La rottura dei metalli è un processo complesso che coinvolge diversi fattori. Ecco alcuni dei motivi principali:
- Fattori propri del materiale: la composizione chimica e l'organizzazione metallografica influiscono direttamente sulla resilienza del metallo, ad esempio l'aumento di carbonio, fosforo, zolfo e altri elementi ridurrà la resilienza.
- Processo di trattamento termico: un processo di trattamento termico non corretto, come tempra, rinvenimento, ecc., può portare a modifiche nella microstruttura e nelle proprietà del materiale, compromettendone così la tenacità.
- Difetti interni: inclusioni, segregazioni, bolle, crepe interne e altri difetti nel materiale ridurranno notevolmente la sua tenacità all'impatto e diventeranno un punto di concentrazione delle sollecitazioni.
- Preparazione del campione e condizioni di prova: la direzione di campionamento del campione, la geometria dell'intaglio e la qualità della lavorazione, la temperatura di prova, ecc. avranno un impatto sulla tenacità all'impatto.
Le crepe nei metalli sono una delle principali cause di guasti in molte strutture, specialmente nei componenti sottoposti a forti sollecitazioni o carichi elevati. Attraverso l'analisi delle crepe, i potenziali problemi di crepe possono essere rilevati in tempo, evitando così incidenti di sicurezza causati da guasti strutturali, come fratture, perdite, crolli, ecc.
L'analisi delle crepe aiuta a comprendere la causa, il tasso di espansione e la durata residua delle crepe. Adottando misure di riparazione o manutenzione appropriate, l'espansione delle crepe può essere rallentata, prolungando così la durata utile delle parti metalliche e riducendo i costi di sostituzione e riparazione.
Classificazione e differenza delle crepe metalliche
Crepe da trattamento termico
Caratteristiche:
Morfologia: le crepe da trattamento termico sono spesso prodotte nella zona di trasformazione martensitica, quindi le loro crepe possono rompersi lungo il cristallo o rompersi attraverso il cristallo. Le crepe possono essere radiali, lineari o nette.
Posizione: le crepe tendono generalmente a formarsi sugli angoli acuti del pezzo in lavorazione, in corrispondenza di improvvisi cambiamenti nella sezione trasversale.
Sezione: La sezione di una crepa da tempra solitamente non è ossidata e può essere bianca, bianco opaco o rosso chiaro (ruggine causata dall'acqua durante la tempra).
Cause:
La formazione di crepe si verifica quando le elevate sollecitazioni generate durante la tempra sono maggiori della resistenza propria del materiale e superano il limite di deformazione plastica.
Potrebbe essere correlato a fattori quali una temperatura di riscaldamento e tempra troppo elevata e un raffreddamento troppo rapido.
Cause delle crepe dovute al trattamento termico
a. Qualità metallurgica del materiale:
Problemi metallurgici quali restringimento e gravi difetti di laminazione possono causare disomogeneità del materiale che aumentano il rischio di cricche da tempra.
b. Contenuto di carbonio nel materiale ed elementi di lega: un aumento del contenuto di carbonio riduce la resistenza alla frattura della martensite, aumentando così la tendenza alle cricche da tempra.
c. Condizioni del processo di tempra:
Il metodo di riscaldamento e tempra, un controllo improprio della velocità di riscaldamento, un riscaldamento non uniforme e una temperatura di tempra troppo elevata possono causare crepe da tempra.
d. Dimensioni e forma del pezzo:
Le crepe da tempra si formano facilmente negli angoli acuti del pezzo e nei cambiamenti improvvisi della sezione trasversale, perché questi punti sono inclini alla concentrazione di stress. Le grandi parti dell'albero nella tempra se non temprate, sono inclini a crepe indotte da stress termico.
e. Difetti interni:
Difetti presenti nel materiale, come bolle di vapore, inclusioni, linee sottili, punti bianchi, ecc., possono diventare fonte di crepe sotto l'azione dello stress del trattamento termico e gradualmente espandersi.
f. Fragilità intrinseca della martensite:
La fragilità intrinseca della martensite è la causa interna delle cricche da tempra e la sua struttura cristallina, la composizione chimica, i difetti metallurgici, ecc. avranno un effetto su di essa.
Forgiatura di crepe
Caratteristiche:
Morfologia: le crepe di forgiatura si formano ad alte temperature, le crepe sono relativamente spesse e generalmente si presentano sotto forma di strisce multiple, senza una punta fine, senza una direzione fine. A volte intorno alla crepa non è completamente decarburata ma semi-decarburata.
Posizione: Spesso prodotto nell'organizzazione grossolana, nella concentrazione di stress o negli elementi di lega nella segregazione.
Sezione: la sezione della crepa può essere marrone scuro e può anche presentare una pellicola di ossigeno, poiché la crepa è causata dall'espansione della deformazione della forgiatura e dal contatto con l'aria.
Cause: a, difetti della materia prima: restringimento residuo: la materia prima in presenza di chiusura incompleta dei pori o dei fori, può portare al processo di forgiatura a ridurre la resistenza del materiale, facile produzione di crepe.
b, inclusioni di acciaio: inclusioni non metalliche nella materia prima, segregazione di carburi, inclusioni metalliche eterogenee, ecc., possono indebolire la continuità del materiale, favorendo la formazione di crepe.
Processo di forgiatura non corretto:
c, riscaldamento improprio: la temperatura di riscaldamento è troppo alta o troppo bassa, il che può portare a una distribuzione non uniforme delle sollecitazioni all'interno del materiale, che a sua volta produce crepe durante la forgiatura.
d, deformazione impropria: il tasso di deformazione è troppo grande, la plasticità dell'acciaio non è sufficiente a resistere alla forma della pressione, facile da causare la rottura. Questa crepa si verifica spesso all'inizio della fase di forgiatura e rapida espansione.
e, raffreddamento improprio dopo la forgiatura: la velocità di raffreddamento è troppo rapida o troppo lenta, può portare alla concentrazione di sollecitazioni interne nel materiale, innescando crepe.
f, trattamento termico non tempestivo: dopo la forgiatura, un trattamento termico non tempestivo e appropriato può far sì che lo stress interno del materiale non venga rilasciato in modo efficace, aumentando così il rischio di crepe.
g, controllo della temperatura non corretto:
Nel processo di riscaldamento e raffreddamento, se la temperatura non è adeguatamente controllata, può causare uno stress interno eccessivo nel materiale, innescando così delle cricche. Ad esempio, nel processo di tempra, se il raffreddamento è troppo rapido, possono verificarsi delle cricche da tempra.
h. Concentrazione dello stress del materiale:
Se nella forgiatura è presente un'area di concentrazione delle sollecitazioni, ad esempio angoli acuti e mutazioni della sezione trasversale, quando la sollecitazione supera la capacità di resistenza del materiale, può verificarsi la formazione di crepe.
