금속 파괴 모드 및 파괴 표면 분석 요약

Ⅰ 서론

금속 재료는 종종 다양한 응용 분야에서 파손, 부식, 마모 및 변형과 같은 파손 시나리오에 직면합니다. 이 중에서 파손은 가장 위험한 파손 유형 중 하나로 간주되며 항상 광범위한 주목을 받아 왔습니다. 금속이 응력(때로는 열이나 부식성 매체의 영향을 받음) 하에서 두 개 이상의 조각으로 분리되면 완전 파손이라고 합니다. 금속 내에 균열이 있는 경우 불완전 파손이라고 합니다.

Ⅱ 금속파괴의 종류

1. 파괴 전 소성 변형 정도에 따른 분류

샌드블라스팅은 압축 공기를 동력으로 사용하여 연마재(구리 광석, 석영 모래, 코런덤, 철 모래, 하이난 모래 등)를 고속으로 작업물 표면에 분사합니다. 연마재의 충격과 절단 작용으로 인해 작업물 표면이 변하여 일정 수준의 청결성과 다양한 거칠기를 달성합니다.

연성파괴

연성 파괴 또는 소성 파괴라고도 불립니다.

파단면 특성:거시적으로, 연성 골절의 파단 표면은 상당한 소성 변형, 파단 크기의 변화, 섬유질 및 전단 입술 영역의 존재, 그리고 둔한 색상을 보입니다. 미시적으로, 그것은 딤플 패턴, 섬유질 구조, 방사형 및 헤링본 능선 패턴을 보입니다.

결정:일반적으로, 매끄러운 인장 시편의 면적 감소가 5%보다 크면 연성 파괴로 간주합니다.

▲ 연성파괴의 거시적 표면

▲ 연성파괴의 미시적 표면

취성파괴

파괴 특성:거시적 및 미시적 수준에서 취성 파괴의 특징은 상당한 소성 변형이 없고 비교적 매끄럽고 반짝이는 표면입니다. 이러한 특징은 재료가 파괴 중에 충분한 소성 변형을 겪지 않아 균열이 빠르게 전파되고 깔끔하고 매끄러운 파괴 표면을 형성하기 때문에 발생합니다. 미시적 수준에서는 쪼개짐 단계, 강 패턴 및 텅 패턴이 취성 파괴의 파괴 메커니즘과 균열 전파 경로를 더욱 드러냅니다.

위험:일반적으로 사전 징후가 없으며 갑자기 발생하여 종종 심각한 결과를 초래합니다.

결정:매끄러운 인장 시편에서 단면적 감소가 5% 미만이면 최소한의 균일한 소성 변형이 발생한 것으로 볼 수 있으며, 이는 취성 파괴로 간주됩니다.

▲ 취성파괴 거시적 표면

▲ 취성파괴 거시적 표면

2. 균열 전파 경로에 따른 분류

입내파괴

형질:균열은 입자 내부를 통해 확산됩니다.

자연:인성이 있을 수도 있고 취성이 있을 수도 있습니다.

▲ 입내파괴 모식도

▲ 입내파괴 현미경 사진

입계파괴

형질:균열은 결정립계를 따라 전파됩니다.

자연:대부분 취성적 파괴.

▲ 입계파괴 모식도

▲ 입계파괴 미세사진

3. 응력 종류에 따른 분류 및 응력에 대한 파단면 방향의 상대적 위치

인장파괴

파괴면의 방향은 최대 수직응력에 수직이다.

자연:대부분 취성 파괴가 나타나지만, 상당한 소성 변형이 나타날 수도 있습니다.

전단파괴

파괴면의 방향은 최대 전단 응력의 방향과 일치하며, 최대 수직 응력과 45도 각도를 형성합니다.

자연:연성 파괴.

 

4. 하중의 종류 및 응력의 원인에 따른 분류

피로파괴

정의:교번 하중을 받는 재료에 발생하는 파괴.

기구:스트레스와 시간이 번갈아 가며 나타나는 결합 효과의 결과입니다.

▲ 인장과 압축이 합쳐져 발생하는 피로파괴

환경적 파괴

정의:환경적 요인으로 인한 재료의 저응력 파괴.

분류:주로 응력부식균열과 수소취성이 포함됩니다.

▲ 부식파괴

II. 금속 파괴 표면 분석 방법

금속 파괴 표면을 분석하는 3단계 방법은 파괴 표면을 관찰하고 평가하여 재료 파괴의 원인, 메커니즘, 특성을 이해하는 것을 목표로 하는 체계적인 과정입니다.

1단계: 거시적 관찰

목적:육안, 돋보기 또는 저배율 광학 현미경을 사용하여 초기 관찰을 수행하여 균열 표면에 대한 거시적 정보를 수집합니다.

콘텐츠

개요 관찰:먼저 육안과 저배율 렌즈를 사용하여 균열 표면의 다양한 영역의 일반적인 모양과 상호 관계를 관찰합니다.

파괴 특성 분석:인성 파괴, 취성 파괴 등 파괴의 특성을 사전에 판단합니다.

균열의 원인에 대한 판단:균열의 시작 위치와 균열 전파 방향을 분석합니다.

야금 및 열처리 품질 평가:거시적 관찰을 통해 야금학적 품질과 열처리 품질을 예비적으로 평가합니다.

녹음:거시적 관찰 결과를 사진으로 촬영하고 기록하여 이후 분석합니다.

2단계: 미시적 관찰

목적:고배율 현미경(금속현미경, 주사전자현미경 등)을 이용해 보다 심층적인 관찰을 실시하여 파괴면에 대한 미시적 정보를 얻습니다.

콘텐츠

파단면 직접 관찰:금속현미경이나 주사전자현미경을 사용하여 파단면의 미시적 형태적 특성을 관찰한다.

파괴 프로필 관찰:미세구조, 균열 전파 경로, 파괴 메커니즘을 더욱 자세히 이해합니다.

거시적 정보의 검증:거시적 관찰을 통해 수집된 정보를 더욱 확실하게 확인하려면 미시적 관찰을 사용합니다.

파괴 특성의 결정:미시적 관찰 결과를 토대로 균열의 성질, 전파 속도, 원점 위치를 더욱 정확하게 파악합니다.

골절 원인 식별:종합적인 분석을 통해 골절의 원인과 메커니즘을 파악합니다.

3단계: 정량적 분석

목적:정량적 테스트와 분석을 통해 파괴 표면에 대한 보다 심층적인 연구를 수행하여 더 정확한 성능 데이터를 얻습니다.

콘텐츠

화학 성분 분석:주요 원소, 불순물, 비금속 개재물의 함량을 포함하여 파괴 물질의 화학적 구성을 분석합니다.

기계적 특성 테스트:파괴되는 재료의 강도, 인성, 경도를 평가하기 위해 인장, 충격, 경도 및 기타 기계적 특성 시험을 수행합니다.

파괴 형태 분석:균열 길이, 폭, 깊이 등과 같은 균열 형태를 정량적으로 분석하려면 주사 전자 현미경(SEM)과 같은 기구를 사용합니다.

파괴 메커니즘 평가:정량적인 시험 결과를 바탕으로 인성 파괴, 취성 파괴 등의 파괴 메커니즘을 평가합니다.

종합 평가:거시적 관찰, 미시적 관찰, 정량적 분석의 결과를 결합하여 재료의 성능을 종합적으로 평가합니다.

3단계 금속 파괴면 분석법을 통해 금속 재료 파괴의 원인, 메커니즘, 특성을 포괄적이고 심층적으로 이해할 수 있으며, 재료의 설계, 제조, 사용에 중요한 참고 자료를 제공합니다.