การแตกร้าวของโลหะเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งเกี่ยวข้องกับปัจจัยหลายประการ ต่อไปนี้คือสาเหตุหลักบางประการ:
- ปัจจัยของวัสดุเอง: องค์ประกอบทางเคมีและการจัดเรียงทางโลหะวิทยาส่งผลโดยตรงต่อความเหนียวต่อแรงกระแทกของโลหะ เช่น คาร์บอน ฟอสฟอรัส กำมะถัน และธาตุอื่นๆ หากเพิ่มขึ้น ความเหนียวต่อแรงกระแทกจะลดลง
- กระบวนการอบชุบด้วยความร้อน: กระบวนการอบชุบด้วยความร้อนที่ไม่เหมาะสม เช่น การดับ การอบชุบแข็ง ฯลฯ อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของวัสดุ ส่งผลให้ความเหนียวได้รับผลกระทบ
- ข้อบกพร่องภายใน: การรวมตัว การแยกตัว ฟองอากาศ รอยแตกร้าวภายใน และข้อบกพร่องอื่นๆ ในวัสดุจะลดความเหนียวต่อแรงกระแทกลงอย่างมาก และกลายเป็นจุดรวมของความเค้น
- เงื่อนไขการเตรียมและการทดสอบตัวอย่าง: ทิศทางการสุ่มตัวอย่าง รูปทรงของรอยบากและคุณภาพการประมวลผล อุณหภูมิการทดสอบ ฯลฯ จะมีผลกระทบต่อความเหนียวต่อแรงกระแทก
การแตกร้าวของโลหะเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักของความล้มเหลวในโครงสร้างต่างๆ โดยเฉพาะในส่วนประกอบที่ต้องรับแรงสูงหรือรับน้ำหนักมาก การวิเคราะห์รอยแตกร้าวสามารถตรวจพบปัญหาที่อาจเกิดขึ้นจากการแตกร้าวได้ทันเวลา จึงหลีกเลี่ยงอุบัติเหตุด้านความปลอดภัยที่เกิดจากความล้มเหลวของโครงสร้าง เช่น การแตก การรั่วซึม การพังทลาย เป็นต้น
การวิเคราะห์รอยแตกร้าวช่วยให้เข้าใจถึงสาเหตุ อัตราการขยายตัว และอายุการใช้งานที่เหลือของรอยแตกร้าว โดยการใช้มาตรการซ่อมแซมหรือบำรุงรักษาที่เหมาะสม การขยายตัวของรอยแตกร้าวสามารถชะลอลงได้ ส่งผลให้ชิ้นส่วนโลหะมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น และลดต้นทุนการเปลี่ยนและซ่อมแซม
การจำแนกและความแตกต่างของรอยแตกร้าวของโลหะ
รอยแตกร้าวจากการอบด้วยความร้อน
ลักษณะเฉพาะ:
สัณฐานวิทยา: รอยแตกร้าวจากการอบด้วยความร้อนมักเกิดขึ้นในบริเวณที่มีการเปลี่ยนแปลงของมาร์เทนไซต์ ดังนั้น รอยแตกร้าวอาจแตกตามผลึกหรือแตกทะลุผลึก รอยแตกร้าวอาจเป็นแนวรัศมี เส้นแยก หรือตาข่าย
ตำแหน่ง: รอยแตกร้าวมักเกิดขึ้นที่มุมคมของชิ้นงานเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงหน้าตัดอย่างกะทันหัน
ภาคตัดขวาง: ภาคตัดขวางของรอยแตกร้าวจากการชุบแข็งโดยปกติแล้วจะไม่ถูกออกซิไดซ์ และอาจเป็นสีขาว ขาวด้าน หรือแดงอ่อน (สนิมจากน้ำที่เกิดจากการชุบแข็ง)
สาเหตุ :
การแตกร้าวจะเกิดขึ้นเมื่อความเค้นขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นระหว่างการชุบแข็งมีค่ามากกว่าความแข็งแรงของวัสดุเองและเกินขีดจำกัดการเสียรูปพลาสติก
อาจเกี่ยวข้องกับปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิความร้อนในการดับที่สูงเกินไป และการทำความเย็นอย่างรวดเร็วเกินไป
สาเหตุของรอยแตกร้าวจากการอบด้วยความร้อน
ก. คุณภาพทางโลหะวิทยาของวัสดุ:
ปัญหาทางโลหะวิทยา เช่น การหดตัวและข้อบกพร่องในการรีดอย่างรุนแรงอาจทำให้วัสดุมีความไม่สม่ำเสมอซึ่งจะเพิ่มความเสี่ยงต่อการเกิดรอยแตกร้าวจากการดับ
ข. ปริมาณคาร์บอนในวัสดุและธาตุโลหะผสม: การเพิ่มปริมาณคาร์บอนทำให้ความแข็งแรงในการแตกหักของมาร์เทนไซต์ลดลง ส่งผลให้มีแนวโน้มที่จะเกิดรอยแตกร้าวจากการชุบแข็งมากขึ้น
c. เงื่อนไขกระบวนการดับ:
วิธีการให้ความร้อนแบบดับและการควบคุมความเร็วในการให้ความร้อนที่ไม่เหมาะสม การให้ความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ อุณหภูมิในการดับที่สูงเกินไป อาจทำให้เกิดรอยแตกร้าวในการดับได้
d. ขนาดและรูปร่างชิ้นงาน:
รอยแตกร้าวจากการชุบแข็งสามารถเกิดขึ้นได้ง่ายที่มุมแหลมของชิ้นงานและการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันในหน้าตัด เนื่องจากบริเวณเหล่านี้มักเกิดความเค้นสะสม ชิ้นส่วนเพลาขนาดใหญ่ในการชุบแข็งหากไม่ได้รับการชุบแข็ง อาจเกิดรอยแตกร้าวอันเกิดจากความเค้นจากความร้อนได้
e. ข้อบกพร่องภายใน:
ข้อบกพร่องที่มีอยู่ในวัสดุ เช่น ฟองไอ สิ่งเจือปน เส้นผม จุดขาว ฯลฯ อาจกลายเป็นแหล่งที่มาของรอยแตกร้าวภายใต้แรงกดของการอบด้วยความร้อน และขยายตัวขึ้นเรื่อยๆ
f. ความเปราะบางโดยธรรมชาติของมาร์เทนไซต์:
ความเปราะบางตามธรรมชาติของมาร์เทนไซต์เป็นสาเหตุภายในของรอยแตกร้าวจากการดับ และโครงสร้างผลึก องค์ประกอบทางเคมี ข้อบกพร่องทางโลหะวิทยา ฯลฯ จะมีผลกระทบต่อมัน
การตีเหล็กแตกร้าว
ลักษณะเฉพาะ:
สัณฐานวิทยา: รอยแตกร้าวจากการตีเหล็กจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูง รอยแตกร้าวค่อนข้างหนาและมักมีลักษณะเป็นแถบหลายแถบโดยไม่มีปลายแหลมหรือทิศทางที่ชัดเจน บางครั้งบริเวณรอยแตกร้าวอาจไม่ได้ผ่านกระบวนการสลายคาร์บอนออกจนหมด แต่ผ่านกระบวนการกึ่งสลายคาร์บอนออก
ตำแหน่ง: มักจะเกิดขึ้นในการจัดระเบียบแบบหยาบ ความเข้มข้นของความเค้น หรือองค์ประกอบโลหะผสมที่การแยกตัว
ส่วน: รอยแตกร้าวอาจเป็นสีน้ำตาลเข้ม และอาจมีผิวออกซิเจนปรากฏขึ้น ซึ่งเนื่องมาจากรอยแตกร้าวในส่วนที่เกิดจากการดัดงอขยายตัวและสัมผัสกับอากาศ
สาเหตุ: ก. ข้อบกพร่องของวัตถุดิบ: การหดตัวที่เหลือ: วัตถุดิบที่มีรูพรุนหรือรูปิดไม่สนิท อาจทำให้กระบวนการดัดงอทำให้ความแข็งแรงของวัสดุลดลง และเกิดรอยแตกร้าวได้ง่าย
ข. สิ่งเจือปนของเหล็ก: สิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะในวัตถุดิบ การแยกตัวของคาร์ไบด์ สิ่งเจือปนของโลหะที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ฯลฯ อาจทำให้ความต่อเนื่องของวัสดุอ่อนแอลง ส่งผลให้เกิดรอยแตกร้าวได้
กระบวนการตีขึ้นรูปไม่ถูกต้อง:
c การให้ความร้อนที่ไม่เหมาะสม: อุณหภูมิการให้ความร้อนสูงเกินไปหรือต่ำเกินไป ซึ่งอาจนำไปสู่การกระจายความเค้นที่ไม่สม่ำเสมอภายในวัสดุ ส่งผลให้เกิดรอยแตกร้าวในระหว่างการดัดงอ
d. การเสียรูปไม่เหมาะสม: อัตราการเสียรูปมากเกินไป ความเป็นพลาสติกของเหล็กไม่เพียงพอที่จะทนต่อรูปร่างของแรงกด ทำให้เกิดการแตกได้ง่าย รอยแตกร้าวนี้มักเกิดขึ้นในช่วงเริ่มต้นของขั้นตอนการดัด และการขยายตัวอย่างรวดเร็ว
e. การระบายความร้อนหลังการตีขึ้นรูปที่ไม่เหมาะสม: อัตราการระบายความร้อนเร็วเกินไปหรือช้าเกินไป อาจทำให้เกิดความเค้นภายในที่เข้มข้นขึ้นในวัสดุ ส่งผลให้เกิดรอยแตกร้าวได้
f การไม่ได้ให้การอบด้วยความร้อนอย่างทันท่วงที: หลังจากการตีขึ้นรูปไม่ได้ให้การอบด้วยความร้อนที่เหมาะสมและทันเวลา อาจทำให้ความเค้นภายในวัสดุไม่ได้รับการปลดปล่อยอย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้มีความเสี่ยงต่อการแตกร้าวเพิ่มมากขึ้น
ก. การควบคุมอุณหภูมิไม่เหมาะสม:
ในกระบวนการให้ความร้อนและทำความเย็น หากอุณหภูมิไม่ได้รับการควบคุมอย่างเหมาะสม อาจทำให้เกิดความเครียดภายในวัสดุมากเกินไป จนทำให้เกิดการแตกร้าวได้ ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการดับความร้อน หากทำความเย็นเร็วเกินไป อาจเกิดการแตกร้าวจากการดับความร้อนได้
ข. ความเข้มข้นของความเค้นของวัสดุ:
หากมีบริเวณที่มีความเครียดรวมสูงในกระบวนการตีขึ้นรูป เช่น มุมแหลมและหน้าตัดที่กลายพันธุ์ เมื่อความเครียดเกินความสามารถในการทนทานของวัสดุ อาจทำให้เกิดรอยแตกร้าวได้