خرابی مواد فلزی

I. تعریف و طبقه بندی شکست مواد فلزی

شکست مواد فلزی به فرآیند استفاده اشاره دارد، با توجه به عوامل مختلف، در نتیجه مواد فلزی نمی توانند به عملکرد طراحی خود یا الزامات عملکرد دولت ادامه دهند. این خرابی ممکن است به دلایل مختلفی مانند تخریب خواص فیزیکی مواد، خوردگی شیمیایی، آسیب مکانیکی و غیره ایجاد شود.

شکستگی: با توجه به بزرگی تغییر شکل مواد، شکست را می توان بیشتر به شکست انعطاف پذیر و شکست شکننده تقسیم کرد. قبل از اینکه شکستگی شکننده به طور ناگهانی رخ دهد، تغییر شکل آشکاری وجود نداشته باشد، فرآیند تغییر شکل قابل توجهی خواهد داشت و بنابراین باعث ایجاد نیروی تخریبی بیشتر می شود. انواع متداول شکستگی نیز شامل شکستگی ناشی از خستگی و شکستگی بار استاتیکی است، که در آن شکست خستگی ناشی از شکستگی مواد تحت عملیات چرخه تنش طولانی مدت است، در حالی که شکست استاتیک تحت بار استاتیکی رخ می دهد.

فرسودگی:سایش و پارگی به دلیل ریخته گری در سرعت بالا، ارتعاش، اضافه بار و سایر شرایط عملیاتی، کار بین اصطکاک سطح مکانیکی بین یکدیگر و منجر به سایش و پارگی مواد می شود و سپس باعث شکست مواد می شود. سایش را می توان به انواع مختلفی از جمله سایش ساینده، سایش چسب، سایش خستگی، سایش خورنده یا سایش میکروموشن تقسیم کرد. در ماشین آلات، سایش ساینده یکی از رایج ترین اشکال سایش است.

خوردگی:خوردگی یک واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی است که زمانی رخ می دهد که یک ماده فلزی با محیط اطراف تماس پیدا می کند و در نتیجه خواص مواد کاهش می یابد یا تخریب می شود. خوردگی را می توان به خوردگی کل و خوردگی موضعی تقسیم کرد که خوردگی موضعی رایج تر است، از جمله خوردگی تنشی، خوردگی منافذ، خوردگی بین دانه ای و بسیاری از انواع دیگر.

خرابی مواد فلزی نه تنها اثربخشی محصول را کاهش می دهد، بلکه ممکن است تهدیدی برای ایمنی پرسنل باشد. بنابراین تجزیه و تحلیل شکست مواد فلزی از اهمیت بالایی برخوردار است که می تواند علل شکست را شناسایی کرده و راه حل های موثری برای بهبود کیفیت و رقابت پذیری محصولات ارائه دهد.

II. علل خرابی مواد فلزی

1. عیوب داخلی مواد

انقباض و شل شدن

تعریف: انقباض فلزی است که در فرآیند تراکم به دلیل انقباض حجمی در شمش یا قلب ریخته‌گری در اثر تشکیل سوراخ‌های لوله‌ای (یا گشاد) یا پراکنده است. شل در شرایط خنک کننده سریع است، اگرچه برای جلوگیری از سوراخ های بزرگ انقباض، اما فلز مایع و فلز جامد بین اختلاف حجم هنوز منجر به بسیاری از سوراخ های انقباض کوچک توزیع شده در فلز می شود.

اثرات: به طور قابل توجهی خواص مکانیکی مواد را کاهش می دهد، ممکن است به منبع خستگی منجر به شکستگی تبدیل شود و مقاومت به خوردگی مواد را تحت تاثیر قرار دهد.

جداسازی

تعریف: پدیده ترکیب شیمیایی ناهموار در ریخته گری ها که به تفکیک میکروسکوپی (مانند جداسازی درون کریستالی) و تفکیک ماکروسکوپیک (مثلاً تفکیک چگالی) تقسیم می شود.

تاثیر: منجر به عملکرد نابرابر ریخته گری می شود، موارد جدی باعث ضایعات می شود.

شمول

تعریف: مواد فلزی یا غیر فلزی با رابط واضح با ماتریس. با توجه به ماهیت می توان به اجزاء فلزی و اجزاء غیر فلزی تقسیم کرد.

تأثیر: بر خواص مکانیکی مواد تأثیر می گذارد، خطر ترک را افزایش می دهد.

حباب ها

تعریف: فلز در حالت مذاب می تواند تعداد زیادی گاز را در فرآیند تراکم حل کند به دلیل کاهش حلالیت و آزاد شدن گاز در تشکیل داخلی فلز حباب های گاز.

اثرات: سطح مقطع موثر ریخته گری فلز را کاهش می دهد، استحکام مواد را کاهش می دهد و ممکن است منجر به ترک شود.

نقص طراحی

طراحی سازه نامعقول: مانند وجود مناطق تمرکز تنش در قسمت های باربر، عدم طراحی صحیح منجر به شکست.

انتخاب نادرست مواد: انتخاب مواد استانداردهای مناسب نیست، یا درک ناکافی از عملکرد مواد، در نتیجه مواد نمی تواند استفاده از الزامات را برآورده کند.

نقص های پردازش

نقص عملیات حرارتی

مانند: رفع ترک، تلطیف ترک.

تاثیر: کاهش استحکام و چقرمگی مواد، افزایش خطر شکستگی.

عیوب قالب گیری پردازش سرد

مانند: عیوب سنگ زنی، عیوب برش، عیب سر سرد.

تأثیر: بر کیفیت سطح و دقت ابعادی مواد تأثیر می گذارد، عملکرد کلی مواد را کاهش می دهد.

نقص در فرآیند استفاده

استرس اضافه بار: مواد در فرآیند استفاده تحت فشار خارجی بیش از حد قرار می گیرند که منجر به تغییر شکل یا شکستگی می شود.

خوردگی: مواد در رطوبت، درجه حرارت بالا، اسید و قلیایی و سایر محیط های خشن خوردگی، که منجر به تخریب عملکرد می شود.

خستگی: مواد تحت عمل بار متناوب، پس از یک دوره معینی از شکستگی خستگی.

عوامل محیطی

دما: محیط دمای بالا ممکن است منجر به اکسیداسیون مواد، نرم شدن، کاهش استحکام و سختی آن شود.

رسانه: محیط رسانه خاص ممکن است روند خوردگی مواد را تسریع کند.

رطوبت: رطوبت بیش از حد در هوا می تواند باعث جذب آب توسط مواد شود و منجر به تورم، تاب برداشتن و حتی رشد کپک یا کپک شود. این می تواند به ویژه برای قطعات الکترونیکی مضر باشد، جایی که رطوبت می تواند باعث اتصال کوتاه و آسیب دائمی شود.

قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش: قرار گرفتن طولانی مدت در معرض اشعه ماوراء بنفش (UV) از نور خورشید می تواند بسیاری از مواد را تخریب کند و باعث شکننده شدن و از دست دادن رنگ و یکپارچگی ساختاری آنها شود. این امر به ویژه در مورد پلاستیک، رنگ و منسوجات صادق است.

قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی: تماس با مواد شیمیایی تهاجمی می تواند منجر به واکنش های مختلفی از جمله انحلال، تغییر رنگ و تجزیه شیمیایی مواد شود. این یک مشکل رایج در محیط‌های صنعتی است که در آن مواد ممکن است با اسیدها، بازها، حلال‌ها یا سایر مواد واکنش‌دهنده در تماس باشند.