شاید تصاویر زیر را دیده باشید و با داستان ترک خوردن و به دو نیم شدن کشتیهای آمریکایی در بحبوحه‌ی جنگ جهانی دوم آشنا باشید. اگر هم از ماجرا بی‌خبرید، داستانش را بصورت خیلی خلاصه برایتان تعریف می‌کنم.
آغاز داستان از اینجاست که نخست‌وزیر انگلستان یعنی چرچیل، دولتمردان آمریکایی را قانع می‌کند که باید وارد جنگ شوند و در نهایت آمریکا با بر عهده گرفتن نقش پشتیبانی و لجستیک جبهه‌های نبرد، به متفقین می‌پیوندد.
برای تامین نیازها، آمریکایی‌ها یک پروژه‌ی اضطراری برای ساختن تعداد زیادی کشتی تعریف کردند که طی این پروژه در سالهای ۱۹۴۱ تا ۱۹۴۶ میلادی، تعداد ۲۵۸۰ کشتی از نوع آزادی (Liberty ships)، ۴۱۴ کشتی پیروزی (Victory ships) و ۵۳۲ نفتکش (T2 oil tankers) ساخته شدند. تا قبل از این پروژه، کشتیها و سازه‌های بزرگ دیگر با پرچ ساخته می‌شدند ولی برنامه‌ریزان و طراحان پروژه به این نتیجه رسیدند که استفاده از پرچ به‌هیچ وجه جوابگوی کار نیست و باید از جوشکاری برای ساخت کشتیها استفاده کنند.
کار آغاز شد و به خوبی پیش رفت بطوری‌که در ماههای آخر، صفر تا صد ساخت یک کشتی در ۵ روز به انجام می‌رسید و کشتی به آب انداخته می‌شد.
اما به زودی خبرهای ناگوار از راه رسیدند. برخی از این کشتیها ناپدید شدند و برخی دیگر با ترکهایی ۳ متری به اسکله بازگشتند. حتی در یک مورد جالب، یکی از این کشتیها درست یک روز پس از ساخت، درحالی‌که در کنار اسکله روی آب شناور بود و قرار بود از فردا برای نخستین بار وارد آبهای خروشان اقیانوس شود، به دو نیمه شکسته شد! (همان عکس بالا)
در اینجاست که به یک نام گم شده در تاریخ برمی‌خوریم که نقش بسیار مهمی در پاسخ دادن به چرایی رخ دادن این حوادث داشت ولی نام و نشانی از او در کتابهایی که به بحث مکانیک شکست پرداخته‌اند، به چشم نمی‌خورد.
صحبت از بانویی متالورژ است به نام کنستانس تیپر (Constance Tipper)
خانم تیپر که بعنوان محقق با چند مرکز پژوهشی در زمینه‌ی رشد بلور و تبلور مجدد فلزات همکاری کرده بود، در سال ۱۹۳۵ کتاب «تغییر شکل بلورها» را نوشت که در آن زمان به کتابی مرجع تبدیل شد.
اما برسیم به داستان کشتیهای دو نیم شده!
وقتی کمیته‌ای مسئول بررسی علت شکست کشتیها شد، کنستانس تیپر به این تیم تحقیقاتی پیوست. او پس از مدتی به این نتیجه رسید که متهم اصلی جوشکاری نیست؛ بلکه ذات فولاد (State Of The Steel) باعث این حوادث شده است. وی نشان داد كه متریال مورد استفاده در كشتی‌های آمریكایی، در دمای بالاتر از نقطۀ انجماد شكننده بوده و بنابراین در شرایط كاملاً طبیعی در دریا، رفتارش بیشتر مانند چدن بوده تا فولاد نرم و انعطاف‌پذیر. (مفهوم DBTT یا همان تغییر رفتار نرم به ترد فولاد)
فکر می‌کنم اکنون با من هم‌نظر باشید که جامعه‌ی مهندسی و علمی دنیا در معرفی این بانوی برجسته، بسیار کوتاهی کرده است اما نکته اینجاست که لیست این زنان قدرندیده طولانی است و به یکی دو مورد ختم نمی‌شود. زنان دانشمندی که دست به اکتشافات مهمی زده‌اند اما نام و نشانی از آنها در کتابهای علمی و درسی نمی‌یابیم.
زنانی که یا نتیجه‌ی تلاش‌هایشان به سرقت رفته یا جوایز مهم علمی به همکارانشان اهدا شده و از همه دردناکتر اینکه تاریخ، کارها و تلاش‌های آنها را به فراموشی سپرده است.
پیشنهاد می‌کنم نوشتاری کوتاه با عنوان زنان فراموش شده‌ی تاریخ علم چه کسانی هستند؟ را بخوانید تا با آنان و دستاوردهایشان آشنا شوید.
پی‌نوشت ۱ مسلماً با کمی جستجو در اینترنت می‌توانید نام بانوانی ایرانی را بیابید که در حوزه‌ی تخصصشان برجسته بوده‌اند و هستند اما بسیاری از ما با نامشان و کارهای ارزنده‌ای که انجام داده‌اند، آشنایی نداریم. شاید معروفترین مثال نقض در این مورد، مریم میرزاخانی باشد.
پی‌نوشت ۲ من نخستین‌بار بطور خیلی اتفاقی با کنستانس تیپر از طریق خواندن این مقاله آشنا شدم که علاوه بر خواندن آن می‌توانید با خواندن ویکیپدیا، از زندگی این بانوی متالورژ اطلاعات بیشتری بدست آورید. تیپر در سال ۱۹۹۵ در سن ۱۰۱ سالگی درگذشت.
خیلی جالب بود مهندس عزیز. سپاس
به تایتانیک هم وصلش میکردی
درود و سپاس جناب نصیری ارجمند،
قصدم این بود که نمرکز این نوشتار روی خانم تیپر باشد و به همین خاطر سعی کردم از وارد شدن به جزئیات تکنیکی پرهیز کنم.
پاینده باشید.
سلام کامران عزیز. مطلب بسیار جالبی تهیه کردی که همیشه در کنار داستان های شکست ترد کشتی ها (مثل کشتی تایتانیک) یا تست هیدروستاتیک ظروف تحت فشار در دمای پایین مثال های خوب و قابل فهمی هستند. ولی کاش با همان دیدگاه متالورژیکی خودت بیشتر توضیح بدی تا برای ما که متالورژیست نیستیم قابل فهم تر باشه.
من متوجه این جمله نمیشم و احساس می کنم باید طور دیگه ای نوشته می شد:
… وی نشان داد كه متریال مورد استفاده در كشتی‌های آمریكایی، در دمای بالاتر از نقطۀ انجماد شكننده بوده و بنابراین در شرایط كاملاً طبیعی در دریا، رفتارش بیشتر مانند چدن بوده تا فولاد نرم و انعطاف‌پذیر.
به نظر من استیل در دمای پایین تر از نقطه انجماد شکننده است و در دریا با دمای معمولی (بالای ۲۰ درجه سلسیوس) رفتارش نرم است ولی در دریای آتلانتیک شمالی که دما خیلی پایین است (نزدیک به صفر سلسیوس) رفتار ترد و شکننده مثل چدن داشته.
از طرفی، دلیل اینکه وقتی همان فولاد بصورت پرچی در بدنه کشتی بکار می رفته مشکلی ایجاد نمی کرده ولی بصورت جوشکاری دچار ترک (شکننده) می شده هم باید جالب باشه.
اینکه جوش بعنوان یک نقطه تمرکز تنش بحساب میاد در حالی که نقاط پرچ شده انرژی بالاتری رو نسبت به جوش میتونن جذب کنن.
درود جناب رضازاده ارجمند،
همانطور که می‌دانید وقتی شیشه جلو خودرو ترک می‌خورد، در انتهای ترک یک سوراخ کوچک ایجاد می‌کنند تا با تغییر محیط، ترک بیشتر رشد نکند. در مورد ورقهای پرچ شده هم همین موضوع وجود دارد یعنی در گذشته که کشتیها با روش پرچ شدن ساخته می شدند (مانند تایتانیک) اگر در يكي از ورقهاي كشتي شكست ترد رخ مي داد، ترك در انتهاي صفحه يا در يك رديف پرچ متوقف مي شد اما در يك كشتي تمام جوشكاری شده، بدنه‌ی كشتي عملا يك ورق پيوسته است و اگر شكست ترد شروع شود، ممكن است به طور ناگهاني ادامه يابد.
درود جناب رضازاده
از لطفت سپاسگزارم و ممنونم که وقت گذاشتی و برداشتت را نوشته‌ای. شاید توضیح این رفتار فولاد با گفتن مثالی از پلیمرها راحتتر باشد. اگر یادت باشد شلنگ های آب در زمستان ترد و خشک و شکننده می شدند که این یکی از خواص پلیمرهاست یعنی با کاهش دما، ترد می شوند که به آن دما glassy point یا دمای شیشه ای شدن می گویند. این رفتار در فلزات با ساختار BCC هم وجود دارد یعنی با کاهش دما صفحات لغزش آنها قفل می شود و به همین سبب تافنس شکست آنها شدیداً افت می کند که به این دما DBTT (دمای انتقال) یا NDT می گویند که این دومی مخفف nil ductility temp است. آنالیز شیمیایی، ریزساختار و عملیات حرارتی بر دمای انتقال موثرند.
آزمایشها نشان داده اند که دماي انتقال برای نمونه طولی ورق تایتانیک 34 درجه سانتيگراد و 56 درجه سانتيگراد براي نمونه عرضي بوده است يعني اين فولاد در دماهاي زير 33 درجه سانتيگراد ترد شده و مستعد آسيب بوده است.
بنا بر گزارشها و مدارك موجود، دماي آب به هنگام برخورد تايتانيك با كوه يخ، 2- درجه سانتيگراد بوده است كه اگر اين عامل را در كنار تافنس كم فولاد بدنه تايتانيك به دلايلي از جمله: ميزان كم منگنز، پايين بودن نسبت Mn:S درشت دانه بودن فريتها و نيز وجود كلني هاي درشت پرليت قرار دهيم به اين نتيجه مي رسيم كه با وجود استفاده از مرغوبترين فولادي كه سازندگان تايتانيك در دسترس داشتند اما رخ دادن پديده تبديل رفتار نرم به ترد فولاد در كنار عامل نيروي اعمالي هنگام برخورد به كوه يخ سبب ايجاد آن فاجعه گرديد.