تبلیغات
انجمن علمی-مهندسی مواد و متالورژی صنعتی - آیا یک پدیده ی متالورژیکی باعث غرق تایتانیک شد؟؟؟!!!!
انجمن علمی-مهندسی مواد و متالورژی صنعتی

مقدمه

نزدیک به صد سال از واقعه غرق كشتی اقیانوس پیمای تایتانیك- عظیم ترین کشتی مسافربر جهان در زمان خود که ماجرای غرق آن حداقل سوژه دو فیلم شده است-  می گذرد و هنوز این حادثه محل بحث و جدل بسیاری در محافل علمی است. تایتانیك ساخته شد تا محصول نهایی عصر خودباوری، كامیابی و تجمل گرایی باشد. با ساخت این كشتی بسیاری گمان كردند كه زمان غلبه بشر بر نیروهای طبیعی فرا رسیده است و این موجود غول آسا مصون از قهر طبیعت است. اما غرق این كشتی در اولین سفر دریایی خود، خط بطلان بر این باوركشید و پس از آن منبع تحقیق و كنكاش بسیار در چند و چون این واقعه شد. نوشتار حاضر با بهره گیری از منابع متعددی در این زمینه، بر آن است كه ضمن ارائه تحلیلی كوتاه از این رخداد، چرایی آن را به یکی از ویژگیهای مهم فولاد یعنی تبدیل رفتار نرم به ترد پیوند داده و به تاریخچه، عوامل موثر و اهمیت چشمگیر آن در انتخاب مواد بپردازد.

اشتباه تمامی دانشمندان و مهندسان

یکی از دلایل اصلی رخ دادن این فاجعه، پدیده "تبدیل رفتار نرم به ترد فولاد" 6 است که در زمان ساخت تایتانیك و تا چند دهه پس از آن برای مهندسان ناشناخته بود.

دمای تبدیل رفتار نرم به ترد فولاد چیست؟

تغییر دما بر رفتار ماده تاثیر می گذارد. در فلزات هرگونه افزایش دما باعث فعالتر شدن نابجائیها و در نتیجه کاهش استحکام تسلیم می گردد. آن دسته از فلزات و آلیاژهای آنها که دارای ساختار مکعبی با وجوه پر7 هستند، مانند آلومینیوم، در هر دمایی، شکست نرم خواهند داشت. شکست نرم به آرامی و پس از تغییر شکل پلاستیکی زیاد به ازای تنشی بالاتر از استحکام کششی ظاهر می شود. شکست ترد8 معمولا در فلزاتی با ساختار مکعبی مرکز پر9 (همانند فولاد) و منشوری فشرده10 و آلیاژهای آنها در دماهای پایین ( معمولا پایینتر از دمای معمولی محیط ) و بطور ناگهانی رخ می دهد یعنی این گروه با کاهش دما تغییر رفتار از نرم به ترد می دهند.  در شکست ترد عموما تغییر شکل پلاستیکی قابل توجهی در منطقه شکست مشاهده نمی شود. فولادهای کم کربن در آهنگهای کم کرنش در تمام دماهای بالای حدود 170 درجه سانتیگراد نرم هستند، ولی هنگامی که در معرض بارهای ضربه ای قرار می گیرند، در گستره باریکی از دما در نزدیکی صفر درجه سانتیگراد، نحوه شکست از حالت رشته ای چقرمه به حالت ترد تبدیل می شود.

روشن است دمایی که قطعه در آن کار می کند یکی از مهمترین عواملی است که بر ماهیت شکست تاثیر می گذارد به عبارت دیگر تغییر دما بر رفتار ماده تاثیر دارد. شکست ترد معمولا در در دمای پایین اتفاق می افتد و در برخی فولادها، شرایط ممکن است به گونه ای باشد که تفاوت چند درجه در گستره دمای محیط، تفاوت بین رفتار نرم و ترد را تعیین کند. فولادهای کم کربن در آهنگهای کم کرنش در تمام دماهای بالای حدود 170 درجه سانتیگراد نرم هستند، ولی هنگامی که در معرض نیروهای ضربه ای قرار می گیرند، در گستره باریکی از دما در نزدیکی صفر درجه سانتیگراد، نحوه شکست از حالت نرم به حالت ترد تبدیل می شود.  از کارافتادگی سازه های ساخته شده از فولادهای کم کربن در اثر شکست ترد از آغاز مصرف این فولادها بروز کرده است؛ اما تنها در سالهای دهه 1940 بود که این مساله به وضوح مطرح شد و مورد توجه قرار گرفت. این امر مقارن با ساخت اولین کشتیهای با بدنه تمام جوشکاری شده بود. پیش از آن اگر در یکی از ورقهای کشتی شکست ترد رخ می داد، ترک در انتهای صفحه یا در یک ردیف پرچ متوقف می شد. در یک کشتی تمام جوشکاری شده، بدنه کشتی عملا یک ورق پیوسته است و اگر شکست ترد شروع شود، ممکن است به طور ناگهانی ادامه یابد.

دمای تبدیل چگونه اندازه گیری می شود؟

یکی از آزمونهای مورد استفاده برای تعین دمای تبدیل رفتار نرم به ترد (DBTT) آزمون ضربه (شارپی) 11 است که بر اساس استاندارد ASTM E 23 انجام می شود. نمونه ی شارپی، مقطعی مربع شکل به ابعاد mm 10×10 و شیار V با زاویه ی 45 درجه به عمق mm 2 و شعاع راس  mm 0.25 دارد . نمونه به صورت تیری در حالت افقی روی تکیه گاه قرار می گیرد و بار توسط ضربه ی یک آونگ در حال نوسان به پشت شیار وارد می شود ( سرعت برخورد حدود 5 متر بر ثانیه است ) نمونه با آهنگ کرنش زیادی می شکند.کمیت اصلی که در آزمون ضربه اندازه گیری می شود، انرژی جذب شده در شکست نمونه است. چنانچه مقدار انرژی شکست كم باشد می توان چنین نتیجه گیری كرد كه ماده ترد بوده و دارای حساسیت بالایی در مقابل نیروهای ضربه ای است و اگر این انرژی زیاد  باشد ماده نرم وانعطاف پذیر است و یا به عبارتی دارای تافنس یا چقرمگی بالایی است. حالت های مختلف شکست به سادگی و حتی بدون بزرگنمایی قابل تشخیص اند. سطح صاف شکست ترد بازتابندگی زیاد و ظاهر براقی دارد ، در صورتی که سطح گود شده شکست نرم، جاذب نور و دارای ظاهری کدر است .

توجه به منحنی انرژی جذب شده بر حسب دما نشان می دهد که انرژی جذب شده با کم شدن دما کم می شود ولی در بیشتر موارد کاهش جذب انرژی در دمای خیلی مشخصی رخ نمی دهد در نتیجه تعین دقیق دمای تبدیل دشوار می شود . دمایی که در آن رفتار ماده از نرم به ترد تبدیل می شود، DBTT نام داشته و می توان آن را دمایی فرض کرد که ظاهر شکست 50% ترد است. در آزمون شارپی، دمای تبدیل را می توان بر سطح 27 ژول منطبق کرد. آزمون ضربه با نمونه ی شیاردار هنگامی معنی پیدا می کند که در گستره ای از دما انجام شود، تا دمایی که در آن تبدیل نرمی به تردی رخ می دهد تعیین شود. برای فولاد، انرژی جذب شده در فرآیند شکستن نمونه آزمون شارپی ممکن است از حدود 1600 کیلو ژول بر متر مربع در 15+ درجه سانتیگراد به حدود 150 کیلو ژول بر متر مربع در 5- درجه سانتیگراد برسد.مزیت اصلی آزمون ضربه شارپی این است که آزمون نسبتا" ساده ای است که در آن از یک نمونه ی آزمون کوچک و نسبتا" ارزان استفاده می شود . آزمون ها به سادگی در گستره ای از دماهای پایینتر از دمای محیط قابل اجرا هستند، این آزمون برای مقایسه اثر نوع آلیاژ و عملیات حرارتی بر چقرمگی به کار می رود و غالبا" از آن برای کنترل کیفیت و به منظور انتخاب مواد استفاده می کنند . مشکل عمده این است که استفاده از نتایج آزمون شارپی در طراحی دشوار  است چون هیچ کمیتی بر حسب میزان تنش وجود ندارد. همچنین هیچ رابطه ای بین داده های شارپی با اندازه ترک ریز ( مو ) وجود ندارد. علاوه بر این، وجود پراکندگی زیاد نتایج که در این آزمون ذاتی است می تواند ترسیم منحنی های دمای تبدیل را مشکل سازد. آزمونهای دیگری نظیر آزمون جابجایی شکاف نوک ترک12  بر اساس استاندارد ASTM E 1290 و یا آزمون پلینی 13بر اساس استاندارد ASTM E 208  نیز به این منظور به کار می روند.

عوامل موثر بر دمای تبدیل

میزان تغییر از رفتار نرم به ترد تابع ترکیب شیمیایی، ریز ساختار، عملیات حرارتی واکسیژن زدایی است. بعضی از عناصر آلیاژی موجود در فولادها می توانند بر دمای تبدیل از رفتار نرم به ترد اثر بگذارند. منگنز و نیکل دمای تبدیل را پایین می آورند ولی کربن، نیتروژن و فسفر آن را افزایش می دهند. همچنین نسبت   Mn:C حداقل باید 3:1 باشد تا چقرمگی مطلوب حاصل شود. در ضمن تا جای ممکن باید نسبت Mn:S  در بالاترین حد ممکن نگاه داشته شود.

تاثیر میزان اکسیژن فولاد بر دمای تبدیل

فولاد مذابی كه از كوره فولادسازی بدست می آید حاوی مقادیر زیادی اكسیژن حل شده است كه باید پیش از ریخته گری فولاد، چه بصورت پیوسته (مداوم) و چه به صورت شمش، حذف گردد. اكسیژن زداهایی كه معمولا برای این منظور مورد استفاده قرار می گیرند آلومینیوم و سیلیسیم ( به شكل فروسیلیكون ) هستند. حذف اكسیژن از فولاد را آرام سازی14 می خوانند و عبارتهای آرام شده با سیلیسیم یا آلومینیوم از اینجا آمده اند. فولاد كاملاآرام15 که بعضی مواقع به آن فولاد آرام16 نیز گفته می شود، فولادی است كه کاملا اکسیژن زدایی شده و تركیب شیمیایی و خواص نسبتا همگنی دارد. به فولاد نیمه آرام17  اكسیژن زدای كمتری نسبت به فولاد كاملا آرام اضافه می شود و از این فرآیند برای فولاد های كم كربن و كربن متوسط برای مصارف سازه ای استفاده می گردد. فرآیند اكسیژن زدایی در مورد برخی فولادها انجام نمی گردد و اكسیژن باقی مانده در فولاد با كربن واكنش داده و ایجاد تخلخل (حفره های گازی) كه در حقیقت گاز اكسید كربن  است، می كند.  این فولادهای نا آرام18 که به آن فولادهای جوشان نیز گفته می شود، دارای تغییرات زیادی در تركیب شیمیایی هستند به گونه ای كه پوسته خارجی آنها شامل آهن خالص، كربن اندك و فسفر و گوگرد است. این عناصر با مقادیری بیش از مقدار  متوسط، در مركز شمش به ویژه نزدیك به سطح بالایی یافت می شوند.

دمای تبدیل فولاد جوشان بالاتر از دمای محیط است و بدیهی است که اگر دمای سرویس زیر صفر درجه سانتیگراد باشد امکان بروز پدیده تبدیل رفتار نرم به ترد وجود خواهد داشت. آزمایش نشان داده است که دمای تبدیل برای فولاد كاملاآرام به 60- درجه سانتیگراد می رسد.با توجه به نقش اکسیژن در فولاد، کدها و دستورالعملهای طراحی، توجه ویژه ای به این مورد داشته اند و در بسیاری از موارد استفاده از فولاد جوشان را ممنوع نموده اند. به همین صورت توصیه آنها استفاده از فولاد کاملا آرام برای دماهای پایین است.

سایر پارامترهای موثر بر دمای تبدیل

هرچه فولاد دانه ریزتر باشد دمای تبدیل پایینتری دارد. اندازه گیری دانه بندی فولاد بر اساس استاندارد ASTM E 112 قابل انجام است. ضخامت قطعه نیز عامل تعیین کننده دیگری است بطوریکه در ضخامتهای کمتر از 13 میلیمتر پدیده تبدیل رفتار نرم به ترد مشاهده نمی شود و هر چه ضخامت افزایش می یابد باید تمهیدات لازم جهت کاهش هر چه بیشتر دمای تبدیل پیش بینی گردد. عملیات حرارتی نیز می تواند باعث کاهش یا افزایش دمای تبدیل گردد.

آیا تبدیل رفتار نرم به ترد فولاد باعث غرق تایتانیک شد؟

پس از کشف بقایای تایتانیک در سال 1985، آزمایشهای مختلف کشش، متالوگرافی، ضربه و آنالیز شیمیایی روی بدنه کشتی انجام شد. نتایج این آزمونها را درجداول 1 و 2 و نیز شکلهای 3و4 مشاهده می کنید.

مقدار بسیار اندک عنصر نیتروژن در فولاد تایتانیک است. این امر نشانگر آن است که فولاد با روش بسمر19 تولید نشده است زیرا ویژگی فولادهای تولیدی با این روش وجود مقادیر زیاد نیتروژن است که باعث ترد شدن فولاد بویژه در دماهای پایین می گردد. در اوایل قرن بیستم تنها روش تولید فولادهای سازه ای، فرآیند کوره آتشدان روباز(زیمنس-مارتین)20  بوده است. مقادیر زیاد اکسیژن و مقدار کم سیلیسیوم آن بیانگر اکسیژین زدایی جزیی فولاد است یعنی نیمه آرام بوده است.

تحقیقات یک دانشمند نشان می دهد در عصر تایتانیک، حدود دو سوم فولادهای تولیدی با کوره آتشدان روباز انگلستان، در کوره هایی با آستری اسیدی تولید می شده اند. احتمال زیادی وجود دارد که فولاد مورد استفاده در ساخت تایتانیک نیز در چنین کوره ای تولید شده باشد که دلیلی بر مقادیر زیاد فسفر و گوگرد فولاد است. آستری بازی21  در واکنش با فسفر و گوگرد فولاد، سبب حذف این ناخالصیها از فولاد می گردد همانند بیشتر فولادهایی که در آن زمان در گلاسکو اسکاتلند تولید می شدند.

در  آنالیز شیمیایی دو فولاد دیگر نیز آمده اند. یکی مربوط به فولاد کشتی lock gates است که در سال 1912 در ایالات متحده ساخته شده بود و عمری برابر با تایتانیک دارد و دیگری فولاد ASTM A36 است که فولادی مدرن و امروزیست.

مقایسه بین ورق تایتانیک با A36 نشان می دهد که فولادهای امروزی منگنز بیشتر و گوگرد کمتری نسبت به فولادهای یک قرن پیش داشته و در نتیجه نسبت Mn:S  بالاتر است که خود باعث کاهش احتمال رخ دادن پدیده تبدیل رفتار نرم به ترد می گردد.

 

این نکته نیز قابل توجه است که فولاد A36 مقدار فسفر کمتری نسبت به فولاد بدنه تایتانیک دارد که  این امر کاهش دمای تبدیل را در پی دارد. اگر در شکل 3 دقت کنیم می توانیم کلنی های کشیده شده فاز پرلیت را ببنیم. در مناطقی از ساختار هم ذرات درشت و کشیده  MnS که فازی مضر در فولاد است، دیده می شوند. در ریز ساختار پدیده banding قابل مشاهده است.

در پی اندازه گیریهای انجام شده،  قطر متوسط دانه در مقطع طولی 4/60 میکرون و در مقطع عرضی 92/41 میکرون گزارش شده است. این پارامتر برای فولاد A36  عدد 17/26 میکرون است. برای بررسی بیشتر از میکروسکوپ الکترونی روبشی22 و نیز روش EDAX 23   بهره گرفته شد.            

 3 سری نمونه ضربه در دامنه دمایی 55- درجه سانتیگراد تا 179 درجه سانتیگراد مورد آزمون قرار گرفتند که 2 سری مربوط به نمونه های طولی و عرضی تایتانیک و یک سری نیز مربوط به فولاد A36 بود.

 که دمای تبدیل یا همان DBTT برای نمونه طولی ورق تایتانیک 32 درجه سانتیگراد و  56  درجه سانتیگراد برای نمونه عرضی بوده است یعنی این فولاد در دماهای زیر 33 درجه سانتیگراد ترد شده و مستعد آسیب بوده است.

ورق تایتانیک دارای ضخامت اسمی 875/1 سانتیمتر بود که بر اثر خوردگی توسط آب شور اقیانوس این میزان کاهش یافته بود و امکان ماشینکاری نمونه استاندارد کشش وجود نداشت لذا از نمونه گرد با قطر 625/0 سانتیمتر و طول گیج 5/2 سانتیمتر استفاده شد. توجه به این مطلب لازم است که با توجه به جدول 2، ورق تایتانیک از استحکام قابل قبولی برخوردار بوده است.

با عنایت به مطالب ذکر شده، می توان انگشت اتهام را در غرق تایتانیک به سمت پدیده تبدیل رفتار نرم به ترد (DBTT) نشانه رفت. بنا بر گزارشها و مدارک موجود، دمای آب به هنگام برخورد تایتانیک با کوه یخ، 2- درجه سانتیگراد بوده است که اگر این عامل را در کنار تافنس کم فولاد بدنه تایتانیک به دلایلی از جمله: میزان کم منگنز، پایین بودن نسبتMn:S  ، درشت دانه بودن فریتها و نیز وجود کلنی های درشت پرلیت قرار دهیم به این نتیجه می رسیم که با وجود استفاده از مرغوبترین فولادی که سازندگان تایتانیک در دسترس داشتند اما رخ دادن پدیده تبدیل رفتار نرم به ترد فولاد در کنار عامل نیروی اعمالی هنگام برخورد به کوه یخ سبب ایجاد آن فاجعه گردید.

 

قصه پرغصه غرق شدن نسخه اصلی رباعیات خیام

شاید خیلی از ایرانیان ندانند که نسخه اصلی و دستنویس کتاب رباعیات خیام با کشتی تایتانیک به عمق اقیانوس رفت و متاسفانه نابود شد و در کنار بسیاری دیگر از شناسنامه های ازبین رفته فرهنگ و تمدن ایران قرار گرفت. این کتاب بسیار پرارزش که «عمر اعظم» نام داشت سرگذشت بسیار غم انگیزی دارد و سه روایت درباره آن نقل شده است.براساس یک روایت این کتاب را یکی از شاهزادگان قاجار برای فروش به امریکا می برده است و چون او یکی از سرنشینان کشتی تایتانیک بود، این کتاب را با خود به قعر اقیانوس برد و به این ترتیب برگی دیگر بر ماجرای قاچاق ثروت های ملی ایران افزوده و یک اثر نفیس نابود شد. روایت دوم نیز دست کمی از روایت نخست ندارد. «بنیامین عمربوساژ» که باخبر می شود نسخه دستنویس رباعیات خیام (عمر اعظم) در دست یکی از شاهزادگان ایرانی است، به ایران سفر می کند، دیگ طمع این شاهزاده ضدملی را به جوش می آورد، کتاب را از او می خرد و هنگام بازگشت به امریکا، چون با کشتی تایتانیک سفر می کرده است، این کتاب به قعر اقیانوس می رود و یک اثر نایاب از فرهنگ ایران زمین متاسفانه نابود می شود.و اما براساس روایت سوم، صحافی به نام «فرانسیس ستکلایف تلاش» آن را خریداری کرده، از نظر صحافی روی آن کار می کند و قصد فروش آن را داشته که به علت بحران اقتصادی انگلیس (سال 1912) تصمیم می گیرد آن را برای فروش به امریکا ببرد، به یک مسافر امریکایی می فروشد و چون خریدار مسافر کشتی تایتانیک بوده کتاب با غرق کشتی به اعماق دریا می رود و نابود می شود.می گویند برادرزاده صحاف انگلیسی «استانلی» از باقیمانده کتاب و تصاویری که از آن داشته است، نسخه دومی- نه به ارزش نسخه اول که به روایتی خط و نوشته خود خیام بوده است- تهیه می کند که این نسخه نیز در بمباران لندن، طی جنگ جهانی دوم نابود می شود.وی دست از کار نمی کشد و نسخه سومی از طرح ها، عکس ها و تصاویر نسخه های اول و دوم تهیه می کند که این نسخه در اختیار همسر و بازماندگان «استانلی بری» بوده است که چند سال پیش به موزه بریتانیا تعلق گرفت. در این کتاب که هم اکنون در موزه بریتانیا موجود است یک هزار قطعه جواهر، هزاران سنگ قیمتی رنگارنگ و چند مترمربع ورقه طلا به کار رفته است. قصه پرغصه کتاب دستنویس رباعیات خیام را بسیاری از نویسندگان جهان که شیفته این دانشمند بزرگ ایرانی بوده اند، با درد و اندوه نگاشته اند.

 





نوع مطلب :
برچسب ها :
لینک های مرتبط :
سه شنبه 5 فروردین 1393
چهارشنبه 12 اردیبهشت 1397 10:27 ق.ظ
Right now it sounds like Expression Engine
is the top blogging platform out there right now. (from what I've read) Is
that what you're using on your blog?
شنبه 1 مهر 1396 11:33 ق.ظ
We are a gaggle of volunteers and opening a brand new
scheme in our community. Your site provided us with helpful information to work on. You have performed
an impressive task and our whole group can be thankful to you.
یکشنبه 26 شهریور 1396 10:26 ب.ظ
I was wondering if you ever considered changing the layout of your website?

Its very well written; I love what youve got to say.
But maybe you could a little more in the way of content so people could connect with it
better. Youve got an awful lot of text for only having one or two images.

Maybe you could space it out better?
دوشنبه 16 مرداد 1396 07:54 ق.ظ
Having read this I believed it was really enlightening.
I appreciate you taking the time and effort to put this informative article together.
I once again find myself spending a significant amount of time both reading
and leaving comments. But so what, it was still worthwhile!
شنبه 14 مرداد 1396 02:15 ق.ظ
Great delivery. Outstanding arguments. Keep up the good
effort.
یکشنبه 8 مرداد 1396 12:32 ق.ظ
This is my first time pay a visit at here and i am actually
pleassant to read everthing at one place.
چهارشنبه 21 تیر 1396 04:06 ب.ظ
I am regular reader, how are you everybody? This post posted at this
web site is in fact fastidious.
چهارشنبه 21 تیر 1396 03:28 ب.ظ
Hi there, There's no doubt that your blog might be having browser compatibility
issues. Whenever I take a look at your website in Safari, it looks fine however, if opening in Internet Explorer, it's got some overlapping
issues. I merely wanted to provide you with a quick heads up!
Besides that, great website!
پنجشنبه 1 تیر 1396 03:16 ق.ظ
Hi there, You've done an excellent job. I'll certainly digg
it and individually suggest to my friends. I am sure they
will be benefited from this web site.
چهارشنبه 31 خرداد 1396 03:56 ب.ظ
I'm very happy to read this. This is the kind of manual that needs to be given and not the random misinformation that's
at the other blogs. Appreciate your sharing this greatest doc.
شنبه 9 اردیبهشت 1396 12:56 ب.ظ
Fastidious answer back in return of this matter with solid arguments and describing the whole thing regarding that.
سه شنبه 15 فروردین 1396 07:08 ق.ظ
First of all I would like to say wonderful blog! I
had a quick question that I'd like to ask if you don't mind.
I was interested to find out how you center yourself and clear your mind before writing.
I have had difficulty clearing my thoughts in getting my ideas out there.
I truly do enjoy writing but it just seems like the first 10 to 15 minutes are usually wasted just trying to figure out how to
begin. Any suggestions or hints? Thank you!
پنجشنبه 7 فروردین 1393 04:43 ب.ظ
سلام.اینکه مطالبتون هم درمورد علم مواده وهم درمورد متالورژی خیلی خوبه!
واقعا دستتون درد نکنه...
با تشکر
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر




آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :
امکانات جانبی