Sự nứt kim loại là một quá trình phức tạp liên quan đến một số yếu tố. Sau đây là một số lý do chính:
- Các yếu tố thuộc về bản thân vật liệu: thành phần hóa học và tổ chức kim loại ảnh hưởng trực tiếp đến độ dai va đập của kim loại, chẳng hạn như cacbon, phốt pho, lưu huỳnh và các nguyên tố khác tăng sẽ làm giảm độ dai va đập.
- Quy trình xử lý nhiệt: quy trình xử lý nhiệt không đúng cách như làm nguội, ram… có thể dẫn đến thay đổi cấu trúc vi mô và tính chất của vật liệu, từ đó ảnh hưởng đến độ dai của vật liệu.
- Khuyết tật bên trong: tạp chất, sự phân tách, bọt khí, vết nứt bên trong và các khuyết tật khác bên trong vật liệu sẽ làm giảm đáng kể độ bền va đập của vật liệu và trở thành điểm tập trung ứng suất.
- Chuẩn bị mẫu và điều kiện thử nghiệm: hướng lấy mẫu, hình dạng khía và chất lượng gia công, nhiệt độ thử nghiệm, v.v. sẽ ảnh hưởng đến độ bền va đập.
Nứt kim loại là một trong những nguyên nhân chính gây ra hỏng hóc ở nhiều công trình, đặc biệt là ở các bộ phận chịu ứng suất hoặc tải trọng lớn. Thông qua phân tích vết nứt, các vấn đề nứt tiềm ẩn có thể được phát hiện kịp thời, do đó tránh được các tai nạn an toàn do hỏng hóc kết cấu gây ra, chẳng hạn như gãy, rò rỉ, sụp đổ, v.v.
Phân tích vết nứt giúp hiểu được nguyên nhân, tốc độ giãn nở và tuổi thọ còn lại của vết nứt. Bằng cách thực hiện các biện pháp sửa chữa hoặc bảo trì thích hợp, quá trình giãn nở của vết nứt có thể được làm chậm lại, do đó kéo dài tuổi thọ của các bộ phận kim loại và giảm chi phí thay thế và sửa chữa.
Phân loại và sự khác biệt của vết nứt kim loại
Vết nứt do xử lý nhiệt
Đặc trưng:
Hình thái: các vết nứt do xử lý nhiệt thường được tạo ra trong vùng chuyển đổi martensitic, do đó các vết nứt của chúng có thể nứt dọc theo tinh thể hoặc nứt xuyên qua tinh thể. Các vết nứt có thể là xuyên tâm, đường riêng biệt hoặc lưới.
Vị trí: Các vết nứt thường có xu hướng hình thành ở các góc sắc của phôi, khi mặt cắt ngang thay đổi đột ngột.
Mặt cắt: Mặt cắt của vết nứt do quá trình làm nguội thường không bị oxy hóa và có thể có màu trắng, trắng xỉn hoặc đỏ nhạt (gỉ nước do quá trình làm nguội).
Nguyên nhân:
Nứt xảy ra khi ứng suất lớn sinh ra trong quá trình làm nguội lớn hơn độ bền của vật liệu và vượt quá giới hạn biến dạng dẻo.
Điều này có thể liên quan đến các yếu tố như nhiệt độ gia nhiệt làm nguội quá cao và làm nguội quá nhanh.
Nguyên nhân gây ra vết nứt do xử lý nhiệt
a. Chất lượng luyện kim vật liệu:
Các vấn đề về luyện kim như co ngót và khuyết tật cán nghiêm trọng có thể gây ra sự không đồng nhất của vật liệu làm tăng nguy cơ nứt khi tôi.
b. Hàm lượng cacbon trong vật liệu và các nguyên tố hợp kim: hàm lượng cacbon tăng làm giảm độ bền gãy của martensit, do đó làm tăng khả năng nứt nguội.
c. Điều kiện quá trình tôi:
Phương pháp gia nhiệt làm nguội và kiểm soát tốc độ gia nhiệt không đúng cách, gia nhiệt không đều, nhiệt độ làm nguội quá cao có thể dẫn đến nứt khi làm nguội.
d. Kích thước và hình dạng của phôi:
Các vết nứt do tôi dễ hình thành ở các góc sắc của phôi và các thay đổi đột ngột ở mặt cắt ngang, vì những nơi này dễ bị tập trung ứng suất. Các bộ phận trục lớn trong quá trình tôi nếu không được tôi, dễ bị nứt do ứng suất nhiệt.
e. Các khuyết tật bên trong:
Các khuyết tật tồn tại bên trong vật liệu, chẳng hạn như bọt khí, tạp chất, đường chân tóc, đốm trắng, v.v., có thể trở thành nguồn gây nứt dưới tác động của ứng suất xử lý nhiệt và dần dần mở rộng.
f. Độ giòn nội tại của martensit:
Độ giòn nội tại của martensit là nguyên nhân bên trong gây ra các vết nứt khi tôi, và cấu trúc tinh thể, thành phần hóa học, khuyết tật luyện kim, v.v. của nó sẽ ảnh hưởng đến nó.
Rèn vết nứt
Đặc trưng:
Hình thái: vết nứt rèn được hình thành ở nhiệt độ cao, vết nứt tương đối dày và thường tồn tại dưới dạng nhiều dải, không có đỉnh mịn, không có hướng mịn. Đôi khi xung quanh vết nứt không được khử cacbon hoàn toàn mà chỉ được khử cacbon một phần.
Vị trí: Thường được tạo ra trong tổ chức thô, tập trung ứng suất hoặc các nguyên tố hợp kim tại điểm phân tách.
Mặt cắt: mặt cắt vết nứt có thể có màu nâu sẫm, thậm chí có lớp da oxy xuất hiện, điều này là do vết nứt trong quá trình rèn biến dạng giãn nở và tiếp xúc với không khí.
Nguyên nhân: a, Khuyết tật của nguyên liệu thô: co ngót còn lại: nguyên liệu thô khi có lỗ rỗng hoặc lỗ hổng chưa khép kín hoàn toàn, có thể dẫn đến quá trình rèn làm giảm độ bền của vật liệu, dễ tạo ra vết nứt.
b, tạp chất thép: tạp chất phi kim loại trong nguyên liệu, sự phân tách cacbua, tạp chất kim loại không đồng nhất, v.v., có thể làm suy yếu tính liên tục của vật liệu, thúc đẩy sự hình thành các vết nứt.
Quá trình rèn không đúng cách:
c, gia nhiệt không đúng cách: nhiệt độ gia nhiệt quá cao hoặc quá thấp, có thể dẫn đến phân bố ứng suất không đều trong vật liệu, từ đó gây ra các vết nứt trong quá trình rèn.
d, biến dạng không đúng: tỷ lệ biến dạng quá lớn, độ dẻo của thép không đủ để chịu được hình dạng của áp lực, dễ gây ra vỡ. Vết nứt này thường xuất hiện ở giai đoạn đầu rèn và giãn nở nhanh.
e, Làm nguội không đúng cách sau khi rèn: tốc độ làm nguội quá nhanh hoặc quá chậm đều có thể dẫn đến sự tập trung ứng suất bên trong vật liệu, gây ra các vết nứt.
f, Xử lý nhiệt không kịp thời: sau khi rèn không được xử lý nhiệt kịp thời và phù hợp, có thể dẫn đến ứng suất bên trong vật liệu không được giải phóng hiệu quả, do đó làm tăng nguy cơ nứt.
g, kiểm soát nhiệt độ không đúng cách:
Trong quá trình gia nhiệt và làm nguội, nếu nhiệt độ không được kiểm soát đúng cách, có thể dẫn đến ứng suất bên trong vật liệu quá mức, do đó gây ra nứt. Ví dụ, trong quá trình làm nguội, nếu làm nguội quá nhanh, có thể xảy ra nứt do làm nguội.
h. Tập trung ứng suất vật liệu:
Nếu có vùng tập trung ứng suất trong quá trình rèn, chẳng hạn như các góc sắc và đột biến mặt cắt ngang, khi ứng suất vượt quá khả năng chịu đựng của vật liệu, có thể dẫn đến nứt.
