در تولید، فرآوری و کاربرد مواد فلزی، ترک ها عیب رایجی هستند که عملکرد و عمر مفید مواد را به طور جدی تحت تاثیر قرار می دهند. ظهور ترکها نه تنها استحکام، چقرمگی و عمر خستگی مواد را کاهش میدهد، بلکه ممکن است باعث بروز حوادث شکستگی شود و در نتیجه خطرات ایمنی جدی را به همراه داشته باشد. بنابراین، تشخیص و شناسایی دقیق ترکهای مواد خام، ترکهای عملیات حرارتی و ترکهای آهنگری برای اطمینان از کیفیت محصول، بهینهسازی فرآیند تولید و جلوگیری از حوادث ایمنی مهم است.
I. ترک مواد خام
1. خصوصیات
ترکهای مواد اولیه معمولاً در مواد اولیه با اشکال مختلف مانند خطوط مستقیم، خطوط تا شده، مشبک یا شکل نامنظم وجود دارد. این ترک ها ممکن است در اثر انخال ها، حباب ها، سازماندهی ناهموار یا نقص ذوب در فرآیند تولید مواد خام ایجاد شوند. ترکها اغلب تغییر رنگ مشخصی مانند اکسیداسیون، خوردگی یا رنگآمیزی نشان میدهند و سطح ترکها نسبتاً ناهموار است که اغلب با قطعات ریز یا نوک ترک همراه است.
2. پیدایش
دلایل ایجاد ترک در مواد خام پیچیده و متنوع است:
- فرآیند ذوب نامناسب: کنترل ناکافی دما و زمان ذوب، در نتیجه توزیع نابرابر عناصر آلیاژی، جداسازی یا آخال.
- عیوب ریختهگری: کنترل ناکافی دما در طول ریختهگری، قالبها با طراحی ضعیف یا سرعتهای ریختهگری سریع ممکن است منجر به حبابهای گاز یا آخالهایی شود که به طور کامل تخلیه نمیشوند، که میتواند به شکاف تبدیل شود.
- ذخیره سازی و حمل و نقل مواد خام: نگهداری طولانی مدت در یک محیط مرطوب، حمل و نقل نامناسب یا فشار انباشته ممکن است منجر به تمرکز تنش در مواد خام شود که ممکن است منجر به ترک شود.
3. روش های تمایز
ترک های موجود در مواد خام معمولاً با مشاهده بصری، تجزیه و تحلیل میکروسکوپی متالورژیکی یا بازرسی اشعه ایکس قابل شناسایی هستند. ترک ها اغلب در داخل یا روی سطح ماده خام قرار دارند و به طور قابل توجهی با سازمان، رنگ و وضعیت سطح مواد متفاوت هستند.
II. ترک های عملیات حرارتی
1. خصوصیات
ترک عملیات حرارتی در فرآیند عملیات حرارتی مواد به دلیل تحول سازمانی، تمرکز تنش یا تغییر دما بسیار سریع است و ترک ایجاد می کند. این ترکها معمولاً در امتداد مرز دانهها یا از طریق ویژگیهای توزیع کریستال ارائه میشوند و جهت ترک اغلب با جهت تنش سازگار است. سطح ترک های عملیات حرارتی صاف و گاهی اوقات دارای رنگ اکسیداسیون است.
2. علل
ایجاد ترک های عملیات حرارتی به عوامل زیر مرتبط است:
- تمرکز تنش: تنش های حرارتی در اثر تغییرات دما در مواد در طی عملیات حرارتی ایجاد می شود. اگر نقص یا سازماندهی ناهموار در مواد وجود داشته باشد، ممکن است منجر به تمرکز تنش ها و ایجاد ترک شود.
- دگرگونی بافت: در برخی فلزات، در هنگام گرم شدن یا سرد شدن سریع، تغییر شکل بافت ممکن است با تغییرات حجمی همراه باشد که منجر به افزایش تنش های داخلی می شود که می تواند منجر به ایجاد ترک شود.
- نرخ گرمایش و سرمایش: نرخ گرمایش نامناسب، سرعت سرمایش یا انتخاب محیط خاموش کننده ممکن است منجر به توزیع نابرابر تنش های داخلی در مواد و در نتیجه ایجاد ترک شود.
3. روش های تمایز
شناسایی ترکهای عملیات حرارتی معمولاً بر تجزیه و تحلیل میکروسکوپ متالورژیکی، مشاهده میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آزمایش خواص مکانیکی متکی است. با مشاهده مورفولوژی ترک، محل و رابطه با بافت، همراه با پارامترهای فرآیند عملیات حرارتی، می توان نوع ترک را با دقت بیشتری قضاوت کرد.
III. ترک های آهنگری
1. خصوصیات
ترک آهنگری در فرآیند آهنگری مواد به دلیل تغییر شکل ناهموار، تمرکز تنش یا طراحی قالب و ترک است. این ترکها معمولاً در امتداد جهت آهنگری کشیده میشوند و ترکها با خطوط جریان آهنگری آشکار در دو طرف همراه هستند. سطح ترک های آهنگری ناهموار است و اغلب دارای لایه های اکسیدی و چین های آهنگری است.
2. علل
دلایل اصلی ایجاد ترک های آهنگری عبارتند از:
- تغییر شکل ناهموار: در طول فرآیند آهنگری، مواد به دلیل توزیع ناهموار دما، تفاوت در نرخ تغییر شکل یا اشکال قالب نامناسب طراحی شده، به طور ناموزون تغییر شکل میدهند و در نتیجه تغییر شکل و غلظت تنش ناهموار ایجاد میشود.
- مشکلات طراحی قالب: طراحی قالب غیر منطقی است، مانند شعاع گوشه گرد بسیار کوچک، فاصله قالب نامناسب یا انتخاب نادرست مواد قالب، ممکن است منجر به ترک در فرآیند آهنگری شود.
- عملکرد نامناسب: روانکاری ضعیف در حین آهنگری، دمای خیلی بالا یا خیلی پایین، سرعت آهنگری خیلی سریع و غیره ممکن است باعث ایجاد ترک شود.
3. روش های تمایز
شناسایی ترک های آهنگری معمولاً به مشاهدات ماکروسکوپی، تجزیه و تحلیل میکروسکوپ متالورژیکی و آزمایش خواص مکانیکی متکی است. با مشاهده شکل ترک، محل، رابطه با خط جریان آهنگری و اکسیداسیون داخل ترک، همراه با پارامترهای فرآیند آهنگری، می توانید نوع ترک را با دقت بیشتری قضاوت کنید.
چهارم، روش تمایز جامع
به منظور تمایز دقیق بین ترک های مواد خام، ترک های عملیات حرارتی و ترک های آهنگری، می توان از روش های زیر به طور جامع استفاده کرد:
1. مشاهده کلان: از طریق مشاهده شکل ترک، محل، رنگ و حالت سطح، قضاوت اولیه از نوع ترک.
2. تجزیه و تحلیل میکروسکوپ متالوگرافی: با استفاده از میکروسکوپ متالوگرافی برای مشاهده ساختار سازمانی ترک، رابطه با بافت اطراف و ویژگی های داخلی ترک، برای تایید بیشتر نوع ترک.
3. مشاهده میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM): مورفولوژی میکروسکوپی ترک، ویژگیهای سطح شکست و توزیع عناصر در داخل ترک از طریق SEM را مشاهده کنید، که مبنای دقیقتری برای قضاوت در مورد نوع ترک فراهم میکند.
4. آزمایش خواص مکانیکی: از طریق اندازه گیری خواص مکانیکی مانند سختی، مقاومت کششی، استحکام تسلیم و چقرمگی ضربه مواد، همراه با مورفولوژی و محل ترک، به طور جامع نوع و علت ترک ها را تجزیه و تحلیل کنید.
5. تجزیه و تحلیل پارامترهای فرآیند: همراه با فرآیند تولید مواد خام، فرآیند عملیات حرارتی و پارامترهای فرآیند آهنگری، دلایل احتمالی ایجاد ترک را تجزیه و تحلیل کرده و سرنخ های مهمی برای شناسایی ترک ها ارائه می دهد.