خزش نوعی تغییر شکل است و فلزاتی که دچار تغییر شکل خزشی بیش از حد می شوند اغلب ممکن است به طور کامل از بین بروند. متأسفانه، خرابی‌های مربوط به  خزش که مکررا اتفاق می‌افتد ، هم برای اموال و هم برای جان انسان‌ها خطرناک هستند. اطلاع داشتن از این موضوع در طول فرآیند انتخاب فلز می تواند به جلوگیری از شکست فلز به دلیل خزش و عواقب جدی ناشی از آن کمک کند.

خزش فلز چیست؟

تغییرشکل پلاستیکی مواد تحت بار ثابت که در دماهای بالا و زمان های طولانی اتفاق می افتد و منجر به شکست قطعه می شود را خزش می گویند.
خزش فلز نوعی تغییر شکل فلز است که در فشارهای کمتر از قدرت تسلیم فلز، معمولاً در دماهای بالا رخ می‌دهد. یکی از مهمترین ویژگی های هر فلز، قدرت تسلیم آن است زیرا فشاری را که در آن فلز شروع به تغییر شکل پلاستیکی می کند، مشخص می کند. خزش از این جهت منحصر به فرد است که پدیده ای است که باعث می شود مواد به صورت پلاستیکی کرنش کنند، حتی اگربه فشارهای تسلیم نرسیده باشد. مکانیسم موجود در خزش پیچیده است، اما می توان آنها را به سه مرحله تقسیم کرد.

مرحله اول:  خزش اولیه

خزش اولیه ابتدا در طول فرآیند تغییر شکل رخ می دهد. در این مرحله تغییر شکل پلاستیکی آغاز می شود. تغییر شکل پلاستیکی به دلیل  کشش پیوند اتمی رخ می دهد و دائمی نیست. به دنبال این تغییر شکل، تغییر شکل دائمی پلاستیکی شروع به وقوع می‌کند. در مرحله خزش اولیه، این تغییر شکل ابتدا با سرعت بیشتری رخ می دهد و سپس با گذشت زمان کند می شود. کاهش سرعت خزش که نزدیک به پایان مرحله خزش اولیه رخ می دهد به دلیل سخت شدن فلز است.

مرحله دوم: خزش ثانویه

خزش ثانویه زمانی شروع می شود که سرعت کشش شروع به تثبیت کند و ثابت شود. کشش در طول خزش ثانویه در مقایسه با مرحله اول و مرحله سوم نسبتاً آهسته رخ می دهد. سرعت خزش ثابت و نسبتاً آهسته باقی می ماند زیرا هنوز هیچ آسیب ریزساختاری در فلز رخ نداده است.

مرحله سوم: خزش سوم

خزش سوم مرحله نهایی فرآیند تغییر شکل خزش است. این مرحله از فرآیند خزش زمانی آغاز می شود که آسیب به ریزساختار فلز وارد شود. سرعت کشش فلز افزایش خواهد یافت. این فرآیند تا زمانی ادامه دارد که فضاهای خالی کافی در میکرو ساختار ایجاد شود و در نهایت، فلز شکاف برداشته و کاملاً بشکند.

برخی موارد رایج خزش

خزش در برخی مکان ها و حوزه ها بیشتر اتفاق می افتد. به عنوان مثال، چهارچوب اتومبیل‌ ها به ‌گونه ‌ای طراحی می ‌شوند که ضربه بیشتری را تحمل کنند؛ زیرا بارهای ساکن (استاتیک) وارد بر این بخش‌ ها معمولاً کوچک و دما نیز تقریباً کم است. از سوی دیگر، برخی از قطعات موتور تحت تأثیر بار و دمای زیادی قرار می ‌گیرند و در صورت استفاده از فلز نامناسب، احتراق موتور موجب خزش اجزا می ‌شود. به‌ طور معمول، خزش بیشتر در فلزاتی مشاهده می ‌شود که باید فشار و دمای زیادی را تحمل کنند. برخی از نمونه ‌های خزش را می ‌توان در دستگاه‌ های تولید نیروی هسته ‌ای، اجزای موتورهای صنعتی، رشته ‌های فلزی گرم شده، اجزای موتور جت و لوله ‌های انتقال تحت ‌فشار و دمای زیاد مشاهده کرد.

انواع خزش در فلزات

خزش در فلزات انواع مختلفی دارد. مکانیسم تمامی این خزش‌ ها وابسته به حرارت و فشاری است که موجب تغییر شکل میکرو ساختار فلز می ‌شود. هرچه فشار و دما بیشتر باشد، خزش فلز در زمان کمتری رخ خواهد داد و هرچه دما و فشار کمتر باشد مدت ‌زمان بیشتری برای تغییر شکل میکرو ساختار فلز نیاز است.علاوه بر این، ساختار داخلی و ترکیب فلز نیز بر پدیده خزش تأثیر بسزایی دارد.

انواع خزش عبارتنداز:

• لغزش نابجایی Dislocation Glide
• خزش نابجایی Dislocation Creep
• خزش نفودی Diffusion Creep
• لغزش مرزدانه Grain boundary Sliding

تست خزش

مقاومت خزشی با استفاده از دستگاه آزمون خزش اندازه ‌گیری می‌ شود. این دستگاه میزان پراکندگی ذرات یک فلز در فشارهای مختلف را اندازه ‌گیری می‌ کند. از این دستگاه برای شبیه‌ سازی فشارهای مختلف و بررسی توان کششی فلز در این فشارها مورد استفاده قرار می گیرد. نمودار به‌ دست‌ آمده از آزمون خزش نشان‌ دهنده سه مرحله خزش (اولیه، ثانویه و ثالث) خواهد بود که برای تعیین دما و مدت ‌زمان هر یک از این مراحل میتوان به اطلاعات نمودار مراجعه کرد. مقاومت خزشی و حد خزش نیز با توجه به اطلاعات مربوط به مرحله ثالث مشخص می‌ شوند. فرآیند تست خزش یک فرآیند زمانبر است. نتایج آزمون خزش، برای طراحی اجزای صنعتی و ساختمانی کاربرد دارد. به طور مثال، مخازن نفتی که در پالایشگاه‌ها استفاده می‌شوند، باید از استحکام مناسب در برابر تنش‌های اعمالی از طرف سیال در مدت زمان زیاد و دمای بالا برخوردار باشد.

روش های جلوگیری از ایجاد خزش

با توجه به مطالب ذکر شده دانستیم خزش پدیده ای نامطلوب و ناخواسته است بنابرین باید روش های برای کاهش خزش فلزات در نظر گرفت. این روش ها عبارتنداز:

• کاهش دمای عملیات فلزکاری (البته این روش همیشه امکان‌پذیر نیست.)
• کاهش فشار ثابتی که فلز باید تحمل کند، اما این روش هم بسته به نوع کاربرد، ممکن است در برخی از موارد امکان‌پذیر نباشد.
• استفاده از فلزی با دانه‌های بزرگ
• افزودن عناصر آلیاژی خاص به فلزات خاص
• به حداقل رساندن سرخوردگی ذرات از طریق استفاده از مواد تک کریستالی با ذرات تقریباً درست
• حذف فواصل موجود در میکرو ساختار فلز از طریق اضافه کردن محلول‌ های جامد مناسب.
• استفاده از فلزات با نقطه ذوب بالا
• استفاده از فلزات با ماژول برشی قابل ‌توجه و یا استفاده از مواد آلیاژی مناسب برای افزایش مقاومت خزشی فلز
• بررسی اطلاعات آزمون خزش فلزات مختلف با مراجعه به منابع معتبر.

برای اطلاعات بیشتر از آسیب های احتمالی دیگر، فلزات میتوانید مقاله : خستگی فلزات چیست؟ را مطالعه نمایید.