I. Definicja i klasyfikacja uszkodzeń materiałów metalowych
Wadliwość materiału metalowego odnosi się do procesu użytkowania, spowodowanego różnymi czynnikami, w wyniku czego materiały metalowe nie mogą w dalszym ciągu spełniać swojej funkcji projektowej lub wymagań eksploatacyjnych stanu. Awaria ta może być spowodowana różnymi przyczynami, takimi jak degradacja właściwości fizycznych materiału, korozja chemiczna, uszkodzenia mechaniczne i tak dalej.
Złamanie: W zależności od wielkości odkształcenia materiału, pękanie można dalej podzielić na pękanie plastyczne i pękanie kruche. Pęknięcie ciągliwe będzie podlegało znacznemu procesowi odkształcenia, zanim pęknięcie kruche zwykle nastąpi nagle, nie ma oczywistej wielkości odkształcenia, a zatem powoduje większą siłę niszczącą. Typowe rodzaje pęknięć obejmują również pękanie zmęczeniowe i pękanie pod obciążeniem statycznym, gdzie pękanie zmęczeniowe jest spowodowane pękaniem materiału pod wpływem długotrwałych operacji cyklicznych naprężeń, podczas gdy pękanie pod obciążeniem statycznym występuje pod obciążeniem statycznym.
Zużycie:zużycie wynika z odlewów przy dużych prędkościach, wibracjach, przeciążeniach i innych warunkach pracy, praca pomiędzy mechanicznym tarciem powierzchniowym między sobą prowadzi do zużycia materiału, a następnie powoduje uszkodzenie materiału. Zużycie można podzielić na różne typy, takie jak zużycie ścierne, zużycie adhezyjne, zużycie zmęczeniowe, zużycie korozyjne lub zużycie mikroruchowe. W maszynach zużycie ścierne jest jedną z bardziej powszechnych form zużycia.
Korozja:Korozja to reakcja chemiczna lub elektrochemiczna, która zachodzi, gdy materiał metalowy wchodzi w kontakt z otaczającym medium, powodując pogorszenie właściwości materiału lub zniszczenie. Korozję można podzielić na korozję całkowitą i korozję lokalną, przy czym bardziej powszechna jest korozja lokalna, w tym korozja naprężeniowa, korozja porowa, korozja międzykrystaliczna i wiele innych typów.
Awaria materiałów metalowych nie tylko zmniejszy skuteczność produktu, ale może również stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa personelu. Dlatego ogromne znaczenie ma analiza uszkodzeń materiałów metalowych, która może zidentyfikować przyczyny awarii i zaproponować skuteczne rozwiązania poprawiające jakość i konkurencyjność produktów.
II. Przyczyny uszkodzeń materiałów metalowych
1. Materialne wady wewnętrzne
Skurcz i rozluźnienie
Definicja: Skurcz to metal powstający w procesie kondensacji na skutek zmniejszania się objętości wlewka lub rdzenia odlewniczego w wyniku tworzenia się rurowych (lub rozszerzanych) lub rozproszonych otworów. Luźny jest w warunkach szybkiego chłodzenia, chociaż w celu uniknięcia dużych dziur skurczowych, ale ciekły metal i stały metal pomiędzy różnicą objętości nadal prowadzą do wielu małych dziur skurczowych rozmieszczonych w metalu.
Działanie: Znacząco zmniejsza właściwości mechaniczne materiału, może stać się źródłem zmęczenia prowadzącego do pękania oraz wpływa na odporność korozyjną materiału.
segregacja
Definicja: zjawisko nierównomiernego składu chemicznego odlewów, podzielone na segregację mikroskopową (np. segregację wewnątrzkrystaliczną) i segregację makroskopową (np. segregację gęstościową).
Wpływ: prowadzi do nierównej wydajności odlewów, poważne przypadki powodują złom.
Włączenie
Definicja: materiał metalowy lub niemetalowy z wyraźnym interfejsem do matrycy. Ze względu na charakter można je podzielić na wtrącenia metaliczne i wtrącenia niemetaliczne.
Oddziaływanie: wpływają na właściwości mechaniczne materiału, zwiększają ryzyko pęknięć.
Bąbelki
Definicja: metal w stanie stopionym może rozpuścić dużą liczbę gazów w procesie kondensacji ze względu na zmniejszoną rozpuszczalność i uwalnianie się gazu w metalu, tworząc pęcherzyki gazu.
Skutki: Zmniejsza efektywny przekrój poprzeczny odlewu metalowego, zmniejsza wytrzymałość materiału i może prowadzić do pęknięć.
Wady konstrukcyjne
Nierozsądny projekt konstrukcyjny: na przykład istnienie obszarów koncentracji naprężeń w częściach nośnych, nieprawidłowe zaprojektowanie prowadzące do awarii.
Niewłaściwy dobór materiałów: wybór materiałów nie odpowiada odpowiednim standardom lub niewystarczające zrozumienie działania materiału, w wyniku czego materiał nie może spełnić wymagań użytkowania.
Wady przetwarzania
Wady obróbki cieplnej
Takie jak: pęknięcia hartownicze, pęknięcia odpuszczające.
Wpływ: zmniejszyć wytrzymałość i wytrzymałość materiału, zwiększyć ryzyko pęknięcia.
Wady form podczas obróbki na zimno
Takie jak: wady szlifowania, wady cięcia, wady spęczania na zimno.
Wpływ: wpływa na jakość powierzchni i dokładność wymiarową materiału, zmniejsza ogólną wydajność materiału.
Wady w procesie użytkowania
Naprężenia przeciążeniowe: materiał w trakcie użytkowania poddawany jest nadmiernym naprężeniom zewnętrznym, co skutkuje deformacją lub pękaniem.
Korozja: materiały narażone na wilgoć, wysoką temperaturę, kwasy i zasady oraz inne trudne warunki powodują korozję, powodując pogorszenie wydajności.
Zmęczenie: materiał pod działaniem zmiennego obciążenia, po pewnym okresie pękania zmęczeniowego.
Czynniki środowiskowe
Temperatura: środowisko o wysokiej temperaturze może prowadzić do utleniania materiału, zmiękczenia, zmniejszenia jego wytrzymałości i twardości.
Medium: specyficzne środowisko mediów może przyspieszyć proces korozji materiału.
Wilgotność: Nadmierna wilgoć w powietrzu może powodować wchłanianie wody przez materiały, co prowadzi do pęcznienia, wypaczania, a nawet rozwoju pleśni. Może to być szczególnie szkodliwe dla elementów elektronicznych, gdzie wilgoć może powodować zwarcia i trwałe uszkodzenia.
Ekspozycja na promieniowanie UV: Długotrwała ekspozycja na promieniowanie ultrafioletowe (UV) pochodzące ze światła słonecznego może spowodować degradację wielu materiałów, powodując ich kruchość oraz utratę koloru i integralności strukturalnej. Dotyczy to zwłaszcza tworzyw sztucznych, farb i tekstyliów.
Narażenie chemiczne: Kontakt z agresywnymi chemikaliami może prowadzić do różnych reakcji, w tym rozpuszczenia, odbarwienia i rozkładu chemicznego materiału. Jest to częsty problem w warunkach przemysłowych, gdzie materiały mogą mieć kontakt z kwasami, zasadami, rozpuszczalnikami lub innymi substancjami reaktywnymi.
