ملخص لأنماط كسر المعدن وتحليل سطح الكسر

1 المقدمة

غالبًا ما تواجه المواد المعدنية سيناريوهات فشل مثل الكسر والتآكل والتآكل والتشوه في تطبيقات مختلفة. ومن بين هذه الحالات، يُعتبر الكسر أحد أخطر أنواع الفشل وقد حظي دائمًا باهتمام واسع النطاق. عندما ينقسم المعدن إلى قطعتين أو أكثر تحت الضغط (ويتأثر أحيانًا أيضًا بالحرارة أو الوسائط المسببة للتآكل)، يشار إليه بالكسر الكامل. عندما تكون هناك شقوق داخل المعدن، يطلق عليه الكسر غير الكامل.

2 أنواع الكسر المعدني

1. التصنيف حسب درجة التشوه البلاستيكي قبل الكسر

تستخدم عملية النفخ الرملي الهواء المضغوط كقوة لرش المواد الكاشطة (مثل خام النحاس ورمل الكوارتز والكوروندوم ورمل الحديد ورمل هاينان وما إلى ذلك) بسرعة عالية على سطح قطعة العمل. وبسبب تأثير المادة الكاشطة وحركتها القاطعة، يتغير سطح قطعة العمل، مما يحقق مستوى معينًا من النظافة والخشونة المختلفة.

الكسر المطاوع

ويعرف أيضًا باسم الكسر المطاوع أو الكسر البلاستيكي.

خصائص سطح الكسر:على المستوى المجهري، يظهر سطح الكسر في الكسر المرن تشوهًا بلاستيكيًا كبيرًا، وتغيرات في حجم الكسر، ووجود مناطق ليفية وشفوية قصية، ولون باهت. على المستوى المجهري، يظهر أنماطًا من الغمازات، وهياكل ليفية، وأنماط تلال مشعة ومتعرجة.

عزيمة:بشكل عام، يتم تعريف أنه إذا كان الانخفاض في مساحة عينة الشد الملساء أكبر من 5٪، فإنه يعتبر كسرًا مطاوعًا.

▲ السطح العياني للكسر المطاوع

▲ السطح المجهري للكسر المطاوع

كسر هش

خصائص الكسر:تتمثل خصائص الكسر الهش على المستويين العياني والمجهري في الافتقار إلى التشوه البلاستيكي الكبير والأسطح الناعمة اللامعة نسبيًا. تنشأ هذه السمات لأن المادة لا تخضع لتشوه بلاستيكي كافٍ أثناء الكسر، مما يتسبب في انتشار الشقوق بسرعة وتكوين أسطح كسر ناعمة وأنيقة. على المستوى المجهري، تكشف خطوات الانقسام وأنماط النهر وأنماط اللسان بشكل أكبر عن آليات الكسر ومسارات انتشار الشقوق في الكسور الهشة.

خطر:وعادة ما لا تكون هناك أي أعراض سابقة، وتحدث فجأة، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى عواقب وخيمة.

عزيمة:إن الانخفاض في مساحة المقطع العرضي لأقل من 5% في عينات الشد الناعمة قد يشير إلى تشوه بلاستيكي موحد ضئيل، وهو ما يعتبر كسرًا هشًا.

▲ سطح عياني لكسر هش

▲ سطح عياني لكسر هش

2. التصنيف حسب مسار انتشار الشقوق

كسر عبر الحبيبات

صفات:ينتشر الشق عبر الجزء الداخلي للحبوب.

طبيعة:يمكن أن تكون إما مطيلة أو هشة.

▲ مخطط الكسر عبر الحبيبات

▲ صورة مجهرية لكسر عبر الحبيبات

كسر بين الحبيبات

صفات:ينتشر الشق على طول حدود الحبوب.

طبيعة:كسور هشة في الغالب.

▲ مخطط الكسر بين الحبيبات

▲ صورة مجهرية لكسر بين الحبيبات

3. التصنيف حسب نوع الإجهاد والموضع النسبي لاتجاه سطح الكسر بالنسبة للإجهاد

كسر الشد

يكون اتجاه سطح الكسر عموديًا على أقصى إجهاد طبيعي.

طبيعة:كسر هش في الغالب، ولكن يمكن أن يظهر أيضًا تشوهًا بلاستيكيًا كبيرًا.

كسر القص

يتوافق اتجاه سطح الكسر مع اتجاه أقصى إجهاد القص، مما يشكل زاوية 45 درجة مع أقصى إجهاد طبيعي.

طبيعة:كسر مطاوع.

 

4. التصنيف حسب طبيعة الحمل وسبب الإجهاد

كسر التعب

تعريف:الكسر الذي يحدث في المواد تحت تأثير الأحمال المتناوبة.

الآلية:نتيجة التأثير المشترك للتوتر والوقت المتناوبين.

▲ كسر التعب الناتج عن الشد والضغط المشترك

الكسر البيئي

تعريف:كسر المواد منخفض الإجهاد الناجم عن العوامل البيئية.

تصنيف:يشمل بشكل أساسي التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي وهشاشة الهيدروجين.

▲ كسر التآكل

II. طرق تحليل سطح الكسر المعدني

إن طريقة الثلاث خطوات لتحليل أسطح الكسر المعدنية هي عملية منهجية تهدف إلى فهم أسباب وآليات وخصائص كسور المواد من خلال ملاحظة وتقييم أسطح الكسر.

الخطوة 1: المراقبة العيانية

غاية:إجراء ملاحظة أولية بالعين المجردة أو العدسة المكبرة أو المجهر الضوئي منخفض الطاقة لجمع المعلومات العيانية حول سطح الكسر.

محتوى

نظرة عامة على الملاحظة:في البداية، قم بمراقبة المظهر العام والعلاقات المتبادلة بين مناطق مختلفة من سطح الكسر باستخدام العين المجردة والعدسات ذات التكبير المنخفض.

تحليل طبيعة الكسر:إجراء تحديد أولي لطبيعة الكسر، مثل الكسر المطاوع، أو الكسر الهش، وما إلى ذلك.

حكم أصل الكراك:تحليل موقع أصل الشق واتجاه انتشار الشق.

تقييم جودة المعالجة المعدنية والحرارية:استخدم الملاحظة العيانية لتقييم الجودة المعدنية وجودة المعالجة الحرارية بشكل أولي.

تسجيل:تصوير وتسجيل نتائج الملاحظات العيانية لتحليلها لاحقًا.

الخطوة 2: الملاحظة المجهرية

غاية:لإجراء ملاحظة أكثر عمقًا باستخدام المجاهر عالية القدرة (مثل المجاهر المعدنية والمجاهر الإلكترونية الماسحة) للحصول على معلومات مجهرية حول سطح الكسر.

محتوى

المراقبة المباشرة لسطح الكسر:قم بمراقبة الخصائص المورفولوجية المجهرية لسطح الكسر باستخدام المجاهر المعدنية أو المجاهر الإلكترونية الماسحة.

مراقبة ملف الكسر:فهم أعمق للبنية الدقيقة، ومسار انتشار الشقوق، وآلية الكسر.

التحقق من المعلومات العيانية:استخدم الملاحظة المجهرية للتحقق بشكل أكبر من المعلومات التي تم جمعها أثناء الملاحظة العيانية.

تحديد طبيعة الكسر:تحديد طبيعة الكسر وسرعته وموقعه الأصلي بشكل أكثر دقة بناءً على نتائج المراقبة المجهرية.

تحديد سبب الكسر:من خلال التحليل الشامل، تحديد سبب وآلية الكسر.

الخطوة 3: التحليل الكمي

غاية:إجراء أبحاث أكثر تعمقًا على سطح الكسر من خلال الاختبار والتحليل الكمي للحصول على بيانات أداء أكثر دقة.

محتوى

تحليل التركيب الكيميائي:تحليل التركيب الكيميائي لمادة الكسر، بما في ذلك محتوى العناصر الرئيسية والشوائب والشوائب غير المعدنية.

اختبار الخواص الميكانيكية:قم بإجراء اختبارات الشد والتأثير والصلابة وغيرها من الخصائص الميكانيكية على مادة الكسر لتقييم قوتها ومتانتها وصلابتها.

تحليل مورفولوجيا الكسر:استخدم أدوات مثل المجاهر الإلكترونية الماسحة (SEM) للتحليل الكمي لشكل الكسر، مثل طول الشق وعرضه وعمقه وما إلى ذلك.

تقييم آلية الكسر:تقييم آلية الكسر، مثل الكسر المطاوع، والكسر الهش، وما إلى ذلك، بناءً على نتائج الاختبار الكمي.

التقييم الشامل:دمج نتائج المراقبة العيانية والمراقبة المجهرية والتحليل الكمي لتقييم أداء المادة بشكل شامل.

من خلال طريقة الثلاث خطوات لتحليل سطح الكسر المعدني، يمكن للمرء أن يكتسب فهمًا شاملاً ومتعمقًا لأسباب وآليات وخصائص كسور المواد المعدنية، مما يوفر مراجع مهمة لتصميم وتصنيع واستخدام المواد.