خلاصه ای از حالت های شکست فلز و تجزیه و تحلیل سطح شکست

Ⅰ مقدمه

مواد فلزی اغلب با سناریوهای شکست مانند شکستگی، خوردگی، سایش و تغییر شکل در کاربردهای مختلف مواجه هستند. در این میان، شکستگی یکی از خطرناک ترین انواع شکست محسوب می شود و همواره مورد توجه گسترده قرار گرفته است. هنگامی که یک فلز تحت فشار به دو یا چند قطعه تقسیم می شود (گاهی اوقات نیز تحت تأثیر گرما یا محیط های خورنده قرار می گیرد)، به عنوان شکستگی کامل شناخته می شود. هنگامی که در داخل فلز ترک هایی وجود داشته باشد، به آن شکستگی ناقص گفته می شود.

Ⅱ انواع شکستگی فلز

1. طبقه بندی بر اساس درجه تغییر شکل پلاستیک قبل از شکست

سندبلاست از هوای فشرده به عنوان قدرتی برای پاشیدن مواد ساینده (مانند سنگ مس، ماسه کوارتز، کوراندوم، ماسه آهن، ماسه هاینان و غیره) با سرعت بالا بر روی سطح قطعه کار استفاده می کند. در اثر ضربه و عمل برش ساینده، سطح قطعه تغییر می کند و به درجه خاصی از تمیزی و زبری متفاوت می رسد.

شکستگی شکل پذیر

همچنین به عنوان شکستگی انعطاف پذیر یا شکستگی پلاستیک شناخته می شود.

ویژگی های سطح شکست:از نظر ماکروسکوپی، سطح شکستگی یک شکست انعطاف پذیر تغییر شکل پلاستیکی قابل توجه، تغییرات در اندازه شکستگی، وجود نواحی فیبری و برشی لب و رنگ مات را نشان می دهد. از نظر میکروسکوپی، الگوهای گودی، ساختارهای فیبری، تابشی و الگوهای برآمدگی استخوان شاهی را نشان می دهد.

تعیین:به طور کلی تعریف می شود که اگر کاهش سطح یک نمونه کششی صاف بیشتر از 5 درصد باشد، شکست شکل پذیر محسوب می شود.

▲ سطح ماکروسکوپی شکستگی شکل پذیر

▲ سطح میکروسکوپی شکستگی شکل پذیر

شکستگی شکننده

مشخصات شکستگی:ویژگی های شکست شکننده در هر دو سطح ماکروسکوپی و میکروسکوپی عدم تغییر شکل پلاستیک قابل توجه و سطوح نسبتاً صاف و براق است. این ویژگی‌ها به این دلیل به وجود می‌آیند که مواد در طول شکست دچار تغییر شکل پلاستیکی کافی نمی‌شوند، که باعث می‌شود ترک‌ها به سرعت پخش شوند و سطوح شکستگی منظم و صاف را تشکیل دهند. در سطح میکروسکوپی، مراحل برش، الگوهای رودخانه، و الگوهای زبان مکانیسم‌های شکستگی و مسیرهای انتشار ترک شکستگی‌های شکننده را بیشتر نشان می‌دهند.

خطر:به طور کلی، هیچ علامت قبلی وجود ندارد و به طور ناگهانی رخ می دهد که اغلب منجر به عواقب شدید می شود.

تعیین:کاهش سطح مقطع کمتر از 5% در نمونه های کششی صاف ممکن است نشان دهنده حداقل تغییر شکل پلاستیکی یکنواخت باشد که شکستگی شکننده در نظر گرفته می شود.

▲ سطح ماکروسکوپی شکستگی شکننده

▲ سطح ماکروسکوپی شکستگی شکننده

2. طبقه بندی بر اساس مسیر انتشار ترک

شکستگی گرانولار

خصوصیات:ترک در داخل دانه ها منتشر می شود.

طبیعت:می تواند شکل پذیر یا شکننده باشد.

▲ شماتیک شکستگی گرانولار

▲ میکروگراف شکستگی گرانولار

شکستگی بین دانه ای

خصوصیات:ترک در امتداد مرزهای دانه منتشر می شود.

طبیعت:شکستگی های اغلب شکننده.

▲ شماتیک شکست بین دانه ای

▲ میکروگراف شکست بین دانه ای

3. طبقه بندی بر اساس نوع تنش و موقعیت نسبی جهت سطح شکستگی به تنش

شکست کششی

جهت سطح شکست عمود بر حداکثر تنش نرمال است.

طبیعت:شکستگی عمدتا شکننده است، اما همچنین می تواند تغییر شکل پلاستیک قابل توجهی را نشان دهد.

شکستگی برشی

جهت گیری سطح شکست با جهت حداکثر تنش برشی همسو می شود و زاویه 45 درجه را با حداکثر تنش نرمال تشکیل می دهد.

طبیعت:شکستگی شکل پذیر.

 

4. طبقه بندی بر اساس ماهیت بار و علت استرس

شکستگی خستگی

تعریف:شکست در مواد تحت بارهای متناوب رخ می دهد.

مکانیسم:نتیجه اثر ترکیبی تنش متناوب و زمان.

▲ شکستگی خستگی ناشی از تنش و فشار ترکیبی

شکستگی محیطی

تعریف:شکستگی کم تنش مصالح ناشی از عوامل محیطی.

طبقه بندی:عمدتا شامل ترک خوردگی تنشی و شکنندگی هیدروژنی است.

▲ شکستگی خوردگی

II. روش های تجزیه و تحلیل سطح شکستگی فلز

روش سه مرحله ای برای تجزیه و تحلیل سطوح شکست فلزی یک فرآیند سیستماتیک با هدف درک علل، مکانیسم ها و خواص شکستگی مواد با مشاهده و ارزیابی سطوح شکست است.

مرحله 1: مشاهده ماکروسکوپی

هدف:برای انجام یک مشاهده اولیه با چشم غیرمسلح، ذره بین یا میکروسکوپ نوری کم توان برای جمع آوری اطلاعات ماکروسکوپی در مورد سطح شکستگی.

محتوا

مشاهده اجمالی:ابتدا ظاهر کلی و روابط متقابل نواحی مختلف سطح شکستگی را با استفاده از چشم غیرمسلح و لنزهای با بزرگنمایی کم مشاهده کنید.

تجزیه و تحلیل ماهیت شکست:تعیین اولیه ماهیت شکستگی، مانند شکستگی انعطاف پذیر، شکستگی شکننده و غیره.

قضاوت در مورد منشاء کرک:محل منشاء ترک و جهت انتشار ترک را تجزیه و تحلیل کنید.

ارزیابی کیفیت متالورژی و عملیات حرارتی:از مشاهدات ماکروسکوپی برای ارزیابی اولیه کیفیت متالورژی و کیفیت عملیات حرارتی استفاده کنید.

ضبط:عکسبرداری و ثبت نتایج مشاهدات ماکروسکوپی برای تجزیه و تحلیل بعدی.

مرحله 2: مشاهده میکروسکوپی

هدف:برای انجام یک مشاهده عمیق تر با استفاده از میکروسکوپ های پرقدرت (مانند میکروسکوپ های متالوگرافی و میکروسکوپ های الکترونی روبشی) برای به دست آوردن اطلاعات میکروسکوپی در مورد سطح شکست.

محتوا

مشاهده مستقیم سطح شکست:مشخصات مورفولوژیکی میکروسکوپی سطح شکست را با استفاده از میکروسکوپ های متالوگرافی یا میکروسکوپ های الکترونی روبشی مشاهده کنید.

مشاهده مشخصات شکستگی:ریزساختار، مسیر انتشار ترک و مکانیسم شکست را بیشتر درک کنید.

تایید اطلاعات ماکروسکوپی:از مشاهده میکروسکوپی برای تأیید بیشتر اطلاعات جمع آوری شده در طول مشاهده ماکروسکوپی استفاده کنید.

تعیین ماهیت شکست:بر اساس نتایج مشاهدات میکروسکوپی، ماهیت، سرعت انتشار و محل مبدا شکستگی را با دقت بیشتری تعیین کنید.

شناسایی علت شکستگی:از طریق تجزیه و تحلیل جامع، علت و مکانیسم شکستگی را شناسایی کنید.

مرحله 3: تجزیه و تحلیل کمی

هدف:انجام تحقیقات عمیق تر روی سطح شکست از طریق آزمایش و تجزیه و تحلیل کمی برای به دست آوردن داده های عملکرد دقیق تر.

محتوا

تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی:تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی مواد شکستگی، از جمله محتوای عناصر اصلی، ناخالصی‌ها و اجزای غیرفلزی.

تست خواص مکانیکی:برای ارزیابی استحکام، چقرمگی و سختی مواد شکستگی، آزمایش‌های کششی، ضربه، سختی و سایر ویژگی‌های مکانیکی را روی مواد شکست انجام دهید.

تجزیه و تحلیل مورفولوژی شکستگی:از ابزارهایی مانند میکروسکوپ های الکترونی روبشی (SEM) برای تجزیه و تحلیل کمی مورفولوژی شکست، مانند طول، عرض، عمق و غیره ترک استفاده کنید.

ارزیابی مکانیزم شکست:مکانیسم شکستگی مانند شکستگی انعطاف پذیر، شکستگی شکننده و غیره را بر اساس نتایج آزمایش کمی ارزیابی کنید.

ارزیابی جامع:نتایج حاصل از مشاهدات ماکروسکوپی، مشاهده میکروسکوپی و تجزیه و تحلیل کمی را برای ارزیابی جامع عملکرد مواد ترکیب کنید.

از طریق روش سه مرحله‌ای تجزیه و تحلیل سطح شکستگی فلز، می‌توان به درک جامع و عمیقی از علل، مکانیسم‌ها و خواص شکستگی‌های فلزی دست یافت و منابع مهمی برای طراحی، ساخت و استفاده از مواد فراهم کرد.