Podsumowanie trybów pękania metali i analizy powierzchni pęknięć

I Wprowadzenie

Materiały metalowe często stają w obliczu scenariuszy awarii, takich jak pękanie, korozja, zużycie i odkształcenie w różnych zastosowaniach. Spośród nich pęknięcie jest uważane za jeden z najniebezpieczniejszych typów awarii i zawsze cieszyło się powszechną uwagą. Kiedy metal rozdziela się na dwa lub więcej kawałków pod wpływem naprężeń (czasami również pod wpływem ciepła lub mediów korozyjnych), nazywa się to całkowitym pęknięciem. Kiedy w metalu występują pęknięcia, nazywa się to niepełnym pęknięciem.

II rodzaje pęknięć metalu

1. Klasyfikacja według stopnia odkształcenia plastycznego przed pęknięciem

Piaskowanie wykorzystuje sprężone powietrze jako siłę do rozpylania materiałów ściernych (takich jak ruda miedzi, piasek kwarcowy, korund, piasek żelazny, piasek Hainan itp.) z dużą prędkością na powierzchnię przedmiotu obrabianego. Ze względu na uderzenie i działanie tnące materiału ściernego powierzchnia przedmiotu obrabianego zmienia się, osiągając określony poziom czystości i różną chropowatość.

Pęknięcie ciągliwe

Znane również jako pęknięcie ciągliwe lub pęknięcie plastyczne.

Charakterystyka powierzchni pęknięcia:Makroskopowo powierzchnia pęknięcia ciągliwego wykazuje znaczną deformację plastyczną, zmiany w rozmiarze pęknięcia, obecność włóknistych i ścinających obszarów wargowych oraz matowy kolor. Mikroskopowo wykazuje wzory wgłębień, struktury włókniste, promieniste i jodełkowe wzory grzbietów.

Determinacja:Ogólnie przyjmuje się, że jeżeli zmniejszenie powierzchni gładkiej próbki rozciąganej jest większe niż 5%, wówczas pęknięcie uważa się za ciągliwe.

▲ Makroskopowa powierzchnia pęknięcia ciągliwego

▲ Mikroskopijna powierzchnia pęknięcia ciągliwego

Kruche pękanie

Charakterystyka złamania:Charakterystyka kruchego pękania zarówno na poziomie makroskopowym, jak i mikroskopowym to brak znaczącej deformacji plastycznej i stosunkowo gładkie, błyszczące powierzchnie. Cechy te powstają, ponieważ materiał nie ulega wystarczającej deformacji plastycznej podczas pękania, co powoduje, że pęknięcia rozprzestrzeniają się szybko i tworzą schludne, gładkie powierzchnie pęknięć. Na poziomie mikroskopowym stopnie rozszczepienia, wzory rzek i wzory języków dodatkowo ujawniają mechanizmy pękania i ścieżki rozprzestrzeniania się pęknięć kruchych pęknięć.

Zaryzykować:Zazwyczaj nie ma żadnych wcześniejszych objawów i choroba pojawia się nagle, często prowadząc do poważnych konsekwencji.

Determinacja:Zmniejszenie pola przekroju poprzecznego o mniej niż 5% w przypadku gładkich próbek rozciąganych może wskazywać na minimalne równomierne odkształcenie plastyczne, które uważa się za kruche pęknięcie.

▲ Makroskopowa powierzchnia kruchego pęknięcia

▲ Makroskopowa powierzchnia kruchego pęknięcia

2. Klasyfikacja według ścieżki rozprzestrzeniania się pęknięcia

Pęknięcie transgranularne

Charakterystyka:Pęknięcie rozprzestrzenia się poprzez wnętrze ziaren.

Natura:Może być ciągliwy lub kruchy.

▲ Schemat pęknięcia transkrystalicznego

▲ Mikrofotografia pęknięcia transkrystalicznego

Pęknięcie międzykrystaliczne

Charakterystyka:Pęknięcie rozprzestrzenia się wzdłuż granic ziaren.

Natura:Przeważnie pęknięcia kruche.

▲ Schemat pęknięcia międzykrystalicznego

▲ Mikrofotografia pęknięć międzykrystalicznych

3. Klasyfikacja według rodzaju naprężenia i względnego położenia orientacji powierzchni pęknięcia względem naprężenia

Pęknięcie rozciągające

Orientacja powierzchni pęknięcia jest prostopadła do maksymalnego naprężenia normalnego.

Natura:Najczęściej jest to pęknięcie kruche, ale może również wykazywać znaczne odkształcenia plastyczne.

Pęknięcie ścinające

Orientacja powierzchni pęknięcia jest zgodna z kierunkiem maksymalnego naprężenia ścinającego, tworząc kąt 45 stopni z maksymalnym naprężeniem normalnym.

Natura:Pęknięcie ciągliwe.

 

4. Klasyfikacja według charakteru obciążenia i przyczyny naprężenia

Pęknięcie zmęczeniowe

Definicja:Pęknięcie powstające w materiałach pod wpływem zmiennych obciążeń.

Mechanizm:Wynik łącznego działania naprzemiennego stresu i czasu.

▲ Pęknięcie zmęczeniowe spowodowane łącznym rozciąganiem i ściskaniem

Pęknięcie środowiskowe

Definicja:Pęknięcia niskonaprężeniowe materiałów wywołane czynnikami środowiskowymi.

Klasyfikacja:Obejmuje głównie korozję naprężeniową i kruchość wodorową.

▲ Pęknięcie korozyjne

II. Metody analizy powierzchni pęknięć metali

Trzyetapowa metoda analizy powierzchni pęknięć metali jest systematycznym procesem mającym na celu zrozumienie przyczyn, mechanizmów i właściwości pęknięć materiałów poprzez obserwację i ocenę powierzchni pęknięć.

Krok 1: Obserwacja makroskopowa

Zamiar:Wykonanie wstępnej obserwacji gołym okiem, przy użyciu lupy lub mikroskopu optycznego o małym powiększeniu w celu zebrania makroskopowych informacji o powierzchni pęknięcia.

Treść

Przegląd Obserwacja:Najpierw należy dokonać ogólnej obserwacji wyglądu i wzajemnych powiązań różnych obszarów powierzchni pęknięcia, używając do tego celu gołego oka i soczewek o małym powiększeniu.

Analiza natury pęknięcia:Dokonaj wstępnego ustalenia rodzaju pęknięcia, np. czy jest to pęknięcie ciągliwe, kruche itp.

Ocena pochodzenia cracka:Przeanalizuj lokalizację początku pęknięcia i kierunek jego rozprzestrzeniania się.

Ocena jakości obróbki metalurgicznej i cieplnej:Wykorzystaj obserwację makroskopową do wstępnej oceny jakości metalurgicznej i jakości obróbki cieplnej.

Nagranie:Fotografuj i zapisuj wyniki obserwacji makroskopowych w celu późniejszej analizy.

Krok 2: Obserwacja mikroskopowa

Zamiar:Przeprowadzenie dogłębniejszych obserwacji przy użyciu mikroskopów o dużej mocy (takich jak mikroskopy metalograficzne i skaningowe mikroskopy elektronowe) w celu uzyskania mikroskopowych informacji o powierzchni pęknięcia.

Treść

Bezpośrednia obserwacja powierzchni pęknięcia:Za pomocą mikroskopów metalograficznych lub skaningowych mikroskopów elektronowych należy dokonać mikroskopowej obserwacji morfologicznych powierzchni pęknięcia.

Obserwacja profilu złamania:Dalsze zrozumienie mikrostruktury, ścieżki rozprzestrzeniania się pęknięć i mechanizmu pękania.

Weryfikacja informacji makroskopowych:Wykorzystaj obserwację mikroskopową w celu dalszej weryfikacji informacji zebranych podczas obserwacji makroskopowej.

Określenie rodzaju pęknięcia:Dokładniejsze określenie charakteru, prędkości rozprzestrzeniania się i lokalizacji początkowej pęknięcia w oparciu o wyniki obserwacji mikroskopowych.

Identyfikacja przyczyny złamania:Za pomocą kompleksowej analizy określ przyczynę i mechanizm złamania.

Krok 3: Analiza ilościowa

Zamiar:Przeprowadzenie dogłębniejszych badań powierzchni pęknięcia poprzez ilościowe testy i analizy w celu uzyskania dokładniejszych danych dotyczących wydajności.

Treść

Analiza składu chemicznego:Przeprowadź analizę składu chemicznego materiału pękniętego, w tym zawartości głównych pierwiastków, zanieczyszczeń i wtrąceń niemetalicznych.

Badanie właściwości mechanicznych:Przeprowadź testy rozciągania, udarności, twardości i inne testy właściwości mechanicznych materiału pękniętego, aby ocenić jego wytrzymałość, odporność i twardość.

Analiza morfologii pęknięć:Do ilościowej analizy morfologii pęknięć, np. długości, szerokości, głębokości itp., należy stosować urządzenia takie jak skaningowe mikroskopy elektronowe (SEM).

Ocena mechanizmu złamania:Oceń mechanizm pękania, np. pęknięcie ciągliwe, pęknięcie kruche itp. na podstawie wyników badań ilościowych.

Ocena kompleksowa:Łączenie wyników obserwacji makroskopowych, obserwacji mikroskopowych i analizy ilościowej w celu kompleksowej oceny wydajności materiału.

Dzięki trzyetapowej metodzie analizy powierzchni pęknięć metalu można uzyskać wszechstronne i dogłębne zrozumienie przyczyn, mechanizmów i właściwości pęknięć materiałów metalowych, co stanowi ważne odniesienie do projektowania, wytwarzania i użytkowania materiałów.