Η ανάλυση των αποτυχημένων μεταλλικών μερών πρέπει να ακολουθεί τη λογική του "μακροσκοπικά πρώτα, μετά μικροσκοπικά; φαινόμενο πρώτα, μετά ουσία; ποιοτικά πρώτα, μετά ποσοτικά". Ο πυρήνας της έγκειται στον εντοπισμό του τρόπου αστοχίας (π.χ., θραύση, διάβρωση, φθορά, παραμόρφωση) μέσω πολυδιάστατων δοκιμών, στη συνέχεια στην ανίχνευση της βασικής αιτίας της αστοχίας (σχεδιασμός, υλικό, διαδικασία, περιβάλλον λειτουργίας κ.λπ.) και, τέλος, στην παροχή βάσης για λύσεις βελτίωσης. Ακολουθεί ένα συστηματικό πλαίσιο ανάλυσης που καλύπτει 6 βασικά βήματα:
Η προϋπόθεση για την ανάλυση αστοχίας είναι η κατανόηση των "πληροφοριών πλήρους κύκλου ζωής" του μέρους. Διαφορετικά, είναι εύκολο να παρεκκλίνουμε από τη σωστή κατεύθυνση. Οι βασικές πληροφορίες που πρέπει να συλλεχθούν περιλαμβάνουν:
- Βασικές Πληροφορίες Μέρους
- Όνομα μέρους, εφαρμογή (π.χ., άξονας, γρανάζι, δοχείο πίεσης), σχέδιο δομής (εστίαση σε περιοχές συγκέντρωσης τάσεων όπως στρογγυλεμένες γωνίες και οπές);
- Βαθμός υλικού (π.χ., χάλυβας 45, ανοξείδωτος χάλυβας 304, κράμα τιτανίου TC4) και αρχικές παράμετροι απόδοσης (σκληρότητα, αντοχή σε εφελκυσμό, αντοχή στη διάβρωση κ.λπ.).
- Διαδικασίες Κατασκευής και Επεξεργασίας
- Διαδικασίες διαμόρφωσης (χύτευση, σφυρηλάτηση, συγκόλληση, 3D εκτύπωση), διαδικασίες θερμικής επεξεργασίας (σκλήρυνση και σκλήρυνση, γήρανση διαλύματος), επιφανειακή επεξεργασία (επιχρωμίωση, ανθράκωση);
- Εάν υπήρχαν ελαττώματα κατά την επεξεργασία (π.χ., πόροι συγκόλλησης, ρωγμές σφυρηλάτησης, παραμόρφωση θερμικής επεξεργασίας).
- Συνθήκες Λειτουργίας και Χρήσης
- Φορτίο εργασίας (στατικό/δυναμικό/κρουστικό φορτίο, μέγεθος και κατεύθυνση φορτίου);
- Περιβαλλοντικές παράμετροι (θερμοκρασία: θερμοκρασία δωματίου/υψηλή/χαμηλή θερμοκρασία; μέσο: αέρας, νερό, λάδι, όξινο-βασικό διάλυμα, σκόνη; παρουσία δόνησης ή κύκλων κόπωσης);
- Κατάσταση λειτουργίας πριν από την αστοχία (π.χ., εάν εμφανίστηκαν μη φυσιολογικοί θόρυβοι, διαρροές ή υποβάθμιση ακρίβειας; εάν η αστοχία ήταν ξαφνική ή σταδιακή).
- Ιστορικά Αρχεία Συντήρησης
- Εάν το μέρος έχει υποστεί επισκευή ή αντικατάσταση. εάν παρόμοιες αστοχίες συνέβησαν πριν. εάν υπήρξε ακατάλληλη λειτουργία κατά τη συντήρηση (π.χ., υπερφόρτωση, ανεπαρκής λίπανση).
Η μακροσκοπική ανάλυση περιλαμβάνει την παρατήρηση της εμφάνισης, της θραύσης και των χαρακτηριστικών παραμόρφωσης του αποτυχημένου μέρους με γυμνό μάτι ή μεγεθυντικό φακό χαμηλής μεγέθυνσης (≤100x) για τον αρχικό προσδιορισμό του τύπου αστοχίας και των βασικών περιοχών. Λειτουργεί ως η "πλοήγηση" για την επακόλουθη μικροσκοπική ανάλυση. Επικεντρωθείτε στις ακόλουθες διαστάσεις:
- Εντοπισμός της Θέσης Αστοχίας
- Εάν η αστοχία συνέβη σε μια "ευαίσθητη στην τάση περιοχή" (π.χ., ώμος άξονα, αυλάκι κλειδιού, ρίζα σπειρώματος), "περιοχή αδυναμίας διεργασίας" (π.χ., σύνδεσμος συγκόλλησης, ανυψωτικό χύτευσης) ή "περιοχή ελαττώματος υλικού" (π.χ., εγκλείσματα, πορώδες);
- Παράδειγμα: Εάν ένας άξονας θραύεται στο στρογγυλεμένο σημείο του ώμου του άξονα, είναι πιθανό να σχετίζεται με τη συγκέντρωση τάσεων. εάν ένας αγωγός διαρρέει στη συγκόλληση, η ποιότητα της συγκόλλησης θα πρέπει να δοθεί προτεραιότητα για επιθεώρηση.
- Παρατήρηση των Χαρακτηριστικών Εμφάνισης
- Αστοχία Θραύσης: Παρατηρήστε το χρώμα της θραύσης (παρουσία χρώματος οξειδίου για να προσδιορίσετε εάν η θραύση συνέβη σε υψηλή θερμοκρασία), την επιπεδότητα (επίπεδη = εύθραυστη θραύση, τραχύ = όλκιμη θραύση) και την παρουσία ακτινωτών γραμμών (ένα τυπικό χαρακτηριστικό της θραύσης κόπωσης, με το σημείο εκκίνησης των ακτινωτών γραμμών να είναι η πηγή ρωγμής);
- Αστοχία Διάβρωσης: Προσδιορίστε τον τύπο διάβρωσης (διάβρωση με κοιλώματα: τοπικές μικρές οπές. ομοιόμορφη διάβρωση: συνολική λέπτυνση. διακοκκώδης διάβρωση: ρωγμές κατά μήκος των ορίων των κόκκων. διάβρωση λόγω τάσης: συνοδεύεται από ρωγμές και ίχνη διάβρωσης);
- Αστοχία Φθοράς: Παρατηρήστε εάν η φθαρμένη επιφάνεια έχει γρατσουνιές τριβής (φθορά τριβής), σημάδια πρόσφυσης (φθορά πρόσφυσης, π.χ., "κατάσχεση" μεταλλικών επιφανειών) ή απολέπιση κόπωσης (επαφή κόπωσης, π.χ., απολέπιση των επιφανειών των δοντιών γραναζιών);
- Αστοχία Παραμόρφωσης: Μετρήστε τις βασικές διαστάσεις του μέρους (π.χ., διάμετρος άξονα, επιπεδότητα πλάκας) για να προσδιορίσετε εάν υπερβαίνουν τις ανοχές (π.χ., "θερμική παραμόρφωση" σε υψηλές θερμοκρασίες, "πλαστική παραμόρφωση" υπό υπερφόρτωση).
- Επαλήθευση των Μακροσκοπικών Μηχανικών Ιδιοτήτων
- Δειγματίστε την "μη αποτυχημένη περιοχή" του αποτυχημένου μέρους για να ελέγξετε τη σκληρότητα, την αντοχή σε εφελκυσμό, την αντοχή διαρροής κ.λπ. και συγκρίνετε με τις απαιτήσεις σχεδιασμού για να προσδιορίσετε εάν η αστοχία προκλήθηκε από μη τυπικές ιδιότητες υλικού (π.χ., ανεπαρκής σκληρότητα μετά από θερμική επεξεργασία).
Μετά τον περιορισμό του πεδίου μέσω μακροσκοπικής ανάλυσης, χρησιμοποιούνται μικροσκοπικές μέθοδοι δοκιμών για την παρατήρηση της μικροδομής του υλικού, των λεπτομερειών θραύσης και της κατανομής των στοιχείων, αποκαλύπτοντας τον "μικροσκοπικό μηχανισμό" της αστοχίας (π.χ., εύθραυστη θραύση λόγω χονδροειδών κόκκων, ρωγμές λόγω διακοκκώδους διάβρωσης). Οι κοινές μέθοδοι και τα σενάρια εφαρμογής είναι τα εξής:
- Εάν το SEM παρατηρεί μεγάλο αριθμό "κοιλοτήτων" (χαρακτηριστικά που μοιάζουν με λάκκους) στη θραύση, υποδεικνύει ολκιμή θραύση, η οποία μπορεί να προκληθεί από υπερφόρτωση (φορτίο που υπερβαίνει την αντοχή διαρροής του υλικού);
- Εάν η θραύση έχει "επίπεδα σχισμού" (επίπεδα μικρά κρυσταλλικά επίπεδα) ή "διακοκκώδη θραύση" (ρωγμές που διαδίδονται κατά μήκος των ορίων των κόκκων), υποδεικνύει εύθραυστη θραύση, η οποία μπορεί να προκληθεί από χαμηλή θερμοκρασία, εγκλείσματα υλικού ή διακοκκώδη διάβρωση;
- Εάν η θραύση έχει "γραμμώσεις κόπωσης" (παράλληλες ρίγες), υποδεικνύει θραύση κόπωσης, η οποία μπορεί να προκληθεί από επαναλαμβανόμενα εναλλασσόμενα φορτία (π.χ., περιστροφική δόνηση ενός άξονα) ή πηγές ρωγμών επιφάνειας (π.χ., γρατσουνιές μηχανικής κατεργασίας).
Ο μηχανισμός αστοχίας αναφέρεται στην "φυσική/χημική διαδικασία που οδηγεί σε αστοχία του μέρους". Είναι απαραίτητο να συνδυαστούν τα αποτελέσματα μακροσκοπικής + μικροσκοπικής ανάλυσης για να διευκρινιστεί η βασική αιτία της αστοχίας. Οι κοινοί μηχανισμοί αστοχίας και τα αντίστοιχα σενάρια είναι τα εξής:
- Μηχανισμοί Μηχανικής Αστοχίας
- Θραύση υπερφόρτωσης: Το φορτίο υπερβαίνει την απόλυτη αντοχή του υλικού, με κοιλότητες στη θραύση;
- Θραύση κόπωσης: Επαναλαμβανόμενα εναλλασσόμενα φορτία, με γραμμώσεις κόπωσης + πηγές ρωγμών στη θραύση;
- Πλαστική παραμόρφωση: Το φορτίο υπερβαίνει το όριο διαρροής του υλικού ή μαλάκωμα του υλικού σε υψηλές θερμοκρασίες;
- Φθορά: Απώλεια υλικού λόγω τριβής επαφής επιφάνειας (φθορά τριβής, φθορά πρόσφυσης, φθορά κόπωσης επαφής).
- Μηχανισμοί Χημικής Αστοχίας
- Διάβρωση: Χημική αντίδραση μεταξύ μετάλλου και περιβαλλοντικού μέσου (π.χ., σκουριά χάλυβα άνθρακα σε υγρά περιβάλλοντα, κοιλώματα ανοξείδωτου χάλυβα σε περιβάλλοντα Cl⁻);
- Οξείδωση: Αντίδραση μεταξύ μετάλλου και οξυγόνου σε υψηλές θερμοκρασίες (π.χ., χάλυβας που σχηματίζει κλίμακα οξειδίου πάνω από 800℃, οδηγώντας σε μειωμένη ακρίβεια διαστάσεων).
- Μηχανισμοί Θερμικής Αστοχίας
- Θερμική μαλάκυνση: Οι υψηλές θερμοκρασίες προκαλούν μείωση της αντοχής/σκληρότητας του υλικού, οδηγώντας σε παραμόρφωση ή θραύση;
- Θερμική κόπωση: Επαναλαμβανόμενοι κύκλοι θέρμανσης-ψύξης προκαλούν κύκλους θερμικής τάσης και σχηματισμό ρωγμών (π.χ., σωλήνες λέβητα, μπλοκ κινητήρα).
Με βάση τον μηχανισμό αστοχίας, διερευνήστε περαιτέρω τη βασική αιτία από 5 συνδέσμους: "σχεδιασμός, υλικό, κατασκευή, χρήση, συντήρηση", αποφεύγοντας τη διακοπή στην "περιγραφή φαινομένου":
- Σύνδεσμος Σχεδιασμού
- Ελαττώματα: Σχεδιασμός συγκέντρωσης τάσεων (π.χ., υπερβολικά μικρή ακτίνα στρογγυλεμένης γωνίας), ανεπαρκής συντελεστής ασφαλείας (σφάλμα υπολογισμού φορτίου), ακατάλληλη επιλογή υλικού (π.χ., χρήση συνηθισμένου χάλυβα άνθρακα αντί ανοξείδωτου χάλυβα σε διαβρωτικά περιβάλλοντα);
- Παράδειγμα: Ένας χημικός αγωγός που χρησιμοποιεί χάλυβα Q235 (όχι ανθεκτικό σε οξύ) για τη μεταφορά υδροχλωρικού οξέος είχε ως αποτέλεσμα διαρροή διάβρωσης, με τη βασική αιτία να είναι η "εσφαλμένη επιλογή υλικού".
- Σύνδεσμος Υλικού
- Ελαττώματα: Μη τυπική σύνθεση υλικού (π.χ., ανεπαρκής περιεκτικότητα σε στοιχείο κράματος), εσωτερικά εγκλείσματα (π.χ., εγκλείσματα θειούχου σε χάλυβα), μεταλλουργικά ελαττώματα (π.χ., πορώδες χύτευσης, ρωγμές σφυρηλάτησης);
- Παράδειγμα: Ένα γρανάζι από χάλυβα 20CrMnTi θραύστηκε στη ρίζα του δοντιού λόγω υπερβολικής περιεκτικότητας σε θείο κατά την τήξη, οδηγώντας σε εγκλείσματα.
-
Το μήνυμά σας πρέπει να αποτελείται από 20-3.000 χαρακτήρες!