金属破裂メカニズムを理解することは,非破壊テスト (NDT) の専門家にとって重要です.この技術ガイドは,産業用用途のための予防戦略を含む6つの主要な骨折タイプをカバーしています..
ストレス腐食骨折は,張力ストレスと特定の腐食媒体の結合作用下で発生する骨折である.骨折プロセスは通常,明らかな警告徴候がないが,突然である.骨折表面は一般的に脆い骨折の特徴を示しますが,時には軽度のプラスチック変形が伴います..
腐食媒介では,金属表面に腐食産物膜が形成される.金属が拉伸ストレスにさらされると,腐食産物膜が破裂し,新鮮な金属表面が露出する.新鮮な金属表面は急速に腐食されますこのサイクルが繰り返され,裂け目が金属内部に継続的に広がり,最終的に破裂を引き起こす.
ストレス状態,腐食媒介,材料の敏感性は,ストレス腐食骨折に影響を与える主な要因である.ストレンスプレッシャーは,ストレス腐食骨折の開始に必要な条件である.異なる腐食媒体は異なる金属材料に異なる腐食効果を持っています特定の腐食媒体に高い敏感性を持つ金属材料がある.
ストレスの腐食に敏感でない材料を正しく選択する.
部品のストレスのレベルを低減し,残留ストレスを排除するために,アニールおよび他のプロセスを使用する.
腐食媒体の濃度を減少し,温度を制御するなど環境条件を改善する.
塗料や電圧塗装などの表面保護措置を使用する.
液体浸透剤試験,超音波破裂検出
クリープ・フラクターは,高温と恒常的なストレスの下で時間とともに起こるゆっくりとしたプラスチック変形と破裂である. クリーププロセスは通常,3つの段階からなる.静止状態のスクリープ段階クリープ割裂表面は一般的に粗いで 明らかに酸化色がある.
高温環境では金属内の原子活性が増加し 変位は簡単に上昇し滑り込みます 恒常的なストレス下では 変位は絶えず動きます金属の緩やかなプラスチック変形を引き起こす時間が経つにつれて 変形が蓄積し あるレベルに達すると 裂け目形成と広がりを引き起こす 最終的には骨折につながる
温度,ストレス,および時間は,スクリープ骨折に影響を与える主な要因である.高温は金属スクリープ率を増加させる.より大きなストレスは,より明らかなスクリープ変形をもたらす.長い時間は クリープ骨折の可能性を高めますさらに,材料の化学組成と微細構造も,クレイプ特性に影響します.
高温耐性やスリップ耐性のある材料を選択する.
作業温度とストレスレベルを合理的に制御し,長期間の高温および高ストレス状態を避ける.
素材の微細構造を最適化して 滑り抵抗性を向上させる
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疲労骨折は,交互のストレス下での一定数のサイクル後に発生する骨折である.骨折プロセスは,通常,3つの段階からなる:裂け目の開始,裂け目の拡散,そして最終骨折疲労骨折表面は,一般的に滑らかと荒らかなゾーンで構成され,平らなゾーンがゆっくりと裂け散る領域であり,荒らかなゾーンが最終的な急速な骨折の領域である.
変化するストレスの下では,粒の境界や挿入縁のような金属表面の弱い部分では,微小な裂け目が生じます.ストレスの下では裂け目が継続的に膨張する裂け目が一定程度まで広がると,残った横切りは外力に耐えられないので,最終的な割れ目が生じる.
ストレス幅,平均ストレス,サイクル数,材料の疲労限界は,疲労骨折に影響を与える主な要因です.高圧幅と平均圧力は裂け目の拡散を加速し,疲労寿命を短縮する■ 疲労骨折の可能性は,より多くのサイクルで増加します. 材料の疲労限界が高くなるということは,疲労骨折に対する強い抵抗を示します.
ストレスの濃度を減らすための構成要素構造を合理的に設計し,高疲労限界を持つ材料を選択する.
表面の疲労耐性を向上させるため,ショットピニングやロールなどの表面強化処理を行う.
材料の疲労限界を超えないように負荷の大きさとサイクル数を制御する.
壊れやすい骨折は,骨折の前に金属はほとんど明らかなプラスチック変形を経験しない骨折モードです.骨折プロセスは突然発生し,平坦で滑らかな骨折表面で,通常は結晶状またはヒリング骨のパターンを示します金属の輝きで
壊れやすい骨折は,主に金属内部の裂け目や欠陥の存在によって引き起こされます.外力によって,裂け目の先にはストレスの集中が起こります.ストレスの濃度が材料の破裂強度に達すると破裂は,金属の破裂に繋がる.この破裂モードは,通常,材料の結晶構造,不純度含有量,ストレスの状態に関連している.
材料の脆さは様々な要因の影響を受けます.より高い炭素含有量と不純物含有量は金属の強さを低下させ,脆さを高めます.低温環境では金属結晶構造が変化します3軸性張力ストレス状態も壊れやすい骨折を促進する.
材料の化学組成を厳格に制御し,不浄物含有量を減らす.
微細構造の改善と強度向上のために適切な熱処理を行う.
三軸性張力状態を回避するために,部品構造を合理的に設計する.
低温環境で使用する場合,予熱対策を実施する.
柔らかい骨折は,骨折の前に金属が明らかなプラスチック変形を経験する骨折モードです.骨折過程で,金属材料は最初にネッキング現象を経験します.地元の横切りが著しく減少する骨折の表面は通常繊維状またはカップとコーン状で,色が鈍く,目に見える輝きがない.
骨折は主に金属内での外転運動と増殖によって引き起こされます.金属が外力にさらされると,外転が滑り平面に滑り,結晶のプラスチック変形を引き起こす変形が続くにつれて 変形が絡み合って 積み重なって 変形壁や亜粒の境界を形成します微小小穴の形成と成長を誘発します微小孔子の相互接続は 最終的に金属の破裂につながります
材料の化学的組成,微細構造,温度が 柔らかい骨折に 重要な影響を及ぼします適当な合金要素を含む鋼は,通常より強い;
細粒子の構造が金属の強さを向上させる
低温環境では金属の強度が著しく低下し 柔らかい骨折が起こりやすいのです
適正に材料を選んで 頑丈性を確保する
材料の微細構造を最適化し,熱処理プロセスを通して粒子を精製する.
低温環境では低温に敏感な金属材料の使用を避ける.
| 骨折の種類 | 特徴 | 形成メカニズム | 予防 方法 | NDT試験方法 |
|---|---|---|---|---|
| ストレス腐食クレイキング (SCC) | 壊れやすい外見,環境特異性,予測不可能な | 腐食膜の破裂 → 局所的な攻撃 → 裂け目の拡散 | 材料の選択,ストレス緩和,環境管理 | 液体浸透剤試験,超音波破裂検出 |
| クリープ骨折 | 粗い酸化表面,時間依存の変形 | 脱位上昇 → 穀物境界の滑り → 隙間形成 | 高温合金 ストレス削減 寿命評価 | 超音波厚み測定,金属学分析 |
| 疲労による骨折 | 滑らか + 荒れ野,浜辺の痕跡,進行的な障害 | 裂け目開始 → 安定した成長 → 急速な骨折 | 表面硬化,ストレスの削減,材料選択 | エディ電流試験,磁気粒子検査 |
| 壊れやすい骨折 | 平らで結晶の表面で プラスチック変形が最小で 突然故障 | 障害時のストレス濃度によるクラック拡散 | 汚れの減少,予熱,ストレス状態の最適化 | 音響放出の試験,相次ぐ配列超音波 |
| 柔らかい骨折 | 繊維状/カップコーン状の表面,目に見える首状,暗い外見 | 脱位運動 → 空の核化 → 合体 → 失敗 | 穀物精製 合金最適化 温度制御 | 超音波検査,放射線検査 |
周,ホンユ&リ,ジアン&劉,ジー&ユー,ペイチェン&劉,シンヤング&ファン,ジヤング&フ,アンキング&ヒ,インシェン (2024年).P91蒸気パイプの肘部が短時間使用後に微細構造の異常により,スリップ寿命が著しく低下する科学報告 14. 10.1038/s41598-024-55557-w
https://www.nde-ed.org/Physics/Materials/Mechanical/NotchToughness.xhtml 物理/材料/機械/ノッチ強度
https://eengineerkey.com/creep-and-creep-fracture (eエンジニアキー.com/クリープ・アンド・クリープ・フラクター)
