Розтріскування металів є складним процесом, що включає низку факторів. Нижче наведено деякі з основних причин.
- Фактори самого матеріалу: хімічний склад і металографічна організація безпосередньо впливають на ударну в'язкість металу, наприклад збільшення вуглецю, фосфору, сірки та інших елементів зменшить ударну в'язкість.
- Процес термічної обробки: неправильний процес термічної обробки, такий як загартування, відпустка тощо, може призвести до змін мікроструктури та властивостей матеріалу, тим самим впливаючи на його міцність.
- Внутрішні дефекти: включення, сегрегація, бульбашки, внутрішні тріщини та інші дефекти всередині матеріалу значно зменшать його ударну в'язкість і стануть точкою концентрації напруги.
- Підготовка зразка та умови випробування: напрямок відбору зразка, геометрія надрізу та якість обробки, температура випробування тощо впливатимуть на ударну в’язкість.
Розтріскування металу є однією з основних причин руйнування багатьох конструкцій, особливо компонентів, які піддаються високим навантаженням. Завдяки аналізу тріщин можна вчасно виявити потенційні проблеми з утворенням тріщин, що дозволить уникнути нещасних випадків, спричинених структурною несправністю, як-от розлом, витік, обвал тощо.
Аналіз тріщин допомагає зрозуміти причину, швидкість розширення та термін служби тріщин. Вживаючи відповідних заходів щодо ремонту або технічного обслуговування, можна уповільнити розширення тріщин, подовжуючи таким чином термін служби металевих частин і зменшуючи витрати на заміну та ремонт.
Класифікація та відмінність металевих тріщин
Тріщини термічної обробки
Характеристики:
Морфологія: тріщини термічної обробки часто утворюються в зоні мартенситного перетворення, тому їх тріщини можуть тріскатися вздовж кристала або тріскатися через кристал. Тріщини можуть бути радіальними, окремою лінією або сіткою.
Розташування: тріщини, як правило, утворюються в гострих кутах заготовки при різких змінах поперечного перерізу.
Секція: ділянка гартівної тріщини зазвичай не окислюється і може бути білою, тьмяно-білою або світло-червоною (водяна іржа, викликана гартуванням).
Причини:
Розтріскування виникає, коли великі напруги, що виникають під час загартування, перевищують власну міцність матеріалу та перевищують межу пластичної деформації.
Це може бути пов’язано з такими факторами, як занадто висока температура нагріву гарту та занадто швидке охолодження.
Причини тріщин при термічній обробці
a. Металургійна якість матеріалу:
Металургійні проблеми, такі як усадка та серйозні дефекти прокатки, можуть спричинити неоднорідність матеріалу, що підвищує ризик гартових тріщин.
b. Вміст вуглецю в матеріалі та легуючі елементи: збільшення вмісту вуглецю знижує міцність мартенситу на розрив, тим самим підвищуючи схильність до гартування тріщин.
в. Умови процесу гасіння:
Спосіб гартування нагрівання та неправильний контроль швидкості нагрівання, нерівномірний нагрів, занадто висока температура гартування можуть призвести до тріщин гартування.
d. Розмір і форма заготовки:
На гострих кутах заготовки і різких змінах поперечного перерізу легко утворюються гартівні тріщини, оскільки ці місця схильні до концентрації напруг. Великі частини вала під час загартування, якщо не загартовані, схильні до тріщин, спричинених термічним навантаженням.
д. Внутрішні дефекти:
Існуючі в матеріалі дефекти, такі як бульбашки пари, включення, лінія волосся, білі плями тощо, можуть стати джерелом тріщин під дією напруги термічної обробки та поступово розширюватися.
f. Власна крихкість мартенситу:
Внутрішня крихкість мартенситу є внутрішньою причиною тріщин гартування, і його кристалічна структура, хімічний склад, металургійні дефекти тощо впливатимуть на це.
Кування тріщин
Характеристики:
Морфологія: тріщини кування утворюються при високих температурах, тріщини є відносно товстими і зазвичай існують у формі кількох смуг, без тонкої вершини, без тонкого напрямку. Іноді навколо тріщини не повністю зневуглецьоване, а напівзневуглецьоване.
Розташування: часто виробляється в грубій організації, концентрації напруги або легуючих елементів при сегрегації.
Розділ: розділ тріщини може бути темно-коричневим, і навіть з’являється киснева оболонка, це тому, що тріщина в деформації кування розширюється та контактує з повітрям.
Причини: a, дефекти сировини: залишкова усадка: сировина за наявності неповного закриття пор або отворів може призвести до процесу кування, щоб знизити міцність матеріалу, легко виробляти тріщини.
b, сталеві включення: неметалічні включення в сировині, сегрегація карбіду, неоднорідні металеві включення тощо можуть послабити цілісність матеріалу, сприяючи утворенню тріщин.
Неправильний процес кування:
c, неправильне нагрівання: температура нагрівання занадто висока або занадто низька, що може призвести до нерівномірного розподілу напруги в матеріалі, що, у свою чергу, створює тріщини під час кування.
d, неправильна деформація: швидкість деформації занадто велика, пластичності сталі недостатньо, щоб витримати форму тиску, легко спричинити розрив. Ця тріщина часто виникає на початку стадії кування та швидкого розширення.
e, неправильне охолодження після кування: швидкість охолодження занадто швидка або занадто повільна, може призвести до концентрації внутрішньої напруги в матеріалі, викликаючи тріщини.
f, несвоєчасна термічна обробка: після того, як кування не є своєчасною та належною термічною обробкою, це може призвести до того, що внутрішня напруга матеріалу не буде ефективно звільнена, що збільшує ризик розтріскування.
g, неправильний контроль температури:
У процесі нагрівання та охолодження, якщо температура не контролюється належним чином, це може призвести до надмірної внутрішньої напруги в матеріалі, що призведе до розтріскування. Наприклад, у процесі загартування, якщо охолодження відбувається надто швидко, можуть виникнути гартівні тріщини.
ч. Концентрація напруги в матеріалі:
Якщо в куванні є зона концентрації напруги, наприклад гострі кути та мутації поперечного перерізу, коли напруга перевищує здатність матеріалу витримувати, це може призвести до розтріскування.
