ملف تعريف الدورة المحدد.
تقييم النتائج
يتم تقييم التغير في استجابة الإجهاد مع ركوب الدراجات، وبدء الكراك، وتأثير الأكسدة معًا. عادةً ما تعطي الظروف خارج الطور عمرًا أقصر.
تقرير الكلال الحراري الميكانيكي
- تم تطبيق المعيار
- ملف درجة الحرارة وعلاقة المرحلة
- سلالة السعة ووضع التحكم
- عدد الدورات وموقع الضرر
- سجلات الإجهاد والانفعال ودرجة الحرارة
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
- مواصفات تصميم المكونات ذات درجة الحرارة العالية
- معايير مكونات عادم السيارات OEM
Mekanik Testler — ما الذي يغطيه مجال الاختبار هذا؟
يصف القسم أدناه المجال الذي ينتمي إليه اختبار الكلال الحراري الميكانيكي؛ 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 الكلال الحراري الميكانيكي
وفقًا لأي معيار يتم تصنيع الكلال الحراري الميكانيكي؟
تم تنفيذ الكلال الحراري الميكانيكي في النطاق ISO 12111 و أستم E2368. يتم تحديد القيم الحدية ومعايير القبول الواجب تطبيقها في معيار المنتج؛ يتم تأكيد الإصدار الصالح لمنتجك كتابيًا في مرحلة العرض.
ما هي المنتجات التي ينطبق عليها الكلال الحراري الميكانيكي؟
يتم تطبيقه بشكل أساسي على مكونات العادم والشاحن التوربيني, شفرة التوربينات الغازية وأجزاء الاحتراق, رأس اسطوانة المحرك و وصلات الأنابيب ذات درجة الحرارة العالية. يتم تحديد ما إذا كان منتجك مدرجًا في النطاق من خلال فحص مواصفاته الفنية والاستخدام المقصود.
تحت أي ظروف يتم تنفيذ الكلال الحراري الميكانيكي؟
المعلمات المحددة هي: دورة درجة الحرارة — درجة الحرارة الدنيا والعليا ومعدل التدفئة/التبريد المحدد في المواصفات, علاقة المرحلة — داخل الطور أو خارج الطور (المرحلة بين الإجهاد الميكانيكي ودرجة الحرارة) و السيطرة على السلالة — التحكم في الإجهاد الكلي أو الميكانيكي. الشروط الكاملة موجودة في قسم "شروط الاختبار" بالصفحة وتختلف حسب معيار المنتج.
ما نوع العينة المطلوبة لـ الكلال الحراري الميكانيكي؟
عينة أسطوانية مجوفة أو صلبة (لتوحيد درجة الحرارة), يجب تحديد نقاط التعلق الحرارية و يجب تسجيل جودة تشطيب السطح. يتم تحديد عدد العينات وفقًا لمعيار المنتج والنطاق الذي سيتم الإبلاغ عنه.
كم من الوقت يستغرق الكلال الحراري الميكانيكي؟
ونظرًا لأن مدة الدورة طويلة، فقد تستغرق العينة الواحدة أيامًا. يمتد البرنامج بأكمله على مدى عدة أسابيع. تنتمي هذه المدة إلى التجربة نفسها؛ ويتم أيضًا تقييم إعداد العينات وترتيبها في قائمة الانتظار وإعداد التقارير. ويرد في العرض جدول زمني واقعي لمنتجك.
ما هي النتيجة الكلال الحراري الميكانيكي التي يطلق عليها "مناسبة"؟
يتم تحديد معيار القبول في المواصفات كحد أدنى لعدد الدورات في ملف تعريف الدورة المحدد.