Tóm tắt về các chế độ gãy kim loại và phân tích bề mặt gãy

Ⅰ Giới thiệu

Vật liệu kim loại thường phải đối mặt với các tình huống hỏng hóc như gãy, ăn mòn, mài mòn và biến dạng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Trong số đó, gãy được coi là một trong những loại hỏng hóc nguy hiểm nhất và luôn nhận được sự quan tâm rộng rãi. Khi kim loại tách thành hai hoặc nhiều mảnh dưới ứng suất (đôi khi cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt hoặc môi trường ăn mòn), thì được gọi là gãy hoàn toàn. Khi có các vết nứt bên trong kim loại, thì được gọi là gãy không hoàn toàn.

Ⅱ Các loại gãy kim loại

1. Phân loại theo mức độ biến dạng dẻo trước khi gãy xương

Phun cát sử dụng khí nén làm năng lượng để phun vật liệu mài mòn (như quặng đồng, cát thạch anh, corundum, cát sắt, cát Hải Nam, v.v.) với tốc độ cao lên bề mặt của phôi. Do tác động và tác động cắt của vật liệu mài mòn, bề mặt của phôi thay đổi, đạt được mức độ sạch sẽ nhất định và độ nhám khác nhau.

Gãy dẻo

Còn được gọi là gãy dẻo hoặc gãy dẻo.

Đặc điểm bề mặt gãy:Về mặt vĩ mô, bề mặt gãy của một vết nứt dẻo cho thấy biến dạng dẻo đáng kể, thay đổi kích thước vết nứt, sự hiện diện của các vùng môi dạng sợi và cắt, và màu xỉn. Về mặt vi mô, nó cho thấy các mẫu hình lõm, cấu trúc dạng sợi, các mẫu hình xương cá và tỏa ra.

Sự quyết tâm:Nhìn chung, người ta định nghĩa rằng nếu diện tích giảm của mẫu kéo trơn lớn hơn 5% thì mẫu đó được coi là gãy dẻo.

▲ Bề mặt vĩ mô của gãy dẻo

▲ Bề mặt vi mô của gãy dẻo

Gãy giòn

Đặc điểm gãy xương:Đặc điểm của gãy giòn ở cả cấp độ vĩ mô và vi mô là không có biến dạng dẻo đáng kể và bề mặt tương đối nhẵn, sáng bóng. Những đặc điểm này phát sinh vì vật liệu không trải qua đủ biến dạng dẻo trong quá trình gãy, khiến các vết nứt lan truyền nhanh chóng và tạo thành các bề mặt gãy gọn gàng, nhẵn. Ở cấp độ vi mô, các bước phân cắt, các mẫu sông và các mẫu lưỡi tiếp tục tiết lộ các cơ chế gãy và đường lan truyền vết nứt của gãy giòn.

Nguy hiểm:Nhìn chung, bệnh này không có dấu hiệu báo trước và thường xảy ra đột ngột, thường dẫn đến hậu quả nghiêm trọng.

Sự quyết tâm:Việc giảm diện tích mặt cắt ngang dưới 5% ở các mẫu kéo trơn có thể chỉ ra biến dạng dẻo đồng nhất tối thiểu, được coi là gãy giòn.

▲ Bề mặt vĩ mô của vết nứt giòn

▲ Bề mặt vĩ mô của vết nứt giòn

2. Phân loại theo đường lan truyền vết nứt

Gãy xương xuyên hạt

Đặc trưng:Vết nứt lan truyền vào bên trong các hạt.

Thiên nhiên:Nó có thể dẻo hoặc giòn.

▲ Sơ đồ gãy xương xuyên hạt

▲ Ảnh chụp vi mô gãy xương xuyên hạt

Gãy xương liên hạt

Đặc trưng:Vết nứt lan truyền dọc theo ranh giới hạt.

Thiên nhiên:Hầu hết là gãy xương giòn.

▲ Sơ đồ gãy liên hạt

▲ Ảnh chụp vi mô gãy liên hạt

3. Phân loại theo loại ứng suất và vị trí tương đối của hướng bề mặt gãy xương đối với ứng suất

gãy kéo

Hướng bề mặt gãy vuông góc với ứng suất pháp tuyến lớn nhất.

Thiên nhiên:Hầu hết là gãy giòn, nhưng cũng có thể có biến dạng dẻo đáng kể.

Gãy xương do cắt

Hướng bề mặt gãy xương thẳng hàng với hướng ứng suất cắt cực đại, tạo thành góc 45 độ với ứng suất pháp tuyến cực đại.

Thiên nhiên:Gãy dẻo.

 

4. Phân loại theo tính chất tải trọng và nguyên nhân gây ứng suất

Gãy xương do mỏi

Sự định nghĩa:Sự nứt vỡ xảy ra ở vật liệu dưới tải trọng thay đổi.

Cơ chế:Kết quả của tác động kết hợp giữa ứng suất và thời gian xen kẽ.

▲ Gãy xương do mỏi do kết hợp căng và nén

Sự rạn nứt môi trường

Sự định nghĩa:Sự gãy vỡ vật liệu do ứng suất thấp gây ra bởi các yếu tố môi trường.

Phân loại:Chủ yếu bao gồm nứt do ăn mòn ứng suất và giòn do hydro.

▲ Ăn mòn gãy xương

II. Các phương pháp phân tích bề mặt gãy kim loại

Phương pháp ba bước để phân tích bề mặt gãy kim loại là một quá trình có hệ thống nhằm mục đích hiểu được nguyên nhân, cơ chế và tính chất của gãy vật liệu bằng cách quan sát và đánh giá bề mặt gãy.

Bước 1: Quan sát vĩ mô

Mục đích:Thực hiện quan sát ban đầu bằng mắt thường, kính lúp hoặc kính hiển vi quang học công suất thấp để thu thập thông tin vĩ mô về bề mặt vết nứt.

Nội dung

Tổng quan Quan sát:Đầu tiên, quan sát hình dạng chung và mối quan hệ giữa các vùng khác nhau của bề mặt vết nứt bằng mắt thường và kính lúp có độ phóng đại thấp.

Phân tích bản chất vết nứt:Xác định sơ bộ bản chất của vết nứt như gãy dẻo, gãy giòn, v.v.

Phán quyết về nguồn gốc của Crack:Phân tích vị trí bắt nguồn vết nứt và hướng lan truyền vết nứt.

Đánh giá chất lượng luyện kim và xử lý nhiệt:Sử dụng quan sát vĩ mô để đánh giá sơ bộ chất lượng luyện kim và chất lượng nhiệt luyện.

Ghi âm:Chụp ảnh và ghi lại kết quả quan sát vĩ mô để phân tích sau này.

Bước 2: Quan sát bằng kính hiển vi

Mục đích:Tiến hành quan sát sâu hơn bằng kính hiển vi có công suất cao (như kính hiển vi kim loại và kính hiển vi điện tử quét) để thu thập thông tin vi mô về bề mặt gãy.

Nội dung

Quan sát trực tiếp bề mặt vết nứt:Quan sát các đặc điểm hình thái vi mô của bề mặt vết nứt bằng kính hiển vi kim loại hoặc kính hiển vi điện tử quét.

Quan sát hình dạng gãy xương:Hiểu sâu hơn về cấu trúc vi mô, đường lan truyền vết nứt và cơ chế gãy xương.

Xác minh thông tin vĩ mô:Sử dụng quan sát vi mô để xác minh thêm thông tin thu thập được trong quá trình quan sát vĩ mô.

Xác định bản chất gãy xương:Xác định chính xác hơn bản chất, tốc độ lan truyền và vị trí xuất phát của vết nứt dựa trên kết quả quan sát dưới kính hiển vi.

Xác định nguyên nhân gãy xương:Thông qua phân tích toàn diện, xác định nguyên nhân và cơ chế gây gãy xương.

Bước 3: Phân tích định lượng

Mục đích:Tiến hành nghiên cứu sâu hơn về bề mặt gãy thông qua thử nghiệm và phân tích định lượng để có được dữ liệu hiệu suất chính xác hơn.

Nội dung

Phân tích thành phần hóa học:Phân tích thành phần hóa học của vật liệu nứt, bao gồm hàm lượng các nguyên tố chính, tạp chất và tạp chất phi kim loại.

Kiểm tra tính chất cơ học:Thực hiện các thử nghiệm về độ bền kéo, độ va đập, độ cứng và các tính chất cơ học khác trên vật liệu gãy để đánh giá độ bền, độ dẻo dai và độ cứng của vật liệu.

Phân tích hình thái gãy xương:Sử dụng các thiết bị như kính hiển vi điện tử quét (SEM) để phân tích định lượng hình thái vết nứt, chẳng hạn như chiều dài, chiều rộng, độ sâu, v.v.

Đánh giá cơ chế gãy xương:Đánh giá cơ chế gãy như gãy dẻo, gãy giòn, v.v. dựa trên kết quả thử nghiệm định lượng.

Đánh giá toàn diện:Kết hợp kết quả từ quan sát vĩ mô, quan sát vi mô và phân tích định lượng để đánh giá toàn diện hiệu suất của vật liệu.

Thông qua phương pháp phân tích bề mặt gãy kim loại gồm ba bước, người ta có thể có được hiểu biết toàn diện và sâu sắc về nguyên nhân, cơ chế và tính chất của gãy vật liệu kim loại, cung cấp tài liệu tham khảo quan trọng cho việc thiết kế, sản xuất và sử dụng vật liệu.