I. Определение и классификация разрушения металлических материалов
Отказ металлического материала относится к процессу использования, вызванному различными факторами, в результате чего металлические материалы не могут продолжать соответствовать своей проектной функции или эксплуатационным требованиям государства. Этот отказ может быть вызван различными причинами, такими как ухудшение физических свойств материала, химическая коррозия, механическое повреждение и т. д.
Перелом: В зависимости от величины деформации материала, разрушение может быть далее разделено на вязкое разрушение и хрупкое разрушение. Вязкое разрушение будет иметь значительный процесс деформации до возникновения хрупкого разрушения, как правило, происходит внезапно, нет очевидного количества деформации, и, следовательно, вызывает большую разрушительную силу. Распространенные типы разрушения также включают усталостное разрушение и разрушение под статической нагрузкой, где усталостное разрушение происходит из-за разрушения материала при длительных операциях циклического напряжения, в то время как разрушение под статической нагрузкой происходит под статической нагрузкой.
Износ:Износ происходит из-за литья в условиях высокой скорости, вибрации, перегрузки и других рабочих условий, работа между механическими поверхностями трения друг о друга и приводит к износу материала, а затем к разрушению материала. Износ можно разделить на различные типы, такие как абразивный износ, адгезионный износ, усталостный износ, коррозионный износ или износ микродвижения. В машиностроении абразивный износ является одной из наиболее распространенных форм износа.
Коррозия:Коррозия — это химическая или электрохимическая реакция, которая происходит при контакте металлического материала с окружающей средой, что приводит к снижению свойств материала или его разрушению. Коррозию можно разделить на общую коррозию и локальную коррозию, из которых локальная коррозия встречается чаще, включая коррозию под напряжением, поровую коррозию, межкристаллитную коррозию и многие другие виды.
Отказ металлических материалов не только снизит эффективность продукта, но и может представлять угрозу безопасности персонала. Поэтому анализ отказов металлических материалов имеет большое значение, который позволяет выявить причины отказов и предложить эффективные решения для повышения качества и конкурентоспособности продукции.
II. Причины разрушения металлических материалов
1. Внутренние дефекты материала
Усадка и разрыхление
Определение: Усадка — это процесс конденсации металла из-за сокращения объема в слитке или литейном центре с образованием трубчатых (или раструбных) или разбросанных отверстий. Свободный находится в условиях быстрого охлаждения, хотя и избегает больших усадочных отверстий, но разница в объеме жидкого металла и твердого металла по-прежнему приводит к множеству мелких усадочных отверстий, распределенных в металле.
Последствия: Значительно снижает механические свойства материала, может стать источником усталости, приводящей к разрушению, и влияет на коррозионную стойкость материала.
сегрегация
Определение: явление неравномерности химического состава отливок, подразделяющееся на микроскопическую ликвацию (например, внутрикристаллическую ликвацию) и макроскопическую ликвацию (например, ликвацию по плотности).
Последствия: приводят к неравномерной работе отливок, в серьезных случаях — к браку.
Включение
Определение: металлический или неметаллический материал с четким интерфейсом с матрицей. По природе можно разделить на металлические включения и неметаллические включения.
Воздействие: влияет на механические свойства материала, увеличивает риск появления трещин.
Пузыри
Определение: металл в расплавленном состоянии способен растворять большое количество газов, в процессе конденсации из-за снижения растворимости и выделения газа в металле происходит внутреннее образование газовых пузырьков.
Последствия: Уменьшает эффективное сечение металлической отливки, снижает прочность материала и может привести к появлению трещин.
Дефекты конструкции
Нерациональное проектирование конструкции: например, наличие зон концентрации напряжений в несущих нагрузку частях, неправильное проектирование, приводящее к разрушению.
Неправильный выбор материалов: выбор материалов не соответствует стандартам или недостаточно изучены эксплуатационные характеристики материала, в результате чего материал не может соответствовать требованиям к использованию.
Дефекты обработки
Дефекты термообработки
Например: закалочные трещины, отпускные трещины.
Удар: снижает прочность и ударную вязкость материала, увеличивает риск разрушения.
Дефекты формования при холодной обработке
Например: дефекты шлифования, дефекты резки, дефекты холодной высадки.
Воздействие: влияет на качество поверхности и размерную точность материала, снижает общие эксплуатационные характеристики материала.
Дефекты в процессе использования
Перегрузка: материал подвергается чрезмерному внешнему напряжению в процессе эксплуатации, что приводит к деформации или разрушению.
Коррозия: материалы подвергаются коррозии под воздействием влажности, высоких температур, кислот и щелочей, а также других агрессивных сред, что приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик.
Усталость: материал под действием знакопеременной нагрузки по истечении определенного периода времени разрушается от усталости.
Факторы окружающей среды
Температура: воздействие высоких температур может привести к окислению материала, размягчению, снижению его прочности и твердости.
Среда: определенная среда может ускорить процесс коррозии материала.
Влажность: Избыточная влажность воздуха может привести к тому, что материалы будут впитывать воду, что приведет к разбуханию, деформации и даже росту плесени или грибка. Это может быть особенно пагубно для электронных компонентов, где влага может вызвать короткие замыкания и необратимые повреждения.
Воздействие ультрафиолета: Длительное воздействие ультрафиолетового (УФ) излучения солнечного света может привести к деградации многих материалов, делая их хрупкими и теряя цвет и структурную целостность. Это особенно касается пластика, красок и текстиля.
Химическое воздействие: Контакт с агрессивными химикатами может привести к различным реакциям, включая растворение, обесцвечивание и химическое разрушение материала. Это распространенная проблема в промышленных условиях, где материалы могут контактировать с кислотами, основаниями, растворителями или другими реактивными веществами.
