ครีพและความเค้นแตกหักของโลหะ

โลหะหรือโลหะผสมเมื่อถ่วงหรือใส่น้ำหนักเข้าไป หรือทำให้เกิดความเค้นอย่างสม่ำเสมอ โลหะนั้นอาจจะ เกิดการเปลี่ยนรูปอย่างถาวร(plastic deformation) ตลอดช่วงเวลานั้น ความเครียดที่เกิดในโลหะและขึ้นอยู่กับเวลา ด้วยเรียกว่า ครีพ (creep) การเกิดครีพของโลหะหรือโลหะผสมนี้มีความสำคัญอย่างมากต่อการออกแบบงานวิศวกรรม บางประเภท โดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นงานที่ออกแบบเกี่ยวกับการเพิ่มอุณหภูมิเวลาใช้ งานดังตัวอย่างเช่นวิศวกรต้องการ เลือกโลหะผสมสำหรับทำใบพัดใน gas turbine engine วิศวกรควรจะต้องเลือกใช้โลหะผสมที่มี creep rate ต่ำมากๆ เพื่อทำให้ใบพัดลมใช้ได้นานๆ โดยไม่ต้องเปลี่ยน แต่เมื่อใช้งานที่อุณหภูมิเพิ่มด้วยปัญหาจึงอยู่ที่ว่าอุณหภูมิสูงมากเท่าใด

ถ้าพิจารณาการเกิดครีพของโลหะที่เป็น polycrystalline เท่านั้น โดยใช้อุณหภูมิที่เป็น 1/2 Tm (ครึ่งหนึ่ง ของจุดหลอมเหลว) ซึ่งเป็นการทดลองที่ตัวอย่างถูกทำให้ร้อนและรับน้ำหนักคงที่ เมื่อเขียนกราฟระหว่างความยาว ที่เพิ่มขึ้นเทียบกับช่วงเวลาต่างๆจะได้ creep curve ดังรูปที่ 1 แสดง creep curveในอุดมคติของตัวอย่างที่มีค่า ความยืดทันที (instantaneous elongation)e 0 แล้วเกิด primary creep ซึ่ง strain rate ลดลงเมื่อเทียบกับ ค่าของเวลา ความชันของ creep curve de /dt หรือ e 0 คือ creep rate ดังนั้นในช่วงเกิด primary creep ค่าของ creep rate จะค่อยๆ ลดลงในช่วงเวลาต่างๆ จากนั้นจะเกิด secondary creep คือช่วงที่ค่า creep rate คงที่หรือ อาจเรียกว่าเป็น steady- state creep สุดท้ายจะเกิดtertiary creep ในช่วงนี้ creep rate จะมีการเพิ่มขึ้นอย่าง รวดเร็วจนเกิดรอยแตกขึ้นลักษณะของ creep curve ขึ้นอยู่กับ stress และอุณหภูมิที่ใช้ ถ้าใช้ stressและอุณหภูมิ สูงขึ้น creep rate ก็จะเพิ่มขึ้นด้วย ดังแสดงในรูปที่ 2 ที่อุณหภูมิต่ำ(เช่น ต่ำกว่า 0.4 Tm) และใช้ความดันต่ำโลหะ จะเกิด primary creep แต่จะเกิด secondary creep น้อยมาก ถ้าใช้ความเค้นสูงกว่า ultimate tensile strength โลหะก็จะยืดออกตามปกติ

การทดสอบครีพ
ผลกระทบของ creep rate เนื่องจากอุณหภูมิและ stress นั้นสามารถหาได้จากการทดสอบครีพ(creep test) โดยใช้ระดับของ stressต่างๆ กันที่อุณหภูมิคงที่หรือใช้อุณหภูมิต่างๆ กันที่ stress คงที่เมื่อ plot creep curve จะได้ดังรูปที่ 3 แล้ววัด creep rate ที่ต่ำที่สุด หรือเป็นความชันของsecond stage ของ creep curve (De/Dt) แต่ละ curve ที่ได้ stress ที่จะทำให้เกิด creep rate ต่ำที่สุดคือ 10-5 เปอร์เซ็นต์ต่อชั่วโมง ที่อุณหภูมิที่กำหนดให้คือมาตรฐานทั่วไปของ creep strength ในรูปที่ 4 stress ที่ทำให้เกิด creeprate ต่ำที่สุดคือ 10-5 เปอร์เซ็นต์ต่อชั่วโมงของ stainless steel เบอร์ 316 สามารถหาได้จากการ extrapolation

การทดสอบการแตกหักเนื่องจากครีพ (Creep - Rupture Test)
การทดสอบ Creep - Rupture หรือ stress - rupture นั้นมีความจำเป็นเท่าๆ กับการทดสอบ creep นอกจากจะใช้ load ที่มากกว่า และเป็นการทดสอบจนเกิดแตกหักของตัวอย่าง Creep - Rupture data ที่ได้นำไปเขียนกราฟระหว่าง log stress กับ log rupture time โดยทั่วไป stress - rupture time นี้จะลดลงเมื่อใช้ stress และอุณหภูมิเพิ่มขึ้น จาก การสังเกตที่ความชันเปลี่ยนแปลงอาจเนื่องจากสาเหตุของการเกิด recrystallization, เกิด oxidation, เกิด corrosion หรือเกิดการเปลี่ยนเฟส

ที่มา : วัสดุวิศวกรรม รศ. แม้น อมรสิทธิ์,โลหะวิทยาในงานอุตสาหกรรม ขจรศักดิ์ ศิริมัย