زحف (تشوه)

توفر خرائط آلية التشوه أداة بصرية لتصنيف آلية التشوه السائدة كدالة لدرجة الحرارة المتجانسة ، والإجهاد المُقاس بمعامل القص، ومعدل الانفعال. عمومًا، تُمثل اثنتان من هذه الخصائص الثلاث (غالبًا درجة الحرارة والإجهاد) محاور الخريطة، بينما تُمثل الثالثة بخطوط الكنتور .

لرسم الخريطة، تُستخرج المعادلات التكوينية لكل آلية تشوه. وتُستخدم هذه المعادلات لحساب الحدود بين كل آلية تشوه، بالإضافة إلى خطوط معدل الإجهاد. ويمكن استخدام خرائط آليات التشوه لمقارنة آليات التقوية المختلفة، وكذلك لمقارنة أنواع المواد المختلفة. ^{[ 7 ]}$${\displaystyle {\frac {\mathrm {d} \varepsilon }{\mathrm {d} t}}= {\frac {C\sigma ^{m}}{d^{b}}}e^{\frac {-Q}{kT}}}$$ حيث ε هو إجهاد الزحف، وC ثابت يعتمد على المادة وآلية الزحف المحددة، و m و b أسّان يعتمدان على آلية الزحف، و Q هي طاقة التنشيط لآلية الزحف، و σ هو الإجهاد المطبق، وd هو حجم حبيبات المادة، وk هو ثابت بولتزمان ، و T هي درجة الحرارة المطلقة . ^{[ 8 ]}

عند الإجهادات العالية (مقارنةً بمعامل القص )، تُسيطر حركة الانخلاعات على الزحف . في حالة زحف الانخلاعات، يكون Q  = Q (الانتشار الذاتي)، و4 ≤ m ≤ 6، و b < 1. لذا، يعتمد زحف الانخلاعات بشدة على الإجهاد المُطبق وطاقة التنشيط الذاتية، ويعتمد بشكل أقل على حجم الحبيبات. فكلما صغر حجم الحبيبات، زادت مساحة حدودها، مما يُعيق حركة الانخلاعات.       

تُظهر بعض السبائك معامل إجهاد كبير جدًا ( m  >  10)، ويُفسَّر ذلك عادةً بإدخال "إجهاد عتبة"، σth _، لا يُمكن قياس الزحف دونه. وتصبح معادلة قانون القوة المُعدَّلة على النحو التالي: $${\displaystyle {\frac {\mathrm {d} \varepsilon }{\mathrm {d} t}}=A\left(\sigma -\sigma _{\rm {th}}\right)^{m}e^{\frac {-Q}{{\bar {R}}T}}}$$ حيث يمكن تفسير كل من A و Q و m بآليات تقليدية (أي 3  ≤ m ≤ 10)، و R هو ثابت الغازات . يزداد الزحف مع ازدياد الإجهاد المطبق، لأن الإجهاد المطبق يميل إلى دفع الانخلاع لتجاوز الحاجز، مما يجعله ينتقل إلى حالة طاقة أقل بعد تجاوزه، وهذا يعني أن الانخلاع يميل إلى تجاوز الحاجز. بعبارة أخرى، يُوفر الإجهاد المطبق جزءًا من الشغل اللازم للتغلب على حاجز الطاقة لتجاوز الحاجز، بينما يُوفر الباقي الطاقة الحرارية.   

يُعدّ زحف نابارو-هيرينغ (NH) أحد أشكال زحف الانتشار ، بينما لا يتضمن زحف انزلاق الخلع انتشارًا ذريًا. يسود زحف نابارو-هيرينغ عند درجات الحرارة العالية والإجهادات المنخفضة. كما هو موضح في الشكل على اليمين، تتعرض الجوانب الجانبية للبلورة لإجهاد شد، بينما تتعرض الجوانب الأفقية لإجهاد ضغط. يتغير الحجم الذري بفعل الإجهاد المُطبق: إذ يزداد في المناطق المعرضة للشد، وينقص في المناطق المعرضة للضغط. لذا، تتغير طاقة التنشيط لتكوين الفراغات بمقدار ± σΩ ، حيث Ω هو الحجم الذري، وتكون القيمة الموجبة للمناطق المعرضة للضغط، والقيمة السالبة للمناطق المعرضة للشد. بما أن تركيز الشواغر الجزئي يتناسب مع exp(− ⁠ Q _f ± σΩ / RT ⁠ ) ، حيث Q _f هي طاقة تكوين الشواغر ، فإن تركيز الشواغر يكون أعلى في مناطق الشد منه في مناطق الضغط ، مما يؤدي إلى تدفق صافٍ للشواغر من المناطق المعرضة للشد إلى المناطق المعرضة للضغط ، وهذا يعادل انتشارًا صافيًا للذرات في الاتجاه المعاكس ، مما يتسبب في تشوه الزحف: تستطيل الحبيبة في محور إجهاد الشد وتنكمش في محور إجهاد الضغط.

في زحف نابارو-هيرينغ، يرتبط k بمعامل انتشار الذرات عبر الشبكة، Q  = Q (الانتشار الذاتي)، m = 1، و b = 2. لذلك، فإن زحف نابارو-هيرينغ له اعتماد ضعيف على الإجهاد واعتماد متوسط ​​على حجم الحبيبات، حيث ينخفض ​​معدل الزحف مع زيادة حجم الحبيبات.     

يعتمد زحف نابارو-هيرينغ بشدة على درجة الحرارة. ولكي يحدث انتشار الذرات في الشبكة البلورية للمادة، يجب أن تكون مواقع الشبكة المجاورة أو المواقع البينية في البنية البلورية خالية. كما يجب على الذرة المعنية التغلب على حاجز الطاقة للانتقال من موقعها الحالي (الذي يقع في بئر جهد مستقر طاقيًا) إلى الموقع الشاغر المجاور (بئر جهد آخر). الصيغة العامة لمعادلة الانتشار هي: $${\displaystyle D=D_{0}e^{\frac {E}{KT}}}$$ حيث تعتمد قيمة D₀ على كلٍّ من تردد محاولات القفز وعدد المواقع المجاورة الأقرب واحتمالية خلوّ هذه المواقع. وبالتالي، يوجد اعتماد مزدوج على درجة الحرارة. عند درجات حرارة أعلى، تزداد معامل الانتشار نتيجةً لاعتماد المعادلة المباشر على درجة الحرارة، وزيادة الفراغات من خلال _تكوّن عيوب شوتكي ، وزيادة متوسط ​​طاقة الذرات في المادة. ويسود زحف نابارو-هيرينغ عند درجات حرارة عالية جدًا مقارنةً بدرجة انصهار المادة.

يُعدّ زحف كوبل الشكل الثاني من أشكال الزحف المُتحكَّم فيه بالانتشار. في زحف كوبل، تنتشر الذرات على طول حدود الحبيبات، مما يؤدي إلى استطالة الحبيبات على طول محور الإجهاد. وهذا ما يجعل زحف كوبل أكثر اعتمادًا على حجم الحبيبات من زحف نابارو-هيرينغ، وبالتالي، يكون زحف كوبل أكثر أهمية في المواد المكونة من حبيبات دقيقة جدًا. في زحف كوبل، يرتبط k بمعامل انتشار الذرات على طول حدود الحبيبات، Q  = Q (انتشار حدود الحبيبات)، m = 1، و b = 3. ولأن Q (انتشار حدود الحبيبات) أقل من Q (الانتشار الذاتي)، يحدث زحف كوبل عند درجات حرارة أقل من زحف نابارو-هيرينغ. ومع ذلك، يظل زحف كوبل معتمدًا على درجة الحرارة، فكلما ارتفعت درجة الحرارة، ازداد انتشار حدود الحبيبات. مع ذلك، ولأن عدد الجيران الأقرب محدود فعليًا على طول سطح التماس بين الحبيبات، ولأن التوليد الحراري للفراغات على طول الحدود أقل شيوعًا، فإن اعتماد الزحف الانتشارى على درجة الحرارة ليس قويًا كما هو الحال في زحف نابارو-هيرينغ. كما أنه يُظهر نفس الاعتماد الخطي على الإجهاد كما في زحف نابارو-هيرينغ. عمومًا، يجب أن يكون معدل الزحف الانتشارى مجموع معدل زحف نابارو-هيرينغ ومعدل زحف كوبل. يؤدي الزحف الانتشارى إلى انفصال حدود الحبيبات، أي تكوّن فراغات أو شقوق بينها. ولإصلاح ذلك، يحدث انزلاق حدود الحبيبات. يجب أن يتوازن معدل الزحف الانتشارى ومعدل انزلاق حدود الحبيبات إذا لم تكن هناك فراغات أو شقوق متبقية. عندما لا يستطيع انزلاق حدود الحبيبات استيعاب عدم التوافق، تتولد فراغات على حدود الحبيبات، وهو ما يرتبط ببدء كسر الزحف.     

يُعدّ زحف سحب المذاب أحد آليات زحف قانون القوة (PLC)، ويشمل كلاً من تدفق الانخلاعات والتدفق الانتشارى. ويُلاحظ زحف سحب المذاب في بعض السبائك المعدنية . في هذه السبائك، يزداد معدل الزحف خلال المرحلة الأولى من الزحف (الزحف العابر) قبل أن يصل إلى قيمة ثابتة. يُمكن تفسير هذه الظاهرة بنموذج مرتبط بتقوية المحلول الصلب. عند درجات الحرارة المنخفضة، تكون ذرات المذاب غير متحركة، مما يزيد من إجهاد التدفق اللازم لتحريك الانخلاعات. مع ذلك، عند درجات الحرارة المرتفعة، تكون ذرات المذاب أكثر حركة، وقد تُشكّل أغلفة وسحبًا حول الانخلاعات. يزداد احتمال حدوث ذلك، خاصةً إذا كان لذرة المذاب عدم تطابق كبير مع المصفوفة. تنجذب الذرات المذابة بفعل مجالات إجهاد الانخلاعات، وتكون قادرة على تخفيف مجالات الإجهاد المرن للانخلاعات الموجودة. وبالتالي، ترتبط الذرات المذابة بالانخلاعات. يُعطى تركيز المذاب، C ، على مسافة، r ، من الانخلاع بواسطة غلاف كوتريل المُعرّف كما يلي ^{[ 9 ].}$${\displaystyle C_{r}=C_{0}\exp \left(-{\frac {\beta \sin \theta }{rKT}}\right)}$$ حيث C₀ هو التركيز عند r = ∞ _، و β ثابت يحدد مدى انفصال المذاب. عندما تُحاط الانخلاعات بغلاف من المذاب، فإنها تتعرض لإجهاد عكسي من سحابة ذرات المذاب التي تحاول الانزلاق تحت تأثير إجهاد مطبق. إذا كان الإجهاد المطبق مرتفعًا بما يكفي، فقد ينفصل الانخلاع في النهاية عن الغلاف، مما يسمح له بمواصلة الانزلاق تحت تأثير الإجهاد المطبق. وقد حدد كوتريل وجاسون ^{[ 10 ]} أقصى قوة (لكل وحدة طول) يمكن أن يؤثر بها غلاف ذرات المذاب على الانخلاع.  $${\displaystyle {\frac {F_{\rm {max}}}{L}}={\frac {C_{0}\beta ^{2}}{bkT}}}$$ عند تنشيط انتشار ذرات المذاب عند درجات حرارة أعلى، يمكن لذرات المذاب "المرتبطة" بالانخلاعات بفعل عدم التطابق أن تتحرك مع انخلاعات الحافة، مما يُعيق حركتها إذا لم تكن حركة الانخلاعات أو معدل الزحف مرتفعًا جدًا. يرتبط مقدار "المقاومة" التي تُمارسها ذرات المذاب على الانخلاع بمعامل انتشار ذرات المذاب في المعدن عند تلك الدرجة، حيث يؤدي ارتفاع معامل الانتشار إلى انخفاض المقاومة والعكس صحيح. يمكن تقريب سرعة انزلاق الانخلاعات بقانون أُسّي على النحو التالي: $${\displaystyle v=B{\sigma ^{*}}^{m}B=B_{0}\exp \left({\frac {-Q_{\rm {g}}}{RT}}\right)}$$ حيث m هو معامل الإجهاد الفعال ، وQ هي طاقة التنشيط الظاهرية للانزلاق، و _B₀ ثابت . وقد اشتق كوتريل وجاسون المعامل B في المعادلة أعلاه لتفاعل ذرات المذاب مع الانخلاعات بناءً على عدم تطابق الحجم الذري النسبي εa للمذابات ^{[ 10 ]} _.$${\displaystyle B={\frac {9kT}{MG^{2}b^{4}\ln {\frac {r2}{r1}}}}\cdot {\frac {D_{\rm {sol}}}{\varepsilon _{\rm {a}}^{2}c_{0}}}}$$ حيث k هو ثابت بولتزمان، و r1 و r2 هما نصفا قطر القطع الداخلي والخارجي لحقل إجهاد الانخلاع . _و c0 و Dsol هما التركيز الذري للمذاب ومعامل انتشاره على التوالي. كما _{أن لـ} Dsol اعتمادًا _على درجة الحرارة يُسهم بشكلٍ حاسم _في Qg _.

إذا لم تتشكل سحابة من المواد المذابة، أو إذا تمكنت الانخلاعات من الانفصال عنها، يحدث الانزلاق بشكل متقطع، حيث تُتجاوز العوائق الثابتة، المتكونة من الانخلاعات بالاشتراك مع المواد المذابة، بعد فترة انتظار معينة بدعم من التنشيط الحراري. يكون الأس m أكبر من 1 في هذه الحالة. تُظهر المعادلات أن تأثير التصلب للمواد المذابة يكون قويًا إذا كان العامل B في معادلة قانون القوة منخفضًا، بحيث تتحرك الانخلاعات ببطء ويكون معامل الانتشار D_{_sol} منخفضًا. كذلك، تُعد ذرات المواد المذابة ذات التركيز العالي في المادة الأساسية والتفاعل القوي مع الانخلاعات عوامل فعّالة في تسهيل الانزلاق. وبما أن إجهاد عدم التطابق لذرات المواد المذابة هو أحد طرق تفاعلها مع الانخلاعات، فإنه يترتب على ذلك أن ذرات المواد المذابة ذات عدم التطابق الذري الكبير تُعد عوامل فعّالة في تسهيل الانزلاق. ويُعد انخفاض معامل الانتشار D_{_sol} شرطًا إضافيًا للتصلب القوي. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

يُظهر زحف الاحتكاك الناتج عن سحب المذاب أحيانًا ظاهرةً خاصة، ضمن معدل إجهاد محدود، تُعرف بتأثير بورتفين-لو شاتيليه . عندما يصبح الإجهاد المُطبق كبيرًا بما يكفي، تنفصل الانخلاعات عن ذرات المذاب نظرًا لزيادة سرعة الانخلاعات مع زيادة الإجهاد. بعد الانفصال، ينخفض ​​الإجهاد وسرعة الانخلاعات، مما يسمح لذرات المذاب بالاقتراب من الانخلاعات التي انفصلت عنها سابقًا والوصول إليها مرة أخرى، ما يؤدي إلى زيادة الإجهاد. تتكرر هذه العملية عند الوصول إلى قيمة عظمى محلية جديدة للإجهاد. لذا، يمكن رصد قيم عظمى وصغرى محلية متكررة للإجهاد أثناء زحف الاحتكاك الناتج عن سحب المذاب.

يُلاحَظ زحف الانزلاق الصاعد للانخلاعات في المواد عند درجات حرارة عالية. يكون معدل الزحف الأولي أكبر من معدل الزحف في حالة الاستقرار. يمكن توضيح زحف الانزلاق الصاعد كما يلي: عندما لا يكون الإجهاد المُطبَّق كافيًا لتجاوز الانخلاع المتحرك للعائق في طريقه عبر الانزلاق فقط، يمكن للانخلاع أن يصعد إلى مستوى انزلاق موازٍ من خلال عمليات الانتشار، ثم ينزلق على هذا المستوى الجديد. تتكرر هذه العملية في كل مرة يصادف فيها الانخلاع عائقًا. يمكن كتابة معدل الزحف على النحو التالي: $${\displaystyle {\frac {\mathrm {d} \varepsilon }{\mathrm {d} t}}={\frac {A_{\rm {CG}}D_{\rm {L}}}{\sqrt {M}}}\left({\frac {\sigma \Omega }{kT}}\right)^{4.5}}$$ حيث تتضمن A _CG تفاصيل هندسة حلقة الانخلاع، _وDL هي معامل انتشار الشبكة، وM هو عدد مصادر الانخلاع لكل وحدة حجم، و σ هو الإجهاد المطبق، و Ω هو الحجم الذري. يبلغ الأس m لزحف الانخلاع الانزلاقي 4.5 إذا كان M مستقلاً عن الإجهاد، وتتوافق هذه القيمة لـ m مع نتائج العديد من الدراسات التجريبية.

زحف هاربر-دورن هو آلية انخلاع متحكم بها بالصعود عند الإجهادات المنخفضة، وقد لوحظ في أنظمة الألومنيوم والرصاص والقصدير، بالإضافة إلى أنظمة غير معدنية مثل السيراميك والجليد. وقد رصده هاربر ودورن لأول مرة عام 1957. ^{[ 13 ]} يتميز هذا الزحف بظاهرتين رئيسيتين: علاقة أسية بين معدل الانفعال في الحالة المستقرة والإجهاد المطبق عند درجة حرارة ثابتة، وهي أضعف من العلاقة الأسية الطبيعية للزحف، وعلاقة مستقلة بين معدل الانفعال في الحالة المستقرة وحجم الحبيبات عند درجة حرارة وإجهاد محددين. تشير الملاحظة الأخيرة إلى أن زحف هاربر-دورن يتحكم فيه حركة الانخلاعات؛ أي بما أن الزحف يمكن أن يحدث عن طريق انتشار الفراغات (زحف نابارو-هيرينغ، زحف كوبل)، وانزلاق حدود الحبيبات، و/أو حركة الانخلاعات، وبما أن الآليتين الأوليين تعتمدان على حجم الحبيبات، فإن زحف هاربر-دورن يعتمد بالتالي على حركة الانخلاعات. ^{[ 14 ]} تم تأكيد الأمر نفسه أيضًا في عام 1972 من قبل باريت وزملائه ^{[ 15 ]} حيث أدت رواسب FeAl ₃ إلى خفض معدلات الزحف بمقدار رتبتين مقارنة بالألمنيوم عالي النقاء، مما يشير إلى أن زحف هاربر-دورن هو آلية تعتمد على الانخلاع.

عادةً ما تطغى آليات الزحف الأخرى على ظاهرة زحف هاربر-دورن في معظم الحالات، ولذلك لا تُلاحظ في معظم الأنظمة. المعادلة الظاهرية التي تصف زحف هاربر-دورن هي $${\displaystyle {\frac {\mathrm {d} \varepsilon }{\mathrm {d} t}}=\rho _{0}{\frac {D_{\rm {v}}Gb^{3}}{kT}}\left({\frac {\sigma _{\rm {s}}^{n}}{G}}\right)}$$ حيث ρ ₀ هي كثافة الخلع (ثابتة لزحف هاربر-دورن)، و D _v هي الانتشارية عبر حجم المادة، و G هو معامل القص و b هو متجه برجر ، و σ _s ، و n هو أس الإجهاد الذي يتراوح بين 1 و 3. ^{[ 16 ]}

عند درجات الحرارة العالية، يكون انكماش الفراغات في المادة مُفضلاً من الناحية الطاقية. ويُعاكس تطبيق إجهاد الشد انخفاض الطاقة المُكتسبة من انكماش الفراغات. لذا، يلزم تطبيق مقدار مُعين من إجهاد الشد لموازنة تأثيرات الانكماش هذه، مما يُؤدي إلى نمو الفراغات وكسر الزحف في المواد عند درجات الحرارة العالية. ويحدث هذا الإجهاد عند حد التلبيد للنظام. ^{[ 26 ]}

يرتبط الإجهاد الذي يميل إلى تقليص الفراغات والذي يجب التغلب عليه بطاقة السطح ونسبة مساحة السطح إلى الحجم للفراغات. بالنسبة لفراغ عام ذي طاقة سطح γ ونصف قطر انحناء رئيسي r1 و _{r2 ،} يكون إجهاد حد التلبيد هو ^{[ 27 ]}$${\displaystyle \sigma _{\rm {sint}}={\frac {\gamma }{r_{1}}}+{\frac {\gamma }{r_{2}}}}$$

تحت هذا الإجهاد الحرج، تميل الفراغات إلى الانكماش بدلاً من التمدد. كما ينتج عن تطبيق إجهاد ضغط تأثيرات انكماش إضافية للفراغات. في الوصف النموذجي للزحف، يُفترض أن إجهاد الشد المُطبق يتجاوز حد التلبيد.

يُفسر الزحف أيضًا أحد العوامل العديدة المساهمة في زيادة الكثافة أثناء تلبيد مسحوق المعادن بالضغط الساخن. يتمثل أحد الجوانب الرئيسية لزيادة الكثافة في تغير شكل جزيئات المسحوق. ولأن هذا التغير ينطوي على تشوه دائم للمواد الصلبة البلورية، يُمكن اعتباره عملية تشوه لدن، وبالتالي يُمكن وصف التلبيد بأنه عملية زحف عند درجات حرارة عالية. ^{[ 28 ]} يُسرّع إجهاد الضغط المُطبق أثناء الضغط من معدلات انكماش الفراغات، ويُتيح وجود علاقة بين قانون قوة الزحف في الحالة المستقرة ومعدل زيادة كثافة المادة. تُلاحظ هذه الظاهرة كإحدى آليات زيادة الكثافة الرئيسية في المراحل النهائية من التلبيد، حيث يُمكن تفسير معدل زيادة الكثافة (بافتراض خلو المسام من الغاز) بما يلي: ^{[ 29 ] [ 30 ]}$${\displaystyle {\dot {\rho }}={\frac {3A}{2}}{\frac {\rho (1-\rho )}{\left(1-(1-\rho )^{\frac {1}{n}}\right)^{n}}}\left({\frac {3}{2}}{\frac {P_{\rm {e}}}{n}}\right)^{n}}$$ حيث ρ̇ هو معدل التكثيف، و ρ هي الكثافة، _و Pe هو الضغط المطبق، وn يصف أس سلوك معدل الإجهاد، و A ثابت يعتمد على الآلية. ويُستنتج كل من A و n من الصيغة التالية لمعادلة الزحف العامة في الحالة المستقرة. $${\displaystyle {\dot {\varepsilon }}=A\sigma ^{n}}$$ حيث ε̇ هو معدل الإجهاد، و σ هو إجهاد الشد. ولأغراض هذه الآلية، يُستمد الثابت A من التعبير التالي، حيث A ′ ثابت تجريبي عديم الأبعاد، و μ هو معامل القص، و b هو متجه برجر، و k هو ثابت بولتزمان، و T هي درجة الحرارة المطلقة، _و D₀ هو معامل الانتشار، و Q هي طاقة تنشيط الانتشار: ^{[ 29 ]}$${\displaystyle A=A'{\frac {D_{0}\mu b}{kT}}\exp \left(-{\frac {Q}{kT}}\right)}$$

استنادًا إلى وصف آليات الزحف ومراحله الثلاث المختلفة المذكورة سابقًا، يمكن عمومًا تحقيق مقاومة الزحف باستخدام مواد لا تكون مرحلتها الثالثة نشطة، حيث يزداد معدل الإجهاد بشكل ملحوظ مع زيادة الضغط في هذه المرحلة. لذا، يجب أن يراعي تصميم المكون السليم المرحلة الأولى من الزحف، والتي تتميز بمعدل زحف ابتدائي مرتفع نسبيًا يتناقص مع زيادة مدة التعرض، مما يؤدي إلى المرحلة الثانية من الزحف، حيث يتباطأ معدل الزحف في المادة ويصل إلى أدنى قيمة له عبر التصلب بالتشكيل. وتُعد أدنى قيمة لمعدل الزحف في الواقع قيمة ثابتة، تلعب دورًا حاسمًا في تصميم المكون، وتعتمد قيمتها على درجة الحرارة والضغط. وتستند أدنى قيمة لمعدل الزحف، الشائعة الاستخدام في السبائك، إلى معيارين: (1) الضغط اللازم لإنتاج معدل زحف قدره⁽ 1) 0.1%/ساعة × 10⁻³ و(2) الإجهاد المطلوب لإنتاج معدل زحف قدره0.1%/ساعة × 10⁻⁴ ^، وهو ما يستغرق حوالي 11.5 سنة. يُستخدم المعيار الأول على نطاق واسع في تصميم مكونات شفرات التوربينات، بينما يُستخدم المعيار الثاني بكثرة في تصميم التوربينات البخارية. يتمثل أحد الأهداف الرئيسية لاختبارات الزحف في تحديد الحد الأدنى لمعدل الزحف في المرحلة الثانوية، وكذلك دراسة الوقت اللازم لحدوث الفشل النهائي للمكون. مع ذلك، لا توجد معايير محددة لتحديد الحد الأدنى لمعدلات الزحف في تطبيقات السيراميك، ولكن غالبًا ما يُختار السيراميك للعمليات ذات درجات الحرارة العالية تحت الأحمال نظرًا لعمره الطويل. ومع ذلك، من خلال الحصول على المعلومات من اختبارات الزحف، يمكن اختيار مادة (مواد) السيراميك المناسبة للتطبيق المطلوب لضمان الخدمة الآمنة وتقييم فترة الخدمة الآمنة في بيئات درجات الحرارة العالية التي تُعد فيها الثبات الحراري الهيكلي أمرًا بالغ الأهمية. لذلك، من خلال الاختيار الصحيح، يمكن اختيار مكونات سيراميكية ملائمة، قادرة على العمل في ظروف مختلفة من درجات الحرارة العالية وتشوه الزحف. ^{[ 52 ]}

بشكل عام، تختلف بنى المواد. فالمواد المعدنية تختلف في بنيتها عن البوليمرات أو السيراميك، وحتى ضمن نفس فئة المواد، قد توجد بنى مختلفة عند درجات حرارة مختلفة. يشمل هذا الاختلاف في البنية اختلاف الحبيبات (مثل أحجامها وأشكالها وتوزيعها)، وطبيعتها البلورية أو غير البلورية، وحتى محتوى الانخلاعات و/أو الفراغات التي تتغير بعد التشوه. لذا، بما أن الزحف عملية تعتمد على الزمن وتختلف من مادة إلى أخرى، يجب مراعاة جميع هذه العوامل عند اختيار المواد لتطبيق معين. على سبيل المثال، تُعد المواد ذات المحتوى المنخفض من الانخلاعات مناسبة لمقاومة الزحف. بعبارة أخرى، يمكن تقليل انزلاق الانخلاعات وصعودها باختيار المادة المناسبة (على سبيل المثال، تُعد المواد السيراميكية شائعة الاستخدام في هذه الحالة). أما بالنسبة للفراغات، فإن محتواها لا يعتمد فقط على المادة المختارة، بل يعتمد أيضًا على درجة حرارة تشغيل المكون. يمكن تصنيف العمليات التي تتحكم فيها عملية انتشار الفراغات، والتي تعزز الزحف، إلى انتشار حدود الحبيبات (زحف كوبل) وانتشار الشبكة البلورية (زحف نابارو-هيرينغ). لذا، يجب مراعاة خصائص الانخلاعات والفراغات، وتوزيعها في جميع أنحاء البنية، وتغيرها المحتمل نتيجة التعرض المطول للإجهاد ودرجة الحرارة، عند اختيار المواد لتصميم المكونات. وعليه، فإن دور الانخلاعات والفراغات، ومجموعة واسعة من العوائق التي يمكن أن تعيق حركة الانخلاعات، بما في ذلك حدود الحبيبات في المواد متعددة البلورات، وذرات المذاب، والترسبات، والشوائب، ومجالات الإجهاد الناشئة عن انخلاعات أخرى أو تراكمها، والتي تزيد من عمر المواد وتجعلها أكثر مقاومة للزحف، تُعد دائمًا من أهم العوامل في اختيار المواد وتصميم المكونات. على سبيل المثال، تحمل أنواع مختلفة من الفراغات في المواد الخزفية شحنات مختلفة ناتجة عن روابطها الكيميائية السائدة. لذا، يجب موازنة الشحنات في الفراغات الموجودة أو المتشكلة حديثًا للحفاظ على الحياد الكلي للبنية النهائية. إلى جانب الاهتمام بمحتوى كل من الانخلاعات والفراغات على حدة، يجدر أيضًا استكشاف العلاقة بينهما، إذ تعتمد قدرة الانخلاعات على الصعود بشكل كبير على عدد الفراغات المتاحة. باختصار، يجب اختيار وتطوير مواد ذات محتوى منخفض من الانخلاعات والفراغات للحصول على عنصر مقاومة زحف عملي. ^{[ 52 ] [ 53 ]}

درجة حرارة

يرتبط الزحف بدرجة انصهار المادة ( Tm ). عمومًا، يُتوقع عمر أطول _للمادة عند ارتفاع درجة انصهارها، ويعود سبب اختيار المواد ذات درجات الانصهار العالية إلى ارتباط عمليات الانتشار بتركيزات الشواغر التي تعتمد على درجة الحرارة. يكون معدل الانتشار أبطأ في المواد ذات درجات الحرارة العالية. تشتهر المواد الخزفية بارتفاع درجات انصهارها، ولذلك حظيت باهتمام كبير في تطبيقات مقاومة الزحف. على الرغم من أنه من المعروف أن الزحف يبدأ عند درجة حرارة تساوي 0.5 Tm _{، إلا} أن درجة الحرارة الآمنة لتجنب بدء الزحف هي 0.3 Tm _{. يُطلق على الزحف الذي يبدأ عند درجة حرارة أقل من 0.5 Tm} أو عندها اسم " _{زحف درجات الحرارة المنخفضة} " لأن الانتشار لا يكون متقدمًا جدًا عند هذه الدرجات المنخفضة، كما أن نوع الزحف الذي يحدث لا يعتمد بشكل أساسي على الانتشار، بل يرتبط بآليات أخرى. ^{[ 54 ]}

وقت

كما ذُكر سابقًا، يُعدّ الزحف تشوهًا يعتمد على الزمن. ولحسن الحظ، لا يحدث الزحف فجأةً في المواد الهشة كما يحدث تحت تأثير الشد وأنواع التشوه الأخرى، وهذا يُعدّ ميزةً للمصممين. بمرور الوقت، يتطور إجهاد الزحف في المادة المعرضة للإجهاد عند درجة حرارة التطبيق، ويعتمد ذلك على مدة التعرض. وبالتالي، فإن معدل الزحف هو أيضًا دالة للزمن إلى جانب درجة الحرارة والإجهاد. ويمكن تعميمه على النحو التالي: ε = F ( t , T , σ ) الذي يُبيّن للمصمم جميع المعايير الثلاثة، بما في ذلك الزمن ودرجة الحرارة والإجهاد، والتي تعمل معًا، ويجب أخذها جميعًا في الاعتبار لتحقيق مقاومة فعّالة للزحف. ^{[ 55 ]}