العوامل المؤثرة على عمر إجهاد فولاذ المحامل

ما هي العوامل التي تؤثر على عمر إجهاد فولاذ المحامل؟ يتم تحليل المشكلات المذكورة أعلاه على النحو التالي:
1. تأثير النتريدات على عمر الإجهاد
أشار بعض الباحثين إلى أن إضافة النيتروجين إلى الفولاذ تُقلل من نسبة النتريدات. ويعود ذلك إلى انخفاض متوسط ​​حجم الشوائب في الفولاذ. ونظرًا لمحدودية التقنيات، لا يزال هناك عدد كبير من جزيئات الشوائب التي يقل حجمها عن 0.2 بوصة. ويؤثر وجود هذه الجزيئات النتريدية الدقيقة بشكل مباشر على عمر إجهاد فولاذ المحامل. يُعد التيتانيوم من أقوى العناصر المُكوِّنة للنتريدات، فهو ذو كثافة نوعية منخفضة ويسهل طفوه. ويبقى جزء من التيتانيوم في الفولاذ مُكوِّنًا شوائب متعددة الزوايا. ومن المُحتمل أن تُسبب هذه الشوائب تركيزًا موضعيًا للإجهاد وتشققات إجهادية، لذا من الضروري التحكم في حدوثها.
تُظهر نتائج الاختبار انخفاض محتوى الأكسجين في الفولاذ إلى أقل من 20 جزءًا في المليون، وزيادة محتوى النيتروجين، وتحسين حجم ونوع وتوزيع الشوائب غير المعدنية، وانخفاضًا ملحوظًا في الشوائب المستقرة. وعلى الرغم من زيادة جزيئات النتريد في الفولاذ، إلا أنها صغيرة جدًا وموزعة بشكل متفرق على حدود الحبيبات أو داخلها، مما يُعد عاملًا مساعدًا، وبالتالي يُحسّن من تماسك ومتانة فولاذ المحامل، ويزيد من صلابته وقوته بشكل كبير، لا سيما تحسين عمر إجهاد التلامس.
2. تأثير الأكاسيد على عمر الإجهاد
يُعدّ محتوى الأكسجين في الفولاذ عاملاً هاماً يؤثر على خصائص المادة. فكلما انخفض محتوى الأكسجين، زادت نقاوة الفولاذ وزاد عمره الافتراضي. ثمة علاقة وثيقة بين محتوى الأكسجين في الفولاذ والأكاسيد. فخلال عملية تصلب الفولاذ المنصهر، يتفاعل الأكسجين المذاب في الألومنيوم والكالسيوم والسيليكون وعناصر أخرى لتكوين الأكاسيد. ويعتمد محتوى شوائب الأكاسيد على نسبة الأكسجين، فكلما انخفض محتوى الأكسجين، انخفضت شوائب الأكاسيد. أما محتوى النيتروجين، فهو مماثل لمحتوى الأكسجين، وله أيضاً علاقة وظيفية مع النتريد، ولكن نظراً لتشتت الأكاسيد بشكل أكبر في الفولاذ، فإنها تؤدي دوراً مشابهاً لدور الكربيد، وبالتالي لا تؤثر سلباً على عمر الفولاذ المقاوم للإجهاد.
بسبب وجود الأكاسيد، يُفقد الفولاذ تماسك بنيته المعدنية، ولأن معامل تمدد الأكاسيد أقل من معامل تمدد بنية الفولاذ المستخدم في المحامل، فإنه عند تعرضه لإجهاد متناوب، يسهل توليد تركيز إجهادي، مما يُصبح سببًا لإجهاد المعدن. يتركز معظم الإجهاد بين الأكاسيد والشوائب النقطية والبنية المعدنية. وعندما يصل الإجهاد إلى قيمة عالية، تظهر الشقوق التي تتمدد بسرعة وتُسبب التلف. وكلما انخفضت لدونة الشوائب وازدادت حدة شكلها، زاد تركيز الإجهاد.
3. تأثير الكبريتيد على عمر الإجهاد
يوجد معظم الكبريت في الفولاذ على شكل كبريتيدات. وكلما زاد محتوى الكبريت في الفولاذ، زاد محتوى الكبريتيدات. ومع ذلك، نظرًا لأن الكبريتيدات محاطة جيدًا بالأكاسيد، فإن تأثير الأكاسيد على عمر الإجهاد يقل، وبالتالي فإن تأثير عدد الشوائب على عمر الإجهاد ليس مرتبطًا بشكل مطلق بطبيعة الشوائب وحجمها وتوزيعها. فكلما زاد عدد الشوائب، انخفض عمر الإجهاد، ويجب مراعاة العوامل المؤثرة الأخرى بشكل شامل. في فولاذ المحامل، تتوزع الكبريتيدات بشكل دقيق، وتختلط بشوائب الأكاسيد، مما يصعب تحديدها حتى باستخدام الطرق المعدنية. وقد أكدت التجارب أنه بناءً على العملية الأصلية، فإن زيادة كمية الألومنيوم لها تأثير إيجابي على تقليل الأكاسيد والكبريتيدات. ويعود ذلك إلى قدرة الكالسيوم العالية على إزالة الكبريت. لا تؤثر الشوائب إلا قليلاً على القوة، ولكنها أكثر ضرراً على صلابة الفولاذ، وتعتمد درجة الضرر على قوة الفولاذ.
أشار الخبير المعروف شياو جيمي إلى أن الشوائب في الفولاذ تُعدّ طورًا هشًا، فكلما زادت نسبتها الحجمية، انخفضت المتانة؛ وكلما زاد حجم الشوائب، تسارع انخفاض المتانة. أما بالنسبة لمتانة الكسر الانفصالي، فكلما صغر حجم الشوائب وقلّت المسافة بينها، زادت المتانة، بل وقلّت احتمالية حدوث الكسر الانفصالي، مما يزيد من مقاومة الكسر الانفصالي. وقد أُجري اختبار خاص: حيث تنتمي دفعتان من الفولاذ (أ) و(ب) إلى نفس نوع الفولاذ، لكن الشوائب الموجودة في كل منهما مختلفة.