Sammanfattning av metallbrottslägen och brottytaanalys

Ⅰ Introduktion

Metallmaterial möter ofta felscenarier som brott, korrosion, slitage och deformation i olika applikationer. Bland dessa anses fraktur vara en av de farligaste feltyperna och har alltid fått stor uppmärksamhet. När en metall splittras i två eller flera delar under stress (ibland även påverkad av värme eller frätande media) kallas det för fullständig fraktur. När det finns sprickor i metallen kallas det ofullständig fraktur.

Ⅱ Typer av metallbrott

1. Klassificering efter grad av plastisk deformation före brott

Sandblästring använder tryckluft som kraft för att spruta slipande material (såsom kopparmalm, kvartssand, korund, järnsand, Hainan-sand, etc.) med hög hastighet på arbetsstyckets yta. På grund av slipmedlets slag och skärverkan förändras arbetsstyckets yta, vilket uppnår en viss nivå av renhet och olika grovhet.

Duktil fraktur

Även känd som duktil fraktur eller plastfraktur.

Brottytas egenskaper:Makroskopiskt visar brottytan på en duktilt spricka betydande plastisk deformation, förändringar i sprickstorlek, närvaron av fibrösa och skjuvliga läppregioner och en matt färg. Mikroskopiskt uppvisar den gropmönster, fibrösa strukturer, strålande och fiskbensryggmönster.

Bestämning:Generellt definieras det att om minskningen av arean för ett jämnt dragprov är större än 5 %, anses det vara en duktil fraktur.

▲ Makroskopisk yta av duktil fraktur

▲ Mikroskopisk yta av duktil fraktur

Spröd fraktur

Frakturegenskaper:Egenskaperna för spröd fraktur på både makroskopisk och mikroskopisk nivå är brist på betydande plastisk deformation och relativt släta, glänsande ytor. Dessa egenskaper uppstår eftersom materialet inte genomgår tillräcklig plastisk deformation under brott, vilket gör att sprickor fortplantar sig snabbt och bildar snygga, släta brottytor. På mikroskopisk nivå avslöjar klyvningssteg, flodmönster och tungmönster ytterligare sprickmekanismerna och sprickutbredningsvägarna för spröda sprickor.

Fara:I allmänhet finns det inga tidigare tecken, och det inträffar plötsligt, vilket ofta leder till allvarliga konsekvenser.

Bestämning:En minskning av tvärsnittsarean på mindre än 5 % i släta dragprover kan indikera minimal enhetlig plastisk deformation, vilket anses vara spröd fraktur.

▲ Makroskopisk spröd yta

▲ Makroskopisk spröd yta

2. Klassificering efter sprickförökningsväg

Transgranulär fraktur

Egenskaper:Sprickan fortplantar sig genom det inre av kornen.

Natur:Det kan vara antingen segt eller sprött.

▲ Schematisk transgranulär fraktur

▲ Transgranulär frakturmikrograf

Intergranulär fraktur

Egenskaper:Sprickan fortplantar sig längs korngränserna.

Natur:Mestadels spröda frakturer.

▲ Schematisk intergranulär fraktur

▲ Intergranulär frakturmikrograf

3. Klassificering efter spänningstyp och relativ position för brottytans orientering mot spänning

Dragbrott

Brottytans orientering är vinkelrät mot den maximala normala spänningen.

Natur:Mestadels spröd fraktur, men kan också visa betydande plastisk deformation.

Skjuvbrott

Brottytans orientering ligger i linje med riktningen för maximal skjuvspänning och bildar en 45 graders vinkel med den maximala normala spänningen.

Natur:Duktil fraktur.

 

4. Klassificering efter belastningstyp och stressorsak

Trötthetsfraktur

Definition:Brott uppstår i material under växlande belastning.

Mekanism:Resultat av den kombinerade effekten av omväxlande stress och tid.

▲ Trötthetsfraktur orsakad av kombinerad spänning och kompression

Miljöfraktur

Definitioner:Lågspänningsbrott av material orsakat av miljöfaktorer.

Klassificering:Inkluderar främst spänningskorrosionssprickor och väteförsprödning.

▲ Korrosionsbrott

II. Metoder för analys av metallbrottsyta

Trestegsmetoden för att analysera metallsprickytor är en systematisk process som syftar till att förstå orsaker, mekanismer och egenskaper hos materialbrott genom att observera och utvärdera sprickytorna.

Steg 1: Makroskopisk observation

Ändamål:För att utföra en första observation med blotta ögat, förstoringsglas eller optiskt mikroskop med låg effekt för att samla in makroskopisk information om brottytan.

Innehåll

Översiktsobservation:Observera initialt det allmänna utseendet och sambanden mellan olika regioner av frakturytan med blotta ögat och linser med låg förstoring.

Analys av frakturnatur:Gör en preliminär bestämning av frakturens natur, såsom duktil fraktur, spröd fraktur etc.

Bedömning av Crack Ursprung:Analysera platsen för sprickorsprunget och riktningen för sprickutbredning.

Utvärdering av metallurgisk och värmebehandlingskvalitet:Använd makroskopisk observation för att preliminärt bedöma metallurgisk kvalitet och värmebehandlingskvalitet.

Inspelning:Fotografera och registrera resultaten av makroskopiska observationer för efterföljande analys.

Steg 2: Mikroskopisk observation

Ändamål:Att utföra en mer djupgående observation med hjälp av högeffektmikroskop (som metallografiska mikroskop och svepelektronmikroskop) för att få mikroskopisk information om brottytan.

Innehåll

Direkt observation av brottyta:Observera de mikroskopiska morfologiska egenskaperna hos frakturytan med metallografiska mikroskop eller svepelektronmikroskop.

Observation av frakturprofil:Förstå mikrostrukturen, sprickutbredningsvägen och sprickmekanismen ytterligare.

Verifiering av makroskopisk information:Använd mikroskopisk observation för att ytterligare verifiera informationen som samlats in under makroskopisk observation.

Bestämning av frakturtyp:Bestäm mer exakt arten, fortplantningshastigheten och ursprungsplatsen för frakturen baserat på mikroskopiska observationsresultat.

Identifiering av frakturorsak:Genom omfattande analys, identifiera orsaken och mekanismen för frakturen.

Steg 3: Kvantitativ analys

Ändamål:Att bedriva mer djupgående forskning om sprickytan genom kvantitativ testning och analys för att få mer exakta prestandadata.

Innehåll

Kemisk sammansättningsanalys:Analysera sprickmaterialets kemiska sammansättning, inklusive innehållet av huvudämnen, föroreningar och icke-metalliska inneslutningar.

Testning av mekaniska egenskaper:Utför drag-, slag-, hårdhets- och andra mekaniska egenskapstester på brottmaterialet för att utvärdera dess styrka, seghet och hårdhet.

Frakturmorfologisk analys:Använd instrument som svepelektronmikroskop (SEM) för kvantitativ analys av sprickmorfologi, som spricklängd, bredd, djup etc.

Utvärdering av brottmekanism:Utvärdera frakturmekanismen, såsom duktil fraktur, spröd fraktur, etc., baserat på kvantitativa testresultat.

Omfattande utvärdering:Kombinera resultat från makroskopisk observation, mikroskopisk observation och kvantitativ analys för att heltäckande bedöma materialets prestanda.

Genom trestegsmetoden för metallsprickytanalys kan man få en omfattande och djupgående förståelse av orsaker, mekanismer och egenskaper hos metallmaterialbrott, vilket ger viktiga referenser för design, tillverkning och användning av material.