Stres je temeljni faktor koji može značajno utjecati na neuspjeh materijala. Kao vodeći pružatelj usluga za analizu materijala, svjedoci smo iz prve ruke raznoliki načini na koji stres utječe na različite materijale. U ovom blogu ćemo se umanjiti u mehanizmima kroz koji stres utječe na materijalno kvar, istražuju stvarni - svjetski primjeri i ističu važnost naših usluga analize u sprečavanju takvih neuspjeha.
Vrste stresa i njihovi efekti na materijale
Stres se može klasificirati u nekoliko vrsta, svaki sa vlastitim jedinstvenim utjecajem na integritet materijala. Zatezni stres, koji se javlja kada se materijal izvuče, može izazvati izduživanje i na kraju dovesti do loma ako stres prelazi vlačnu čvrstoću materijala. Kompresivni stres, s druge strane, uključuje sile koje zajedno guraju materijal. Dok neki materijali mogu izdržati visoke razine kompresivnog stresa, prekomjerna kompresija može rezultirati kopčom ili drobljenjem. Shear stres djeluje paralelno s površinom materijala, uzrokujući slojeve materijala da klizne jedna s drugim. Ova vrsta stresa često je odgovorna za kvarove u materijalima poput metala i polimera pod određenim uvjetima utovara.
Zatečen stres i lom materijala
Zatezni stres je zajednički uzrok kvara materijala, posebno u strukturnim komponentama. Kad se metalna traka, na primjer, podvrgnute zateznom opterećenju, atomi unutar materijala se izdvajaju. Kako se stres povećava, dislokacije u kristalnoj strukturi metala počinju se kretati i akumulirati. Na kraju, ove dislokacije mogu formirati mikro - pukotine. Uz nastavak opterećenja, ovi mikro - pukotina rastu i kopara, što dovodi do makroskopske pukotine koja može u potpunosti uzrokovati lom materijala.
U polimerima, zatezni stres takođe može imati značajan uticaj. Polimeri se sastoje od dugih molekula lanca. Pod zateznim stresom, ovi lanci mogu postati poravnati i istegnuti. Ako je stres previsok, intermulekularne sile između lanaca mogu se podijeliti, što rezultira gubitkom mehaničkih svojstava i eventualnog neuspjeha. NašAnaliza metalnih i polimernih materijalaUsluga je posebno dizajnirana da identificira uzroke korijena takvih kvarova u ovim materijalima. Analizom mikrostrukture i mehaničkim svojstvima neuspjelih uzoraka možemo utvrditi da li je neuspjeh zbog prekomjernog zatezanog stresa, materijalnih oštećenja ili drugih faktora.
Kompresivni stres i kopči
Kompresivni stres je ključan u aplikacijama kao što su stubovi i nosači. Kada se vitak stupac učita aksijalno u kompresiji, može se kopča prije dostići njegovu čvrstoću na pritisak. Kopče je iznenadni bočni odbojnik stupca, koji može uzrokovati značajno smanjenje njegovog opterećenja - nosivosti. Opterećenje kritičnog izopačenja ovisi o faktorima kao što su dužina, križ - oblik sekcije i svojstva materijala stupca.
U materijalima poput betona, kompresivni stres je takođe ključno razmatranje. Beton je snažan u kompresiji, ali relativno slab u napetosti. Međutim, ako kompresivni stres pređe betonsku čvrstoću tlaka, može dovesti do drobljenja. Naše usluge analize mogu pomoći u razumijevanju faktora koji doprinose kompresivnim kvarovima, poput nepravilnog dizajna, pitanja za kvalitet materijala ili faktori okoline. Na primjer, provođenjem aMehanizam korozije i test umora, Možemo utvrditi da li je korozija oslabila materijal i učinila je osjetljivijom na kvar tlakinja.
Škak za smicanje i šišanje materijala
Stresnica smicanja je rasprostranjen u mnogim inženjerskim aplikacijama, kao što su vijci, zakovice i zupčanici. U primer, na primer, na primer, stres smicanja se generira kada je spoj podvrgnut poprečnom opterećenju. Ako stres smicanja prelazi snagu skear, vijak se može smiriti. Slično tome, u zupčanicima se pojavljuje smicalica između zuba tokom meshinga. Prekomjerni stres smicanja može prouzrokovati nošenje zupčanika ili prekida.
U metalima stres smicanja može uzrokovati plastičnu deformaciju kroz kretanje dislokacija na određenim avionima klizanja. U polimerima, stres smicanja može dovesti do proklizavanja lanca i smanjenje mehaničkih svojstava materijala. Naše usluge analize materijala mogu precizno identificirati izvor i veličinu smicanja stres u neuspjelim komponentama. Analizom površine loma i mikrostrukture materijala možemo utvrditi da li je stres smicanja bio glavni uzrok neuspjeha i pružanje preporuka za poboljšanje dizajna ili odabira materijala.
Umor i ciklički stres
Umor je vrsta materijalnog kvara koji se događa zbog cikličkog stresa. Čak i ako je primijenjeni stres ispod krajnje čvrstoće materijala, ponavljano učitavanje i istovar može uzrokovati da materijal ne uspije s vremenom. Neuspjeh umor obično se javlja u tri faze: inicijacija pukotina, širenje pukotina i krajnji lom.
Inicijacija pukotina
Inicijacija pukotina u umoru često je povezana sa koncentracijama stresa. Oni mogu biti uzrokovani faktorima kao što su zarezi, rupe ili površinske nedostatke u materijalu. Na ovom stresu - koncentrirana područja, lokalni stres može biti mnogo veći od prosječnog primijenjenog stresa. Kao rezultat toga, dislokacije akumuliraju, a mikro - pukotine počinju formirati. Stopa inicijacije pukotina ovisi o faktorima poput veličine i učestalosti cikličkog stresa, mikrostrukture materijala i površinske obrade.
Propagacija pukotina
Jednom kada se pokrene mikro - pukotina, počinje se širiti pod cikličkim opterećenjem. Na stopu širenja pukotina utječe faktor intenziteta stresa, koji se odnosi na veličinu pukotine i primijenjenog stresa. Kako pukotina raste, faktor intenziteta stresa na vrhu pukotina povećava se, što dovodi do bržeg brzine rasta pukotina. Proces razmnožavanja pukotina može se podijeliti u dvije faze: faza I I II faza. U fazi I, pukotina raste po specifičnim kristalografskim avionima, dok u fazi II, pukotina raste u stabilnijem, trans - zrnalijim.
Završni prelom
Kad pukotina prerasla na kritičnu veličinu, preostali križ - dio materijala više ne može podržavati primijenjeno opterećenje, a dolazi do konačnog loma. Taj lom je često iznenadni i katastrofalan. NašMehanizam korozije i test umoraUsluga je neophodna za otkrivanje i analizu kvarova umora. Korištenjem tehnika kao što su elektronska mikroskopija i analize stresa, možemo odrediti mjesto za pokretanje pukotina, putanju širenja pukotina i faktore koji doprinose neuspjehu umora.
Okolišni faktori i stres - potpomognut neuspjeh
Pored mehaničkog stresa, faktori okoliša mogu također igrati značajnu ulogu u materijalnom neuspjehu. Korozija, na primjer, može oslabiti materijal i učiniti ga osjetljivijom na stres - inducirani neuspjeh. Kad je metal izložen korozivnom okruženju, poput slane vode ili kisele otopine, površina metala može reagirati sa okolinom, formiranjem korozijskih proizvoda. Ovi korozijski proizvodi mogu izazvati pitting, koji djeluje kao koncentratori stresa, povećavajući vjerojatnost inicijacije pukotina.
Stres - pucanje korozije (SCC) je posebno opasan oblik kvara koji se događa kada je materijal istovremeno izložen korozivnom okruženju i zatezanom stresu. SCC se može pojaviti u raznim materijalima, uključujući nehrđajuće čelike i legure aluminija. Mehanizam SCC uključuje interakciju između procesa korozije i primijenjenog stresa. Korozivno okruženje slabi površinu materijala, dok zatezni stres promovira rast pukotina.
Naše usluge analize materijala mogu identificirati prisustvo faktora okoliša u neuspjelim komponentama. Provođenjem aAnaliza mikrostrukture i evaluacija poluvodičkih materijalaI drugi napredni testovi, možemo odrediti opseg korozije, vrstu korozivnih proizvoda i interakciju između okoliša i primijenjenog stresa. Ove su informacije ključne za razvoj strategija za sprečavanje budućih kvarova, poput promjene materijala, nanošenje zaštitnih premaza ili modificiranja operativnog okruženja.
Važnost analize materijala za neuspjeh
Neuspjeh materijala može imati ozbiljne posljedice, uključujući imovinsko oštećenje, opasnosti sigurnosti i ekonomske gubitke. Naše usluge analize materijala su neophodne za razumijevanje korijenskih uzroka neuspjeha i poduzimanjem odgovarajućih mjera kako bi ih spriječili.
Precizno identificiranje uzroka neuspjeha, možemo pružiti vrijedne uvide za poboljšanje dizajna komponenti. Na primjer, ako komponenta nije uspjela zbog prekomjernog stresa, možemo preporučiti promjene u geometriji ili odabiru materijala za smanjenje nivoa stresa. Naša analiza također može pomoći u procjeni kvaliteta materijala koji se koriste u proizvodnji. Ako se utvrdi da je materijalni nedostatak uzroka neuspjeha, možemo raditi s dobavljačem za poboljšanje procesa proizvodnje.
Pored toga, naše usluge analize materijala mogu pomoći u zakonskim i osiguranju. Davanjem detaljnih izvještaja i stručnog svjedočenja, možemo pomoći našim klijentima da uspostave odgovornost i oporavi gubitke.
Zaključak
Stres ima dubok uticaj na kvar materijala. Bilo da se radi o zateznoj, kompresivnom, smičanju ili cikličnom stresu, svaka vrsta stresa može uzrokovati različite načine neuspjeha u materijalima. Čimbenici okoliša mogu dalje pogoršati ove neuspjehe. Kao vodeći pružatelj usluga za analizu materijala, imamo stručnost i alate da tačno identificiramo uzroke materijalnih kvarova. NašAnaliza metalnih i polimernih materijala,Mehanizam korozije i test umora, iAnaliza mikrostrukture i evaluacija poluvodičkih materijalaUsluge su dizajnirane tako da udovolje različitim potrebama naših klijenata.
Ako se suočite sa problemima sa materijalnim neuspjehom u svojim proizvodima ili komponentama, ohrabrujemo vas da nas kontaktirate za sveobuhvatne analize materijala. Naš tim stručnjaka usko će sarađivati s vama kako biste razumjeli svoj problem, provedite temeljite istrage i osigurajte praktična rješenja za sprečavanje budućih propusta. Ne dozvolite da materijalni kvarovi poremete vaše operacije ili kompromitiraju vašu sigurnost. Obratite nam se danas za početak procesa osiguranja pouzdanosti i trajnosti vaših materijala.
Reference
- Dieter, GE (1986). Mehanička metalurgija. McGraw - Hill.
- Shigley, je i mischke, CR (2001). Mašinski dizajn. McGraw - Hill.
- Odbor za priručnik za ASM. (1996). ASM priručnik za priručnik 11: Analiza i prevencija neuspjeha. ASM International.