روش تجزیه و تحلیل قطعات فلزی شکست خورده

I. جمع آوری اطلاعات اولیه: روشن کردن زمینه شکست (از تجزیه و تحلیل کورکورانه اجتناب کنید)

1. اطلاعات اساسی بخش
   • نام بخش، کاربرد (به عنوان مثال، شاخه، دنده، ظرف فشار) ، نقشه طراحی ساختاری (تركيز بر مناطق غلظت استرس مانند فیله ها و سوراخ ها) ؛
   • درجه مواد (به عنوان مثال، فولاد 45، فولاد ضد زنگ 304، آلیاژ تیتانیوم TC4) و پارامترهای عملکردی اصلی (سختی، مقاومت در برابر کشش، مقاومت در برابر خوردگی و غیره).
2. فرایندهای تولید و پردازش
   • فرآیند های قالب بندی (گداخته شدن، جعل، جوش، چاپ سه بعدی) ، فرآیندهای درمان حرارتی (خاموش کردن و سخت کردن، پیری محلول) ، درمان سطحی (کروم کردن، کاربوریزاسیون)
   • اینکه آیا نقص هایی در طول پردازش وجود داشته است (به عنوان مثال، منافذ جوش، ترک های جعل، تغییر شکل درمان حرارتی).
3. خدمات و شرایط عملیاتی
   • بار کاری (بار ایستاتیک/دینامیک/تأثر، شدت و جهت بار)
   • پارامترهای محیط زیست (دما: دمای اتاق/ دمای بالا/ پایین؛ محیط: هوا، آب، روغن، محلول اسید- پایه، گرد و غبار؛ وجود چرخه لرزش یا خستگی)
   • وضعیت عملیاتی قبل از خرابی (به عنوان مثال، آیا سر و صدای غیرطبیعی، نشت یا کاهش دقت رخ داده است؛ آیا خرابی ناگهانی یا تدریجی بود).
4. سوابق نگهداری تاریخی
   • اینکه آیا قطعه تعمیر شده یا تعویض شده است؛ آیا نقص های مشابهی قبلاً رخ داده است؛ آیا عملکرد نامناسب در طول نگهداری وجود داشته است (به عنوان مثال استفاده بیش از حد، روانکاری ناکافی).

۲. تجزیه و تحلیل کلان: ابتدا حالت شکست را تعیین کنید (به سرعت محدوده را محدود کنید)

1. موقعیت محل شکست
   • اینکه آیا خرابی در "منطقه حساس به استرس" (به عنوان مثال، شانه گره، راه کلیدی، ریشه رشته) ، "منطقه ضعیف فرآیند" (به عنوان مثال، مفصل جوش، ریز ریز) یا "منطقه نقص مواد" (به عنوان مثال،گنجاندن، خشکی)
   • مثال: اگر یک شاخه در فلیت شانه شاخه شکسته شود، به احتمال زیاد مربوط به غلظت استرس است؛ اگر یک لوله در جوش نشت کند، کیفیت جوش باید برای بررسی اولویت داشته باشد.
2. مشاهده ویژگی های ظاهری
   • شکست شکستگی: رنگ شکستگی را مشاهده کنید (حاضر بودن رنگ اکسید برای تعیین اینکه آیا شکستگی در دمای بالا رخ داده است) ، صاف بودن (سطح = شکستگی شکننده، خشن = شکستگی کششی) ،و وجود خطوط شعاعی (یک ویژگی معمول شکستگی خستگی)، با نقطه شروع خطوط شعاعی که منبع ترک است؛
   • شکست خوردگی: مشخص کردن نوع خوردگی (شکاف: سوراخ های کوچک محلی؛ خوردگی یکنواخت: رقیق شدن کلی؛ خوردگی بین دانه ای: ترکیدن در امتداد مرز دانه ها؛ خوردگی استرس:همراه با ترک ها و آثار خوردگی);
   • نقص پوشیدن: مشاهده کنید که آیا سطح فرسوده دارای خراش های خیس کننده (پوشیدن خیس کننده) ، نشانه های چسبندگی (پوشیدن چسبنده، به عنوان مثال، "گرفتن" سطوح فلزی) یا خستگی (خستگی تماس، به عنوان مثال)شکستن سطوح دندان های دنده;
   • شکست تغییر شکل: ابعاد کلیدی قطعه را اندازه گیری کنید (به عنوان مثال، قطر گره، مسطحیت صفحه) برای تعیین اینکه آیا آنها از تحمل ها فراتر می روند (به عنوان مثال، "شکستگی حرارتی" در دمای بالا،"شکستگی پلاستیکی" در معرض اضافه بار).
3. بررسی خواص مکانیکی کلان
   • نمونه برداری از "مساحت بدون شکست" بخش شکست خورده برای آزمایش سختی، مقاومت کششی، قدرت کششی و غیره،و مقایسه با الزامات طراحی برای تعیین اینکه آیا خرابی ناشی از خواص مواد ناقص است(به عنوان مثال، سختی ناکافی پس از درمان گرمایی).

۳. تجزیه و تحلیل میکروسکوپی: یافتن عمیق جوهر شکست (پیوندهای اصلی)

مثال: قضاوت میکروسکوپی شکست شکستگی

• اگر SEM تعداد زیادی "گرده" را در شکستگی مشاهده کند، نشان می دهدشکستگی کششی، که ممکن است ناشی از بیش از حد بار (بار بیش از مقاومت مواد) باشد.
• اگر شکستگی دارای "طرح شکاف" (طرح کریستالی کوچک مسطح) یا "شکستگی بین دانه ای" (شکاف هایی که در امتداد مرزهای دانه گسترش می یابد) باشد، نشان می دهدشکستگی شکننده، که ممکن است به دلیل دمای پایین، گنجاندن مواد یا خوردگی بین دانه ای ایجاد شود.
• اگر شکستگی دارای "شاخه های خستگی" (شاخه های موازی) باشد، نشان می دهدشکستگی ناشی از خستگی، که ممکن است توسط بار های متناوب مکرر (به عنوان مثال، لرزش چرخش یک شاخه) یا منابع ترک سطح (به عنوان مثال، خراش های ماشینکاری) ایجاد شود.

IV. تعیین مکانیسم شکست: پدیده و ماهیت پیوند

1. مکانیزم های نقص مکانیکی
   • شکستگی بیش از حد بار: بار بیش از مقاومت نهایی مواد، با گودال ها در شکستگی؛
   • شکستگی ناشی از خستگی: بار های متناوب مکرر با خطوط خستگی + منابع ترک در شکستگی
   • تغییر شکل پلاستیکی: بار بیش از حد تولید مواد یا نرم شدن مواد در دمای بالا است.
   • فرسایش: از دست دادن مواد ناشی از اصطکاک با سطح (فرسایش خیس کننده، فرسایش چسب، فرسایش از طریق تماس خستگی).
2. مکانیسم های شکست شیمیایی
   • خوردگی: واکنش شیمیایی بین فلز و محیط زیست (به عنوان مثال، زنگ زدن فولاد کربن در محیط های مرطوب، فولاد ضد زنگ در محیط های Cl−)
   • اکسیداسیون: واکنش بین فلز و اکسیژن در دمای بالا (به عنوان مثال، استیل تشکیل مقیاس اکسید بالاتر از 800 درجه سانتیگراد، منجر به کاهش دقت ابعاد).
3. مکانیسم های شکست حرارتی
   • نرم شدن حرارتی: دمای بالا باعث کاهش مقاومت/سختی مواد می شود که منجر به تغییر شکل یا شکستگی می شود.
   • خستگی حرارتی: چرخه های تکرار شده گرمایش و خنک سازی باعث چرخه های استرس حرارتی و تشکیل ترک (به عنوان مثال لوله های دیگ، بلوک های موتور) می شود.

V. ردیابی علت ریشه: بررسی پیوندهای مسئول در چرخه کامل زندگی

1. پیوند طراحی
   • معایب: طراحی غلظت فشار (به عنوان مثال شعاع فیله بیش از حد کوچک) ، عامل ایمنی ناکافی (خطای محاسبه بار) ، انتخاب مواد نادرست (به عنوان مثالاستفاده از فولاد کربن معمولی به جای فولاد ضد زنگ در محیط های خوردگی);
   • مثال: یک خط لوله شیمیایی با استفاده از فولاد Q235 (غیر مقاوم به اسید) برای حمل اسید هیدروکلوریک منجر به نشت خوردگی می شود، که علت اصلی آن "انتخاب مواد نادرست" است.
2. ارتباط مواد
   • نقص: ترکیب مواد ناقص استاندارد (به عنوان مثال، محتوای عنصر آلیاژ ناکافی) ، گنجایش های داخلی (به عنوان مثال، گنجایش سولفید در فولاد) ، نقص های متالورژیک (به عنوان مثال، حفره ای ریختن،ساخت شکاف ها);
   • مثال: یک دنده ساخته شده از فولاد 20CrMnTi در ریشه دندان به دلیل محتوای بیش از حد گوگرد در طول ذوب شدن شکسته شده است، که منجر به گنجاندن می شود.
3. ارتباط تولید
   • نقص: فرآیند درمان حرارتی نادرست (به عنوان مثال، سختی ناکافی به دلیل دمای پایین خاموش کردن) ، فرآیند جوش نادرست (به عنوان مثال، نفوذ ناقص، منافذ) ، نقص های پردازش سطح (به عنوان مثال،.g، چرخش خراش هایی که منجر به منابع ترک خستگی می شود؛
   • مثال: یک بخش گودال در طول ذخیره سازی به دلیل فشار داخلی بیش از حد ناشی از عدم تثبیت در زمان پس از خاموش شدن، به خودی خود ترک کرد.
4. از لینک استفاده کنید
   • نقص ها: کار با بیش از حد بار (به عنوان مثال، بیش از حد بار جرثقیل) ، کار بیش از محدودیت های دمای / فشار (به عنوان مثال، فشار دیگ بیش از ارزش طراحی) ، محیط غیر طبیعی (به عنوان مثال،در محیط های مرطوب از زنگ جلوگیری نمی کند);
   • مثال: یک شاخه موتور به دلیل بار متناوب بیش از حد ناشی از ارتعاش بیش از حد تجهیزات دچار شکستگی خستگی شده است.
5. ارتباط نگهداری
   • نقص ها: روانکاری ناکافی (سرعتی از پوشیدن استوانه ها) ، عدم تمیز کردن مواد خوردنی در زمان (به عنوان مثال، لایه های خارج نشده در دیواره های داخلی لوله، تشدی