Растрескивание металлов — сложный процесс, включающий ряд факторов. Ниже приведены некоторые из основных причин:
- Факторы самого материала: химический состав и металлографическая организация напрямую влияют на ударную вязкость металла, увеличение содержания таких элементов, как углерод, фосфор, сера и другие, приведет к снижению ударной вязкости.
- Процесс термической обработки: неправильный процесс термической обработки, такой как закалка, отпуск и т. д., может привести к изменениям микроструктуры и свойств материала, тем самым влияя на его прочность.
- Внутренние дефекты: включения, сегрегация, пузыри, внутренние трещины и другие дефекты внутри материала значительно снижают его ударную вязкость и становятся точкой концентрации напряжений.
- Подготовка образцов и условия испытаний: направление отбора образцов, геометрия надреза и качество обработки, температура испытаний и т. д. будут оказывать влияние на ударную вязкость.
Растрескивание металла является одной из основных причин выхода из строя многих конструкций, особенно компонентов, подверженных высоким напряжениям или высоким нагрузкам. Благодаря анализу трещин потенциальные проблемы с трещинами могут быть обнаружены вовремя, что позволяет избежать аварий, связанных с безопасностью, вызванных разрушением конструкции, например, трещиной, утечкой, обрушением и т. д.
Анализ трещин помогает понять причину, скорость расширения и остаточный срок службы трещин. Принимая соответствующие меры по ремонту или обслуживанию, можно замедлить расширение трещин, тем самым продлевая срок службы металлических деталей и сокращая расходы на замену и ремонт.
Классификация и различие металлических трещин
Трещины от термообработки
Характеристики:
Морфология: трещины термической обработки часто возникают в зоне мартенситного превращения, поэтому их трещины могут растрескиваться вдоль кристалла или растрескиваться сквозь кристалл. Трещины могут быть радиальными, отдельными линейными или сетчатыми.
Расположение: Трещины обычно образуются на острых углах заготовки, в местах резких изменений поперечного сечения.
Участок: Участок закалочной трещины обычно не окислен и может быть белым, матово-белым или светло-красным (водяная ржавчина, вызванная закалкой).
Причины:
Растрескивание происходит, когда большие напряжения, возникающие во время закалки, превышают собственную прочность материала и превышают предел пластической деформации.
Это может быть связано с такими факторами, как слишком высокая температура нагрева при закалке и слишком быстрое охлаждение.
Причины появления трещин при термообработке
а) Материал металлургического качества:
Металлургические проблемы, такие как усадка и серьезные дефекты прокатки, могут привести к неоднородности материала, что увеличивает риск образования закалочных трещин.
б) Содержание углерода в материале и легирующих элементов: увеличение содержания углерода снижает предел прочности мартенсита, тем самым увеличивая склонность к образованию закалочных трещин.
в) Условия процесса закалки:
Метод нагрева при закалке и неправильный контроль скорости нагрева, неравномерный нагрев, слишком высокая температура закалки могут привести к образованию закалочных трещин.
г. Размер и форма заготовки:
Трещины закалки легко образуются на острых углах заготовки и резких изменениях поперечного сечения, поскольку эти места подвержены концентрации напряжений. Крупные детали вала в закалке, если они не закалены, подвержены трещинам, вызванным термическим напряжением.
е. Внутренние дефекты:
Имеющиеся в материале дефекты, такие как пузырьки пара, включения, волосовины, белые пятна и т. д., могут стать источником трещин под действием напряжений при термообработке и постепенно расширяться.
е. Внутренняя хрупкость мартенсита:
Внутренняя хрупкость мартенсита является внутренней причиной возникновения закалочных трещин, на которую оказывают влияние его кристаллическая структура, химический состав, металлургические дефекты и т. д.
Ковка трещин
Характеристики:
Морфология: трещины ковки образуются при высоких температурах, трещины относительно толстые и обычно существуют в виде множественных полос, без тонкой вершины, без четкого направления. Иногда вокруг трещины не полностью обезуглероживается, а полуобезуглероживается.
Расположение: Часто образуется в грубой организации, концентрации напряжений или легирующих элементах при сегрегации.
Сечение: участок трещины может быть темно-коричневым, и даже иметь вид кислородной пленки, это происходит из-за расширения трещины при деформации ковки и контакта с воздухом.
Причины: а) дефекты сырья: остаточная усадка: в сырье недостаточно закрыты поры или отверстия, что может привести к снижению прочности материала в процессе ковки и легкому образованию трещин.
б) включения в стали: неметаллические включения в сырье, карбидные сегрегации, неоднородные металлические включения и т. д. могут ослабить сплошность материала, способствуя образованию трещин.
Неправильный процесс ковки:
в) неправильный нагрев: температура нагрева слишком высокая или слишком низкая, что может привести к неравномерному распределению напряжений в материале, что в свою очередь приводит к образованию трещин во время ковки.
d, неправильная деформация: скорость деформации слишком велика, пластичность стали недостаточна, чтобы выдерживать форму давления, легко вызвать разрыв. Эта трещина часто возникает в начале стадии ковки и быстрого расширения.
д., неправильное охлаждение после ковки: слишком высокая или слишком низкая скорость охлаждения может привести к концентрации внутренних напряжений в материале, что может привести к образованию трещин.
f) несвоевременная термическая обработка: после ковки несвоевременная и ненадлежащая термическая обработка может привести к тому, что внутреннее напряжение материала не будет эффективно снято, что увеличит риск образования трещин.
г, неправильный контроль температуры:
В процессе нагрева и охлаждения, если температура не контролируется должным образом, это может привести к чрезмерному внутреннему напряжению в материале, что вызовет растрескивание. Например, в процессе закалки, если охлаждение слишком быстрое, могут возникнуть закалочные трещины.
ч. Концентрация напряжений в материале:
Если в поковке есть зона концентрации напряжений, например, острые углы и изменения поперечного сечения, когда напряжение превышает способность материала выдерживать его, это может привести к образованию трещин.