Samenvatting van metaalbreukmodi en breukoppervlakanalyse

Ⅰ Inleiding

Metalen materialen worden vaak geconfronteerd met faalscenario's zoals breuk, corrosie, slijtage en vervorming in verschillende toepassingen. Van deze wordt breuk beschouwd als een van de gevaarlijkste faaltypen en heeft altijd veel aandacht gekregen. Wanneer een metaal onder spanning in twee of meer stukken splijt (soms ook beïnvloed door hitte of corrosieve media), wordt dit een volledige breuk genoemd. Wanneer er scheuren in het metaal zitten, wordt dit een onvolledige breuk genoemd.

Ⅱ Soorten metaalbreuken

1. Classificatie op basis van de mate van plastische vervorming vóór breuk

Zandstralen gebruikt perslucht als kracht om schurende materialen (zoals kopererts, kwartszand, korund, ijzerzand, Hainanzand, enz.) met hoge snelheid op het oppervlak van het werkstuk te spuiten. Door de impact en snijwerking van het schuurmiddel verandert het oppervlak van het werkstuk, waardoor een bepaald niveau van reinheid en verschillende ruwheid wordt bereikt.

Ductiele breuk

Ook bekend als ductiele breuk of plastische breuk.

Breukoppervlakte-eigenschappen:Macroscopisch vertoont het breukoppervlak van een ductiele breuk significante plastische vervorming, veranderingen in breukgrootte, de aanwezigheid van vezelige en schuiflipgebieden en een doffe kleur. Microscopisch vertoont het kuiltjespatronen, vezelige structuren, uitstralende en visgraatrugpatronen.

Bepaling:Algemeen geldt dat als de oppervlaktevermindering van een glad trekmonster groter is dan 5%, er sprake is van een ductiele breuk.

▲ Macroscopisch oppervlak van ductiele breuk

▲ Microscopisch oppervlak van ductiele breuk

Broze breuk

Breukkenmerken:De kenmerken van brosse breuk op zowel macroscopisch als microscopisch niveau zijn een gebrek aan significante plastische vervorming en relatief gladde, glanzende oppervlakken. Deze kenmerken ontstaan ​​omdat het materiaal niet voldoende plastische vervorming ondergaat tijdens de breuk, waardoor scheuren zich snel voortplanten en nette, gladde breukoppervlakken vormen. Op microscopisch niveau onthullen splijtstappen, rivierpatronen en tongpatronen verder de breukmechanismen en scheurvoortplantingspaden van brosse breuken.

Gevaar:Meestal zijn er geen voorafgaande symptomen en treedt het plotseling op, wat vaak ernstige gevolgen kan hebben.

Bepaling:Een vermindering van de dwarsdoorsnede van minder dan 5% bij gladde trekmonsters kan duiden op minimale uniforme plastische vervorming, wat wordt beschouwd als brosse breuk.

▲ Brosse breuk Macroscopisch oppervlak

▲ Brosse breuk Macroscopisch oppervlak

2. Classificatie op basis van het pad van scheurvoortplanting

Transgranulaire fractuur

Kenmerken:De scheur verspreidt zich via de binnenkant van de korrels.

Natuur:Het kan zowel ductiel als bros zijn.

▲ Schema van transgranulaire breuk

▲ Transgranulaire fractuurmicrofoto

Intergranulaire breuk

Kenmerken:De scheur verspreidt zich langs de korrelgrenzen.

Natuur:Meestal brosse breuken.

▲ Schema van intergranulaire breuk

▲ Intergranulaire breukmicrofoto

3. Classificatie op basis van het type spanning en de relatieve positie van de oriëntatie van het breukoppervlak ten opzichte van de spanning

Trekbreuk

De oriëntatie van het breukvlak staat loodrecht op de maximale normaalspanning.

Natuur:Meestal is er sprake van brosse breuk, maar er kan ook sprake zijn van aanzienlijke plastische vervorming.

Schuifbreuk

De oriëntatie van het breukvlak is in lijn met de richting van de maximale schuifspanning en vormt een hoek van 45 graden met de maximale normaalspanning.

Natuur:Ductiele breuk.

 

4. Classificatie op basis van de aard van de belasting en de oorzaak van de spanning

Vermoeidheidsfractuur

Definitie:Breuk die optreedt in materialen onder wisselende belastingen.

Mechanisme:Resultaat van het gecombineerde effect van afwisselende spanning en tijd.

▲ Vermoeidheidsfractuur veroorzaakt door gecombineerde spanning en compressie

Milieubreuk

Definitie:Lage spanningsbreuk van materialen veroorzaakt door omgevingsfactoren.

Classificatie:Omvat voornamelijk spanningscorrosie en waterstofbrosheid.

▲ Corrosie Fractuur

II. Methoden voor analyse van metaalbreukoppervlakken

De driestapsmethode voor het analyseren van metaalbreukoppervlakken is een systematisch proces dat gericht is op het begrijpen van de oorzaken, mechanismen en eigenschappen van materiaalbreuken door het observeren en evalueren van de breukoppervlakken.

Stap 1: Macroscopische observatie

Doel:Om een ​​eerste observatie uit te voeren met het blote oog, een vergrootglas of een optische microscoop met een laag vermogen om macroscopische informatie over het breukoppervlak te verzamelen.

Inhoud

Overzicht Observatie:Bekijk eerst het algemene uiterlijk en de onderlinge relaties van de verschillende delen van het breukvlak met het blote oog en lenzen met een lage vergroting.

Analyse van de aard van de breuk:Bepaal eerst de aard van de breuk, bijvoorbeeld of het gaat om een ​​ductiele breuk, brosse breuk, etc.

Oordeel over de oorsprong van de scheur:Analyseer de locatie van het ontstaan ​​van de scheur en de richting waarin de scheur zich voortplant.

Evaluatie van de kwaliteit van metallurgische en warmtebehandeling:Gebruik macroscopische observatie om de metallurgische kwaliteit en de kwaliteit van de warmtebehandeling voorlopig te beoordelen.

Opname:Fotografeer en registreer de resultaten van macroscopische observaties voor latere analyse.

Stap 2: Microscopische observatie

Doel:Om een ​​diepgaandere observatie uit te voeren met behulp van krachtige microscopen (zoals metaalmicroscopen en rasterelektronenmicroscopen) om microscopische informatie over het breukoppervlak te verkrijgen.

Inhoud

Directe observatie van het breukoppervlak:Bekijk de microscopische morfologische kenmerken van het breukvlak met behulp van een metaalmicroscoop of een rasterelektronenmicroscoop.

Observatie van het breukprofiel:Begrijp de microstructuur, het scheurvoortplantingspad en het breukmechanisme beter.

Verificatie van macroscopische informatie:Gebruik microscopische observaties om de informatie die tijdens macroscopische observaties is verzameld, verder te verifiëren.

Bepaling van de aard van de breuk:De aard, voortplantingssnelheid en oorsprong van de breuk nauwkeuriger bepalen op basis van microscopische observatieresultaten.

Identificatie van de oorzaak van de breuk:Identificeer door middel van een uitgebreide analyse de oorzaak en het mechanisme van de breuk.

Stap 3: Kwantitatieve analyse

Doel:Om diepgaander onderzoek te doen naar het breukoppervlak door middel van kwantitatieve testen en analyses, om nauwkeurigere prestatiegegevens te verkrijgen.

Inhoud

Chemische samenstellingsanalyse:Analyseer de chemische samenstelling van het breukmateriaal, inclusief het gehalte aan belangrijke elementen, onzuiverheden en niet-metalen insluitsels.

Mechanische eigenschappen testen:Voer trek-, slag-, hardheids- en andere mechanische eigenschappentests uit op het breukmateriaal om de sterkte, taaiheid en hardheid ervan te evalueren.

Analyse van breukmorfologie:Gebruik instrumenten zoals rasterelektronenmicroscopen (SEM) voor kwantitatieve analyse van breukmorfologie, zoals scheurlengte, -breedte, -diepte, enz.

Evaluatie van het breukmechanisme:Evalueer het breukmechanisme, zoals ductiele breuk, brosse breuk, enz., op basis van kwantitatieve testresultaten.

Uitgebreide evaluatie:Combineer resultaten van macroscopische observatie, microscopische observatie en kwantitatieve analyse om de prestaties van het materiaal uitgebreid te beoordelen.

Met behulp van de driestappenmethode voor oppervlakteanalyse van metaalbreuken krijgt u een uitgebreid en diepgaand inzicht in de oorzaken, mechanismen en eigenschappen van metaalbreuken. Dit biedt belangrijke referenties voor het ontwerp, de productie en het gebruik van materialen.