У области науке о материјалима и инжењерства, дефекти материјала су увек били важан фактор који утиче на перформансе материјала и век трајања. Постојање дефеката материјала не само да ће смањити механичка својства и отпорност материјала на корозију, већ ће узроковати и квар материјала током рада, што ће узроковати сигурносне незгоде и економске губитке. Овај чланак ће детаљно размотрити дефиницију, класификацију, узроке недостатака материјала и њихов утицај на квар материјала, како би пружио референцу и референцу за научнике и инжењере материјала.
1. Дефиниција и класификација недостатака материјала
Дефекти материјала се односе на несавршености или неправилности унутар или на површини материјала узроковане различитим разлозима током припреме, обраде и употребе материјала. Ови дефекти могу постојати у различитим облицима, укључујући пукотине, инклузије, лабавост, сегрегацију, итд. Према геометријским карактеристикама и карактеристикама дистрибуције дефеката, дефекти материјала се генерално могу поделити у следеће категорије:
Тачкасти дефекти: као што су празна места, интерстицијски атоми, супституциони атоми, итд., Углавном утичу на електрична и топлотна својства материјала.
Линијски дефекти: као што су дислокације, су један од најчешћих дефеката у кристалним материјалима и имају значајан утицај на механичка својства и понашање пластичне деформације материјала.
Површински дефекти: као што су границе зрна, границе фаза, границе близанаца, итд., углавном утичу на својства дифузије и жилавост материјала на лом.
Дефекти тела: као што су пукотине, инклузије, лабавост, итд. Ови дефекти обично имају озбиљан утицај на механичка својства и отпорност материјала на корозију.
2. Узроци материјалних недостатака
Узроци материјалних недостатака су различити, углавном укључујући следеће аспекте:
Дефекти у процесу припреме: У процесу припреме материјала као што су топљење, ливење, ковање, ваљање итд., услед неправилне контроле параметара процеса, квара опреме или грешака у раду, могу се појавити дефекти унутар или на површини материјала. . На пример, током процеса ливења, због неравномерног протока растопљеног метала или пребрзе брзине хлађења, могу се појавити рупе за скупљање или лабавост унутар ливења; током процеса ваљања, због неравне површине ваљка или неуједначене силе котрљања, на површини траке могу настати удубљења или трагови ваљака.
Недостаци у процесу обраде: Приликом сечења материјала, брушења, заваривања и других процеса обраде, услед хабања алата, неразумних параметара резања, неправилног процеса заваривања и других разлога, могу настати дефекти на површини или унутар материјала. На пример, током процеса сечења, услед јаког хабања алата или пребрзе брзине сечења, на површини радног предмета могу се појавити огреботине или пукотине; током процеса заваривања, због превелике струје заваривања или пребрзе брзине заваривања, унутар шава могу настати поре или инклузије шљаке.
Дефекти током употребе: Током сервисирања материјала, услед утицаја оштрих услова као што су корозија околине, оптерећење од замора, висока температура и висок притисак, могу се појавити дефекти унутар или на површини материјала. На пример, метални материјали ваздухопловних конструкција су под утицајем корозивног окружења током употребе, што може изазвати корозијске јаме или пукотине на површини материјала; Алати од брзорезног челика су изложени високој температури и високом притиску током резања, што може проузроковати неравномерну расподелу карбида или прегревање унутар алата.
3. Утицај недостатака материјала на квар
Дефекти материјала имају значајан утицај на понашање материјала при квару, што се углавном огледа у следећим аспектима:
Смањење механичких својстава материјала: Постојање дефеката материјала ће уништити континуитет материјала, што ће резултирати смањењем механичких својстава материјала као што су чврстоћа и жилавост. На пример, дефекти на пукотини ће смањити жилавост материјала на лом, чинећи материјал већом вероватноћом да се сломи када је изложен спољним силама; дефекти лабавости и укључивања ће смањити густину и униформност материјала, што ће резултирати смањењем чврстоће и тврдоће материјала.
Убрзавање процеса корозије материјала: Дефекти материјала ће постати приоритетни канал за ерозију корозивног медија, убрзавајући процес корозије материјала. На пример, корозивне јаме у металним материјалима ваздухопловних конструкција постаће почетна тачка ерозије корозивног медија, што ће резултирати постепеном ерозијом површине материјала; инклузије у челичним материјалима постаће "мост" за ерозију корозивног медија, убрзавајући брзину корозије материјала.
Изазивање квара материјала од замора: Дефекти материјала ће постати полазна тачка за иницирање заморних прслина и убрзати процес квара материјала од замора. На пример, када су метални материјали који садрже микродефекте подвргнути цикличним оптерећењима, концентрација напона је склона да се јави на микро-дефектима, што доводи до иницирања и ширења заморних пукотина; неравномерна дистрибуција карбида у алатима од брзорезног челика ће проузроковати ломљење алата током употребе, смањујући век трајања алата.
Утицај на безбедност и поузданост материјала: Постојање дефеката материјала ће озбиљно утицати на безбедност и поузданост материјала и може проузроковати квар опреме или конструкција током употребе. На пример, пукотине на структурним деловима авиона у ваздухопловству могу изазвати несреће приликом распадања авиона током лета; дефекти укључивања у посуде под притиском у петрохемијском пољу могу изазвати несреће цурења или експлозије под високим притиском.
ИВ. Мере за спречавање и контролу недостатака материјала
У циљу спречавања и контроле настанка и развоја материјалних недостатака, могу се предузети следеће мере:
Оптимизујте процес припреме: Током припреме материјала, стриктно контролишите параметре процеса и услове процеса како бисте осигурали да унутрашња структура и квалитет површине материјала испуњавају захтеве дизајна. На пример, у процесу ливења, напредна технологија ливења и опрема се користе за побољшање флуидности растопљеног метала и уједначеност брзине хлађења; у процесу ваљања користе се високо прецизни ваљци и опрема за ваљање како би се осигурао квалитет површине и тачност димензија траке.
Ојачати контролу процеса обраде: У процесу обраде материјала, параметри сечења и материјали алата су разумно одабрани, процес сечења и процес заваривања су оптимизовани, а дефекти који настају у процесу обраде су смањени. На пример, у процесу сечења, одговарајућа брзина резања и брзина помака се користе да би се обезбедио квалитет површине и тачност димензија радног комада; у процесу заваривања, разумна струја заваривања и брзина заваривања се користе како би се осигурао унутрашњи квалитет и квалитет изгледа завара.
Побољшајте перформансе материјала: У процесу сервисирања материјала, ојачајте одржавање и одржавање материјала да бисте побољшали перформансе и век трајања материјала. На пример, редовно откривање корозије и антикорозивни третман се спроводе на металним материјалима ваздухопловних конструкција како би се обезбедила отпорност материјала на корозију; редовно брушење и поправка алата од брзорезног челика се спроводе како би се обезбедиле перформансе резања и радни век алата.
Ојачати инспекцију квалитета и праћење материјала: У припреми, обради и употреби материјала појачати контролу квалитета и праћење материјала, и благовремено открити и отклонити недостатке у материјалима. На пример, користите напредну технологију испитивања без разарања да бисте тестирали квалитет материјала како бисте осигурали да унутрашња структура и квалитет површине материјала испуњавају захтеве дизајна; успоставити систем управљања квалитетом и механизам следљивости за материјале како би се обезбедила следљивост и могућност контроле квалитета материјала.
Укратко, материјални недостаци су један од важних узрока квара материјала. Да би се спречило и контролисало настајање и развој материјалних недостатака, потребно је кренути од процеса припреме, контроле обраде, побољшања перформанси материјала, контроле и праћења квалитета итд., да би се ојачало управљање квалитетом и контрола материјала. Само на тај начин се може обезбедити сигурност и поузданост материјала, пружајући снажне гаранције за индустријску производњу и научна истраживања.
