Pucanje metala je složen proces koji uključuje niz faktora. Ovo su neki od glavnih razloga:
- Faktori samog materijala: hemijski sastav i metalografska organizacija direktno utiču na udarnu žilavost metala, kao što su ugljenik, fosfor, sumpor i drugi elementi, povećanje će smanjiti udarnu žilavost.
- Proces termičke obrade: nepravilan proces termičke obrade, kao što je kaljenje, kaljenje, itd., može dovesti do promjena u mikrostrukturi i svojstvima materijala, što utiče na njegovu žilavost.
- Unutrašnji defekti: inkluzije, segregacija, mjehurići, unutrašnje pukotine i drugi defekti unutar materijala značajno će smanjiti njegovu udarnu žilavost i postati tačka koncentracije naprezanja.
- Priprema uzorka i uvjeti ispitivanja: smjer uzorkovanja uzorka, geometrija zareza i kvalitet obrade, temperatura ispitivanja, itd. će imati utjecaj na udarnu žilavost.
Pucanje metala jedan je od glavnih uzroka loma u mnogim konstrukcijama, posebno u komponentama izloženim velikim naprezanjima ili velikim opterećenjima. Kroz analizu pukotina, potencijalni problemi s pucanjem mogu se otkriti na vrijeme, čime se izbjegavaju sigurnosne nezgode uzrokovane kvarom konstrukcije, kao što su lom, curenje, kolaps, itd.
Analiza pukotina pomaže da se razumiju uzrok, brzina širenja i preostali vijek trajanja pukotina. Poduzimanjem odgovarajućih mjera popravke ili održavanja, širenje pukotina se može usporiti, čime se produžuje vijek trajanja metalnih dijelova i smanjuju troškovi zamjene i popravke.
Klasifikacija i razlika metalnih pukotina
Toplinska obrada pukotina
karakteristike:
Morfologija: pukotine termičke obrade često nastaju u zoni martenzitne transformacije, tako da njihove pukotine mogu pucati duž kristala ili pucati kroz kristal. Pukotine mogu biti radijalne, odvojene linije ili mrežaste.
Lokacija: pukotine uglavnom imaju tendenciju da se formiraju na oštrim uglovima radnog komada, pri naglim promenama u poprečnom preseku.
Presjek: Presjek pukotine pri gašenju obično nije oksidiran i može biti bijel, mutnobijel ili svijetlocrven (vodena rđa uzrokovana gašenjem).
Uzroci:
Do pucanja dolazi kada su velika naprezanja nastala tokom gašenja veća od vlastite čvrstoće materijala i prelaze granicu plastične deformacije.
To može biti povezano s faktorima kao što su previsoka temperatura gašenja i prebrzo hlađenje.
Razlozi za termičku obradu pukotina
a. Metalurški kvalitet materijala:
Metalurški problemi kao što su skupljanje i ozbiljni defekti pri kotrljanju mogu uzrokovati nehomogenosti materijala koje povećavaju rizik od pucanja pri gašenju.
b. Sadržaj ugljika u materijalu i legirajućih elemenata: povećanje sadržaja ugljika smanjuje lomnu čvrstoću martenzita, čime se povećava sklonost gašenju pukotina.
c. Uslovi procesa gašenja:
Način grijanja i nepravilna kontrola brzine grijanja, neravnomjerno zagrijavanje, temperatura gašenja je previsoka može dovesti do pucanja u gašenju.
d. Veličina i oblik radnog komada:
Na oštrim uglovima obratka i naglim promjenama poprečnog presjeka lako nastaju pukotine od gašenja, jer su ta mjesta sklona koncentraciji naprezanja. Veliki dijelovi osovine u kaljenju, ako nisu kaljeni, skloni su pucanju uzrokovanim termičkim naprezanjem.
e. Unutrašnji nedostaci:
Defekti koji postoje unutar materijala, kao što su mjehurići pare, inkluzije, dlake, bijele mrlje, itd., mogu postati izvor pukotina pod djelovanjem naprezanja toplinske obrade i postepeno se širiti.
f. Intrinzična krtost martenzita:
Intrinzična krhkost martenzita je unutrašnji uzrok pucanja pri gašenju, a na njega će uticati njegova kristalna struktura, hemijski sastav, metalurški defekti, itd.
Kovanje pukotina
karakteristike:
Morfologija: kovane pukotine nastaju pri visokim temperaturama, pukotine su relativno debele i uglavnom postoje u obliku više traka, bez finog vrha, bez finog smjera. Ponekad oko pukotine nije potpuno razugljičeno već polurazogljičeno.
Lokacija: Često se proizvodi u gruboj organizaciji, koncentraciji naprezanja ili legirajućim elementima na segregaciji.
Presjek: pukotina u dijelu može biti tamno smeđa, pa čak i imati kisik kože se pojavljuje, to je zato što pukotina u kovanju deformacije širenja i kontakta sa zrakom.
Uzroci: a, nedostaci sirovog materijala: zaostalo skupljanje: sirovina u prisustvu nepotpunog zatvaranja pora ili rupa, može dovesti do procesa kovanja kako bi se smanjila čvrstoća materijala, lako proizvesti pukotine.
b, čelične inkluzije: nemetalne inkluzije u sirovom materijalu, segregacija karbida, heterogene metalne inkluzije, itd., mogu oslabiti kontinuitet materijala, pospješujući stvaranje pukotina.
Nepravilan proces kovanja:
c, nepravilno zagrijavanje: temperatura zagrijavanja je previsoka ili preniska, što može dovesti do neravnomjerne raspodjele naprezanja unutar materijala, što zauzvrat proizvodi pukotine tokom kovanja.
d, nepravilna deformacija: brzina deformacije je prevelika, plastičnost čelika nije dovoljna da izdrži oblik pritiska, lako može izazvati puknuće. Ova pukotina se često javlja na početku faze kovanja i brzog širenja.
e, nepravilno hlađenje nakon kovanja: brzina hlađenja je prebrza ili prespora, može dovesti do unutrašnje koncentracije naprezanja u materijalu, izazivajući pukotine.
f, neblagovremena termička obrada: nakon kovanja nije pravovremena i odgovarajuća termička obrada, može dovesti do toga da unutrašnji napon materijala nije efikasno otpušten, čime se povećava rizik od pucanja.
g, nepravilna kontrola temperature:
U procesu grijanja i hlađenja, ako temperatura nije pravilno kontrolirana, to može dovesti do prekomjernog unutrašnjeg naprezanja u materijalu, što može izazvati pucanje. Na primjer, u procesu gašenja, ako je hlađenje prebrzo, mogu nastati pukotine pri gašenju.
h. Koncentracija naprezanja materijala:
Ako postoji područje koncentracije naprezanja u kovanju, kao što su oštri uglovi i mutacije poprečnog presjeka, kada napon premašuje sposobnost materijala da izdrži, to može dovesti do pucanja.
