Souhrn režimů lomu kovu a analýzy povrchu lomu

Ⅰ Úvod

Kovové materiály často čelí scénářům selhání, jako je lom, koroze, opotřebení a deformace v různých aplikacích. Mezi nimi je zlomenina považována za jeden z nejnebezpečnějších typů selhání a vždy se jí dostalo široké pozornosti. Když se kov rozdělí na dva nebo více kusů pod napětím (někdy také ovlivněném teplem nebo korozívním prostředím), nazývá se to úplný zlom. Když jsou v kovu praskliny, nazývá se to neúplný lom.

Ⅱ Typy kovových zlomenin

1. Klasifikace podle stupně plastické deformace před zlomeninou

Pískování využívá stlačený vzduch jako sílu k rozprašování abrazivních materiálů (jako je měděná ruda, křemenný písek, korund, železný písek, hainanský písek atd.) vysokou rychlostí na povrch obrobku. Nárazem a řezným působením brusiva se mění povrch obrobku, čímž se dosahuje určité úrovně čistoty a různé drsnosti.

Tvárná zlomenina

Také známý jako tvárný lom nebo plastický lom.

Charakteristika lomového povrchu:Makroskopicky lomová plocha tvárného lomu vykazuje významnou plastickou deformaci, změny velikosti lomu, přítomnost vláknitých a smykových okrajových oblastí a matnou barvu. Mikroskopicky vykazuje důlkové vzory, vláknité struktury, vyzařující a rybí hřebenové vzory.

Určení:Obecně je definováno, že pokud je zmenšení plochy hladkého tahového vzorku větší než 5 %, považuje se to za tvárný lom.

▲ Makroskopický povrch tvárného lomu

▲ Mikroskopický povrch tvárného lomu

Křehká zlomenina

Charakteristiky zlomeniny:Charakteristikou křehkého lomu na makroskopické i mikroskopické úrovni je absence výrazné plastické deformace a relativně hladké, lesklé povrchy. Tyto vlastnosti vznikají, protože materiál během lomu nepodléhá dostatečné plastické deformaci, což způsobuje, že se trhliny rychle šíří a vytvářejí úhledné, hladké lomové povrchy. Na mikroskopické úrovni kroky štěpení, říční vzory a vzory jazyka dále odhalují lomové mechanismy a cesty šíření trhlin křehkých lomů.

Nebezpečí:Obecně neexistují žádné předchozí příznaky a objevuje se náhle, což často vede k vážným následkům.

Určení:Snížení plochy průřezu o méně než 5 % u hladkých tahových vzorků může indikovat minimální rovnoměrnou plastickou deformaci, která je považována za křehký lom.

▲ Makroskopický povrch křehkého lomu

▲ Makroskopický povrch křehkého lomu

2. Klasifikace podle cesty šíření trhliny

Transgranulární zlomenina

Vlastnosti:Trhlina se šíří vnitřkem zrn.

Příroda:Může být buď tažný, nebo křehký.

▲ Schéma transgranulární zlomeniny

▲ Mikrofotografie transgranulární zlomeniny

Intergranulární zlomenina

Vlastnosti:Trhlina se šíří podél hranic zrn.

Příroda:Většinou křehké zlomeniny.

▲ Schéma mezikrystalového lomu

▲ Mikrofotografie mezikrystalové zlomeniny

3. Klasifikace podle typu napětí a relativní polohy orientace povrchu lomu vůči napětí

Tahová zlomenina

Orientace povrchu lomu je kolmá na maximální normálové napětí.

Příroda:Většinou křehký lom, ale může vykazovat i výraznou plastickou deformaci.

Smyková zlomenina

Orientace povrchu lomu je v souladu se směrem maximálního smykového napětí a tvoří úhel 45 stupňů s maximálním normálovým napětím.

Příroda:Tvárný lom.

 

4. Klasifikace podle povahy zátěže a příčiny stresu

Únavová zlomenina

Definice:Lom vznikající v materiálech při střídavém zatížení.

Mechanismus:Výsledek kombinovaného účinku střídání stresu a času.

▲ Únavová zlomenina způsobená kombinovaným tahem a stlačením

Environmentální zlomenina

Definice:Nízkonapěťový lom materiálů způsobený faktory prostředí.

Klasifikace:Zahrnuje především korozní praskání pod napětím a vodíkové křehnutí.

▲ Korozní lom

II. Metody povrchové analýzy lomu kovů

Třístupňová metoda pro analýzu povrchů lomů kovů je systematický proces zaměřený na pochopení příčin, mechanismů a vlastností lomů materiálu pozorováním a hodnocením lomových povrchů.

Krok 1: Makroskopické pozorování

Účel:Provést počáteční pozorování pouhým okem, lupou nebo nízkovýkonným optickým mikroskopem pro získání makroskopických informací o povrchu lomu.

Obsah

Přehled pozorování:Nejprve pozorujte obecný vzhled a vzájemné vztahy různých oblastí povrchu zlomeniny pouhým okem a čočkami s malým zvětšením.

Analýza povahy zlomeniny:Proveďte předběžné stanovení povahy lomu, jako je tvárný lom, křehký lom atd.

Posouzení původu trhliny:Analyzujte místo vzniku trhliny a směr šíření trhliny.

Hodnocení kvality metalurgie a tepelného zpracování:Použijte makroskopické pozorování k předběžnému posouzení metalurgické kvality a kvality tepelného zpracování.

Záznam:Vyfotografujte a zaznamenejte výsledky makroskopických pozorování pro následnou analýzu.

Krok 2: Mikroskopické pozorování

Účel:Provádět hloubkové pozorování pomocí vysoce výkonných mikroskopů (jako jsou metalografické mikroskopy a rastrovací elektronové mikroskopy) k získání mikroskopických informací o povrchu lomu.

Obsah

Přímé pozorování povrchu lomu:Pozorujte mikroskopické morfologické charakteristiky povrchu lomu pomocí metalografických mikroskopů nebo rastrovacích elektronových mikroskopů.

Pozorování profilu zlomeniny:Dále porozumět mikrostruktuře, dráze šíření trhlin a mechanismu lomu.

Ověření makroskopických informací:Použijte mikroskopické pozorování k dalšímu ověření informací shromážděných během makroskopického pozorování.

Určení povahy zlomeniny:Přesněji určete povahu, rychlost šíření a místo počátku lomu na základě výsledků mikroskopického pozorování.

Identifikace příčiny zlomeniny:Pomocí komplexní analýzy identifikujte příčinu a mechanismus zlomeniny.

Krok 3: Kvantitativní analýza

Účel:Provádět podrobnější výzkum na povrchu lomu prostřednictvím kvantitativního testování a analýzy k získání přesnějších údajů o výkonu.

Obsah

Analýza chemického složení:Analyzujte chemické složení lomového materiálu, včetně obsahu hlavních prvků, nečistot a nekovových vměstků.

Testování mechanických vlastností:Proveďte zkoušky tahem, nárazem, tvrdostí a dalšími mechanickými vlastnostmi lomového materiálu, abyste vyhodnotili jeho pevnost, houževnatost a tvrdost.

Morfologická analýza zlomenin:Používejte nástroje, jako jsou rastrovací elektronové mikroskopy (SEM) pro kvantitativní analýzu morfologie lomu, jako je délka, šířka, hloubka trhlin atd.

Hodnocení mechanismu lomu:Vyhodnoťte mechanismus lomu, jako je tvárný lom, křehký lom atd., na základě výsledků kvantitativních testů.

Komplexní hodnocení:Kombinujte výsledky z makroskopického pozorování, mikroskopického pozorování a kvantitativní analýzy, abyste mohli komplexně posoudit vlastnosti materiálu.

Prostřednictvím třístupňové metody analýzy povrchu lomu kovu lze získat komplexní a hloubkové porozumění příčinám, mechanismům a vlastnostem lomů kovových materiálů a poskytnout důležité reference pro návrh, výrobu a použití materiálů.