Краткое изложение типов разрушения металла и анализа поверхности разрушения

Ⅰ Введение

Металлические материалы часто сталкиваются со сценариями отказа, такими как трещины, коррозия, износ и деформация в различных приложениях. Среди них трещина считается одним из самых опасных типов отказа и всегда привлекала всеобщее внимание. Когда металл раскалывается на две или более частей под напряжением (иногда также под воздействием тепла или коррозионных сред), это называется полным разрушением. Когда внутри металла есть трещины, это называется неполным разрушением.

Ⅱ Типы разрушения металла

1. Классификация по степени пластической деформации перед разрушением

Пескоструйная обработка использует сжатый воздух в качестве энергии для распыления абразивных материалов (таких как медная руда, кварцевый песок, корунд, железный песок, хайнаньский песок и т. д.) с высокой скоростью на поверхность заготовки. Благодаря ударному и режущему воздействию абразива поверхность заготовки изменяется, достигая определенного уровня чистоты и различной шероховатости.

Вязкий Разрушитель

Также известно как вязкий или пластичный излом.

Характеристики поверхности излома:Макроскопически поверхность излома вязкого излома показывает значительную пластическую деформацию, изменения размера излома, наличие волокнистых и краевых областей сдвига и тусклый цвет. Микроскопически она демонстрирует ямочные узоры, волокнистые структуры, радиальные и елочные узоры гребней.

Определение:Обычно считается, что если уменьшение площади гладкого образца для растяжения превышает 5%, то это считается вязким разрушением.

▲ Макроскопическая поверхность вязкого разрушения

▲ Микроскопическая поверхность вязкого разрушения

Хрупкое разрушение

Характеристики перелома:Характерными чертами хрупкого разрушения как на макроскопическом, так и на микроскопическом уровне являются отсутствие значительной пластической деформации и относительно гладкие, блестящие поверхности. Эти особенности возникают из-за того, что материал не подвергается достаточной пластической деформации во время разрушения, что приводит к быстрому распространению трещин и формированию аккуратных, гладких поверхностей разрушения. На микроскопическом уровне ступеньки скола, речные узоры и узоры языка дополнительно раскрывают механизмы разрушения и пути распространения трещин хрупких разрушений.

Опасность:Как правило, никаких предварительных признаков не наблюдается, заболевание возникает внезапно, часто приводя к серьезным последствиям.

Определение:Уменьшение площади поперечного сечения менее чем на 5% в гладких образцах для растяжения может указывать на минимальную равномерную пластическую деформацию, которая считается хрупким разрушением.

▲ Хрупкое разрушение макроскопической поверхности

▲ Хрупкое разрушение макроскопической поверхности

2. Классификация по пути распространения трещины

Трансгранулярный перелом

Характеристики:Трещина распространяется внутри зерен.

Природа:Он может быть как пластичным, так и хрупким.

▲ Схема транскристаллитного разрушения

▲ Микрофотография транскристаллитного излома

Межзернистый перелом

Характеристики:Трещина распространяется по границам зерен.

Природа:Преимущественно хрупкие переломы.

▲ Схема межзеренного разрушения

▲ Микрофотография межзеренного излома

3. Классификация по типу напряжения и относительному положению ориентации поверхности разрушения по отношению к напряжению

Разрыв при растяжении

Ориентация поверхности разрушения перпендикулярна максимальному нормальному напряжению.

Природа:В основном хрупкое разрушение, но может также проявлять значительную пластическую деформацию.

Сдвиговой перелом

Ориентация поверхности разрушения совпадает с направлением максимального напряжения сдвига, образуя угол 45 градусов с максимальным нормальным напряжением.

Природа:Вязкий излом.

 

4. Классификация по характеру нагрузки и причине напряжения

Усталостный перелом

Определение:Разрушение материалов, возникающее под действием знакопеременных нагрузок.

Механизм:Результат совокупного воздействия переменного стресса и времени.

▲ Усталостное разрушение, вызванное комбинированным растяжением и сжатием

Экологический перелом

Определение:Низконапряженное разрушение материалов, вызванное факторами окружающей среды.

Классификация:В основном включает коррозионное растрескивание под напряжением и водородную хрупкость.

▲ Коррозионный Разрыв

II. Методы анализа поверхности разрушения металла

Трехэтапный метод анализа поверхностей разрушения металлов представляет собой систематический процесс, направленный на понимание причин, механизмов и свойств разрушения материалов путем наблюдения и оценки поверхностей разрушения.

Шаг 1: Макроскопическое наблюдение

Цель:Провести первоначальное наблюдение невооруженным глазом, с помощью увеличительного стекла или маломощного оптического микроскопа для сбора макроскопической информации о поверхности излома.

Содержание

Обзорное наблюдение:Сначала рассмотрите общий вид и взаимосвязь различных участков поверхности излома невооруженным глазом и с помощью линз с малым увеличением.

Анализ характера разрушения:Сделайте предварительное определение характера разрушения, например, вязкое разрушение, хрупкое разрушение и т. д.

Оценка происхождения трещины:Проанализируйте место зарождения трещины и направление ее распространения.

Оценка качества металлургической и термической обработки:Используйте макроскопическое наблюдение для предварительной оценки металлургического качества и качества термической обработки.

Запись:Фотографируйте и записывайте результаты макроскопических наблюдений для последующего анализа.

Шаг 2: Микроскопическое наблюдение

Цель:Провести более глубокое наблюдение с использованием высокомощных микроскопов (таких как металлографические микроскопы и сканирующие электронные микроскопы) для получения микроскопической информации о поверхности излома.

Содержание

Прямое наблюдение поверхности излома:Наблюдайте микроскопические морфологические характеристики поверхности излома с помощью металлографических микроскопов или сканирующих электронных микроскопов.

Наблюдение за профилем перелома:Более глубокое понимание микроструктуры, пути распространения трещин и механизма разрушения.

Проверка макроскопической информации:Используйте микроскопическое наблюдение для дальнейшей проверки информации, собранной во время макроскопического наблюдения.

Определение характера разрушения:Более точно определить характер, скорость распространения и место возникновения трещины на основе результатов микроскопического наблюдения.

Определение причины перелома:С помощью комплексного анализа определите причину и механизм перелома.

Шаг 3: Количественный анализ

Цель:Провести более глубокие исследования поверхности разрушения посредством количественного тестирования и анализа для получения более точных данных о характеристиках.

Содержание

Анализ химического состава:Проанализируйте химический состав материала излома, включая содержание основных элементов, примесей и неметаллических включений.

Испытание механических свойств:Проведите испытания на растяжение, удар, твердость и другие механические свойства материала разрушения, чтобы оценить его прочность, вязкость и твердость.

Анализ морфологии перелома:Используйте такие приборы, как сканирующие электронные микроскопы (СЭМ), для количественного анализа морфологии трещин, например, длины, ширины, глубины трещины и т. д.

Оценка механизма разрушения:Оцените механизм разрушения, например, вязкое разрушение, хрупкое разрушение и т. д., на основе количественных результатов испытаний.

Комплексная оценка:Объедините результаты макроскопического наблюдения, микроскопического наблюдения и количественного анализа для комплексной оценки характеристик материала.

Благодаря трехэтапному методу анализа поверхности разрушения металла можно получить всестороннее и глубокое понимание причин, механизмов и свойств разрушения металлических материалов, что дает важные рекомендации по проектированию, производству и использованию материалов.