فهم آليات كسر المعادن أمر بالغ الأهمية لمتخصصي الاختبار غير المدمر (NDT).هذا الدليل الفني يغطي ستة أنواع من الكسور الأساسية مع استراتيجيات الوقاية للتطبيقات الصناعية.
كسر التآكل عن طريق الإجهاد هو كسر يحدث تحت التأثير المشترك للضغوط الشائكة والوسائط التآكلية المحددة. عادةً ما لا يكون لعملية الكسر علامات تحذير واضحة وتكون مفاجئة.سطح الكسر عادة ما يظهر خصائص كسر هشة ولكن في بعض الأحيان قد يكون مصحوبا بتشوهات بلاستيكية طفيفة.
في الوسائط السامة ، يتشكل فيلم منتج التآكل على سطح المعدن. عندما يتعرض المعدن لضغوط الشد ، ينكسر فيلم منتج التآكل ، مما يعرض سطح المعدن الطازج.سطح المعدن الطازج يتآكل بسرعةتتكرر هذه الدورة، مما يتسبب في انتشار الشقوق باستمرار داخل المعدن، مما يؤدي في نهاية المطاف إلى الكسر.
حالة الإجهاد والوسائط التآكلية وحساسية المواد هي العوامل الرئيسية التي تؤثر على كسر تآكل الإجهاد. يعد الإجهاد الشد ضروريًا لبدء كسر تآكل الإجهاد.وسائل تآكل مختلفة لها آثار تآكل مختلفة على مواد معدنية مختلفةبعض المواد المعدنية لديها حساسية عالية لوسائل تآكل محددة.
اختيار المواد بشكل صحيح، واختيار المواد غير حساسة لتآكل الإجهاد.
تقليل مستويات الإجهاد في المكونات، وذلك باستخدام التسخين والعمليات الأخرى للقضاء على الإجهاد المتبقي.
تحسين الظروف البيئية، مثل تقليل تركيز الوسائط التآكلية والتحكم في درجة الحرارة.
استخدام تدابير حماية السطح مثل الطلاء والغلاف الكهربائي.
اختبار اختراق السائل، الكشف عن الشقوق بالموجات فوق الصوتية
كسر الزحف هو التشوه البلاستيكي البطيء والكسر الذي يحدث مع مرور الوقت تحت درجة حرارة عالية وتوتر مستمر. تتكون عملية الزحف عادة من ثلاث مراحل: مرحلة الزحف الأولية ،مرحلة الزحف في الحالة الثابتةسطح كسر الزحف عادة ما يكون خشن مع لون أكسدة واضح.
في البيئات عالية الحرارة، النشاط الذري داخل المعدن يزداد، والانحرافات تسلق بسهولة والنزول. تحت الضغط المستمر، الانحرافات تتحرك باستمرار،مما يسبب تشوه بلاستيكي بطيء للمعادنبمرور الوقت، يتراكم التشوه، وعندما يصل إلى مستوى معين، فإنه يؤدي إلى تشكيل الشقوق والانتشار، مما يؤدي في نهاية المطاف إلى الكسر.
درجة الحرارة والإجهاد والوقت هي العوامل الرئيسية التي تؤثر على كسر الزحف. ارتفاع درجات الحرارة يزيد من معدلات الزحف في المعدن. يؤدي الإجهاد الأكبر إلى تشوه زحف أكثر وضوحًا.الأوقات الطويلة تزيد من إمكانية كسر الزحفبالإضافة إلى ذلك، فإن التكوين الكيميائي للمواد والبنية الدقيقة تؤثر أيضا على خصائص الزحف.
اختيار مواد مقاومة لدرجات الحرارة العالية ومقاومة للزحف.
السيطرة بشكل عقلاني على درجة حرارة العمل ومستويات الإجهاد ، وتجنب الحالات طويلة الأجل عالية درجة الحرارة والإجهاد ؛
تحسين بنية المواد الصغيرة لتحسين مقاومة الزحف.
![Cours_M_Rupture_3eme_GIM_S6 [Mode de compatibilité]](/photo/flaw-detectors/editor/20250801141625_40049.jpeg)
كسر التعب هو كسر يحدث بعد عدد معين من الدورات تحت ضغط متبادل. عادة ما تتكون عملية الكسر من ثلاث مراحل: بدء الشق، وانتشار الشق،والكسر النهائيتتكون سطح كسر التعب بشكل عام من مناطق ناعمة وقاسية، حيث تكون المنطقة الناعمة هي منطقة انتشار الشق بطيئة والمنطقة الخام هي منطقة الكسر السريع النهائي.
تحت التوتر المتناوب، بعض المناطق الضعيفة على سطح المعدن، مثل حدود الحبوب وحواف الإدراج، تنتج شقوق صغيرة - بداية الشقوق.الشقوق تتوسع باستمرار تحت الضغطعندما تنتشر الشقوق إلى حد ما ، لا يمكن للقطع العرضي المتبقي أن يتحمل قوة خارجية ، مما يؤدي إلى كسر نهائي.
حجم الإجهاد ، متوسط الإجهاد ، أعداد الدورات ، والحد من التعب المادي هي العوامل الرئيسية التي تؤثر على كسر التعب.ارتفاع نطاق الإجهاد والإجهاد المتوسط يسرع انتشار الشقوق ويقصر عمر التعب· زيادة عدد الدورات يزيد من احتمالات كسر التعب ؛ أعلى حد لتعب المواد يشير إلى مقاومة أقوى للكسر التعب.
تصميم بنية المكونات بشكل عقلاني للحد من تركيز الإجهاد؛ اختيار المواد ذات الحدود العالية للتعب.
إجراء معالجات لتعزيز السطح مثل إزالة الشفرة والتدحرج لتحسين قوة التعب السطحي.
التحكم في حجم الحمل وعدد الدورات لتجنب تجاوز حدود التعب للمواد.
الكسر الهش هو وضع الكسر حيث لا يخضع المعدن إلى تشوه بلاستيكي واضح تقريبًا قبل الكسر. تحدث عملية الكسر فجأة ، مع سطح كسر مسطح وسلس ،غالبًا ما تظهر أنماط بلورية أو عظام ريشة، مع لامعة معدنية.
يحدث الكسر الهش بشكل رئيسي بسبب وجود شقوق أو عيوب داخل المعدن. تحت قوة خارجية ، تحدث تركيزات الإجهاد في أطراف الشقوق.عندما يصل تركيز الإجهاد إلى صلابة كسر المادة، تنتشر الشقوق بسرعة ، مما يؤدي إلى كسر المعدن. عادةً ما يكون هذا الوضع مرتبطًا بهيكل الكريستال المادي ومحتوى الشوائب وحالة الإجهاد.
تتأثر هشاشة المواد بعوامل مختلفة. يقلل محتوى الكربون العالي ومحتوى الشوائب من صلابة المعدن ويزيد من هشاشته.البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة تغير هيكل بلورات المعدن، مما يقلل من صلابة الجهد الجاذب ثلاثي المحورية أيضا تعزز كسر هش.
التحكم الصارم في التركيب الكيميائي للمواد وتقليل محتوى الشوائب
إجراء المعالجة الحرارية المناسبة لتحسين الهيكل الدقيق وزيادة الصلابة.
تصميم بنيات المكونات بشكل عقلاني لتجنب حالات الإجهاد الجاذب ثلاثي المحور.
تنفيذ تدابير التسخين المسبق عند استخدامها في بيئات ذات درجات حرارة منخفضة.
الكسر المضغوط هو وضع الكسر حيث يخضع المعدن لتشوه بلاستيكي واضح قبل الكسر. أثناء عملية الكسر ، فإن المواد المعدنية تشهد أولاً ظاهرة التشنج ،حيث يقلل القسم العرضي المحلي بشكل كبير، تليها كسر في موقع الرقبة. يظهر سطح الكسر عادةً أليافياً أو على شكل كوب ورقائق ، مع لون باهت وليس له لامع واضح.
الكسر الدكتيلي يسبب بشكل رئيسي من حركة الانحراف والتكاثر داخل المعدن. عندما يتعرض المعدن للقوة الخارجية، والانحرافات الانزلاق على مستويات الانزلاق،يسبب تشوه بلاستيكي للبلوراتمع استمرار التشوه، تصبح الانحرافات متشابكة وتتراكم، وتشكل جدران الانحرافات والحدود تحت الحبوب. عندما يصل تركيز الإجهاد المحلي إلى مستوى معين،يسبب تكوين ونمو الفراغات الصغيرةإن الترابط بين الأجواء الصغيرة يؤدي في النهاية إلى كسر المعدن.
التركيب الكيميائي، الهيكل الدقيق، ودرجة حرارة المواد لها تأثيرات كبيرة على الكسر الصلب.الصلب الذي يحتوي على عناصر سبيكة مناسبة عادة ما يكون صلابة أفضل;
يمكن أن تحسن بنية الحبوب الدقيقة من صلابة المعدن
بينما في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة، تنخفض صلابة المعدن بشكل ملحوظ، مما يجعل الكسر الصلب أكثر احتمالا.
اختيار المواد بشكل صحيح لضمان صلابة جيدة.
تحسين بنية المواد الصغيرة وتحسين الحبوب من خلال عمليات المعالجة الحرارية.
تجنب استخدام المواد المعدنية الحساسة لدرجات الحرارة المنخفضة في البيئات منخفضة درجة الحرارة.
| نوع الكسر | السمات | آلية التشكيل | طرق الوقاية | أساليب اختبار NDT |
|---|---|---|---|---|
| تشق التآكل بسبب الإجهاد (SCC) | مظهر هش، خاص بالبيئة، غير متوقع | تمزق فيلم التآكل → هجوم محلي | اختيار المواد، تخفيف الضغوطات، التحكم في البيئة | اختبار اختراق السائل، الكشف عن الشقوق بالموجات فوق الصوتية |
| كسر زاحف | السطح الخام المأكسدة، التشوهات المعتمدة على الوقت | تسلق الانحراف → انزلاق حدود الحبوب → تشكيل الفراغ | سبائك درجة حرارة عالية، تقليل الإجهاد، تقييم العمر | قياس سمك بالموجات فوق الصوتية، تحليل معدني |
| كسر بسبب التعب | مناطق ناعمة + خشنة، علامات الشاطئ، فشل تدريجي | بداية الشق → نمو مستقر → كسر سريع | تصلب السطح، تقليل الإجهاد، اختيار المواد | اختبار التيار الدوري، فحص الجسيمات المغناطيسية |
| كسر هش | سطح مسطح ، بلوري ، تشوه بلاستيكي ضئيل ، فشل مفاجئ | انتشار الشقوق من تركيز الإجهاد عند العيوب | الحد من الشوائب، التسخين المسبق، تحسين حالة الإجهاد | اختبار الانبعاثات الصوتية، الموجات فوق الصوتية |
| كسر القشرة | السطح الليفي / المخروط الكأس ، الرقبة المرئية ، المظهر الداكن | حركة الانحراف → النواة الفارغة → الاندماج → الفشل | تكرير الحبوب، تحسين السبائك، التحكم في درجة الحرارة | اختبار بالموجات فوق الصوتية، الفحص الإشعاعي |
تشو، هونغيو ولي، جيان وليو، جيه وي، بيخين وليو، شينيانغ وفان، تشيانغ وهو، أنكينغ وهي، ينشينغ. (2024).انخفاض ملحوظ في عمر الزحف من المرفق أنابيب البخار P91 الناجمة عن الهيكل المجهري الخاطئ بعد خدمة قصيرة الأجلتقارير علمية 14. 10.1038/s41598-024-55557-w
https://nte.mines-albi.fr/SciMat/en/co/SM6uc1-4.html
https://www.nde-ed.org/Physics/Materials/Mechanical/NotchToughness.xhtml
https://eengineerkey.com/creep-and-creep-fracture
