تأثير درجات حرارة المحيط على سلوك الكلل لقضبان فولاذية مصنوعة
من الصلب الكربوني مع نسب مختلفة من الكاربون
ناقش طالب الماجستير علي حسين علي رسالته الموسومة(تأثير درجات حرارة المحيط على سلوك الكلل لقضبان فولاذية مصنوعة من الصلب الكربوني مع نسب مختلفة من الكاربون) على قاعة المناقشات في قسم الهندسة الميكانيكية وهي جـــزء من متطلبات نيل درجة الماجســــتير علوم في الهندسة الميكانيكية . وان هذا العمل يتناول دراسة عملية لتأثير درجات حرارة المحيط على سلوك الكلل لقضبان فولاذية مصنوعة من الصلب الكربوني مع نسب مختلفة من الكاربون لدراسة تأثير نسبة الكاربون في الصلب على خصائص الكلل لحالات مختلفة تتضمن تأثير درجة الحرارة وتأثير نسبة الإجهاد وعنصر او نظرية الإجهاد.
الجزء العملي يتضمن مختلف الاختبارات الميكانيكية واختبارات الكلل, وايضا يتضمن فحص سطح الكسر باستخدام المجهر الإلكتروني (الماسح الضوئي SEM). وتضمن الجانب العملي الاجزاء التالية :
الجزء الاول يتضمن الاختبارات الميكانيكية لمعرفة الخواص الميكانيكية للمعادن المستخدمة, وتشمل اختبار الشد, الصلادة ومقاومة الصدمة.
الجزء الثاني يتضمن اختبارات الكلل. اختبار الكلل يتضمن اختبار عينات من الصلب الكربوني لنسب مختلفة من الكاربون تحت تأثير حمل دوري متعاكس تماما في درجات حرارة اختبار مختلفة ولمدى من درجة حرارة الغرفة الى 200 درجه مؤية. في هذا العمل تم تصميم وتصنيع ماكنة اختبار الكلل التي هو ماكنة كابوليه دوارة متعاكسة الانحناء تماما, حيث تم معايرة نتائج الماكنة المصنعة مع القراءات القياسية وكان تطابق جيد. وجد ان عمر الكلل ومقاومة الكلل تقل مع زيادة درجة حرارة الاختبار, وتزداد مع زيادة نسبة الكاربون في الصلب عند نفس درجة حرارة الاختبار. معامل نقصان عمر الكلل و مقاومة الكلل الذي تم حسابهما لدرجة حرارة الغرفة يزداد مع زيادة حرارة الاختبار, بينما معامل تحسين عمر الكلل و مقاومة الكلل الذي تم حسبهما لصلب واطئ الكاربون يزداد مع زيادة نسبة الكاربون في الصلب عند نفس درجة حرارة الاختبار. وجد ايضا ان حد التعب يكون ضاهر على مخطط الاجهاد-عمر ((S-N في درجات الحرارة المنخفضة بينما يبدأ بالاختفاء مع زيادة درجة الحرارة الى ان يختفي تماما عند درجة حرارة 200 مؤية.
الجزء الثالث يتضمن التحليل المورفولوجي لسطح العينات المكسورة باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح الضوئي لدراسة طبيعة الكسر. ووجد أنه مع زيادة درجة الحرارة تقل منطقة انتشار الشقوق وتزداد منطقة الكسر، كما وجد ان الشق ينمو وينتشر بشكل عمودي ويشق طريقه بمنتصف البلورة. تم استخدام طريقة العناصر المحددة (برنامج ANSYS النسخة 16) لتحقيق الجانب العملي. اظهرت النتائج توافق جيد بين الجانب العملي والعددي وبنسب خطأ مقبولة, حيث اعلى نسبة خطأ من متوسط الخطأ الكلي هي 8.7% و اعلى نسبة خطأ لحد التعب هي 16%. الجزء الاخير يتضمن دراسة تأثير نسبة الاجهاد R على تحليل الكلل باستخدام طريقة عمر الاجهاد لنسب مختلفة من R -3)، -2، -1، 0، 2، 3), وكذلك تأثير (Von-Mises, Max-Shear and Max-Principal) على تحليل الكلل لعتبات مثبتة من جهة (عينة كابولية) من الصلب الكربوني لمختلف نسب الكاربون. حيث وجد ان زيادة R في المدى السالب يزيد من عمر ومقامة الكلل بينما ان زيادة R في المدى الموجب يقلل من عمر ومقامة الكلل. كما وجد أن نظرية Von-Mises أفضل من Max-Shear و Max-Principal للتنبؤ بعمر الكلل.
وتجدر الاشارة الى ان هذه الأطروحة المقدمة قد نالت إشادة وتأييد اللجنة المناقشة وأعتبار تصحيح وتصنيع جهاز فحص الكلال لمختلف انواع المعادن ومختلف درجات الحرارة براءة أختراع وهو قيد الفحص والتقييم في الجهاز المركزي للتقييس والسيطرة النوعية .
وفاء هاشم الحسيني