IMT1_009 זחילה

זחילה

חומרים לרוב נמצאים תחת עומסים בטמפרטורות גבוהות (למשל, טורבינות במנועים). דפורמציה תחת תנאים אלו נקראת זחילה.

מוגדרת כתלויה בזמן ודפורמציה תמידית של חומרים תחת עומסים קבועים, זחילה היא לרוב תופעה לא רצויה ולרוב הגורם המגביל בחיי השימוש של חלק.

זחילה מתרחשת בכל החומרים. עבור מתכות, היא חשובה רק מטמפרטורות גדולות מכ- כאשר היא טמפרטורת ההתכה.

התנהגות זחילה כללית

ניסוי זחילה כוללת חשיפת דגם לעומס קבוע בטמרפטורה קבועה. דפורמציה נמדדת ומותוות כפונקציה של זמן.

כאשר מפעילים ראשונית את המאמץ על הדגם, יש דפורמציה מיידית, כפי שניתן לראות בגרף. דפורמציה זו לרוב אלסטית. העקומה שנוצרת מורכבת משלושה אזורים.

1. זחילה ראשונית - מאופיינת ע”י קצב זחילה יורדת - השיפוע יורד עם הזמן. מעיד על כך שהחומר עובר גדילה בהתנגדות שלו לזחילה.
2. זחילה שניונית - קצב זחילה קבוע. שלב ארוך המשלב הקשיה והרפייה. החלקה של גרעינים אחד על השני, תנועת נקעים ושחרור נקעים.
3. עליה חדה בקצב הזחילה עד השבר. נובע ממאמץ מרוכז עקב הקטנת שטח החתך של הדגם.

השפעות טמפרטורה ומאמץ על זחילה

טמפרטורה ומאמץ הם שני משתנים המשפיעים על התנהגות הזחילה.
בטמפרטורות מתחת ל-, ולאחר הדפורמציה הראשונית, העיבור לרוב לא תלוי בזמן. אבל כאשר נגדיל את המאמץ או הטמפרטורה, נשים לב לדברים הבאים:

1. העיבור ההתחלתי ברגע הפעלת המאמץ יגדל.
2. קצב העיבור עם הזמן יגדל.
   
3. זמן החיים (עד שבר) של הדגם קטן.
   

   מאמץ מול זמן החיים של סגסוגת פחמן ניקל בטמפרטורות שונותץ

נוסחו קשרים אימפריים בין קצב העיבור של דגם למאמץ והטמפרטורה שלו:

נוסחה:

כאשר הוא קבוע הגזים, הוא אנרגיית האקטיבציה לזחילה, היא הטמפרטורה המוחלטת בקלוין, הוא המאמץ, ו- ו- הם קבועי חומר.

קשר לוגריתמי בין מאמץ לקצב עיבור בטמפרטורות שונות עבור סגסוגת פחמן-ניקל.

לעומת, חיזוק על ידי הקטנת גודל גרעינים, ככל שגודל הגרעינים יותר קטן, כך יש יותר החלקה של גבולות הגרעין מה שמגביר את קצב הזחילה.