I. Definição e classificação de falha de material metálico
Falha de material metálico refere-se ao processo de uso, devido a uma variedade de fatores, resultando em materiais metálicos que não podem continuar a atender sua função de projeto ou requisitos de desempenho do estado. Essa falha pode ser causada por uma variedade de razões, como degradação das propriedades físicas do material, corrosão química, danos mecânicos e assim por diante.
Fratura: De acordo com a magnitude da deformação do material, a fratura pode ser dividida em fratura dúctil e fratura frágil. A fratura dúctil terá um processo de deformação significativo antes que a ocorrência da fratura frágil tenda a ocorrer repentinamente, não há quantidade óbvia de deformação e, portanto, causa uma força destrutiva maior. Os tipos comuns de fratura também incluem fratura por fadiga e fratura por carga estática, onde a fratura por fadiga é devido à fratura do material sob operações de ciclo de estresse prolongado, enquanto a fratura por carga estática ocorre sob carga estática.
Desgaste:O desgaste é devido a fundições em alta velocidade, vibração, sobrecarga e outras condições operacionais, o trabalho entre o atrito da superfície mecânica entre si e leva ao desgaste do material e, em seguida, faz com que o material falhe. O desgaste pode ser dividido em vários tipos, como desgaste abrasivo, desgaste adesivo, desgaste por fadiga, desgaste corrosivo ou desgaste por micromovimento. Em máquinas, o desgaste abrasivo é uma das formas mais comuns de desgaste.
Corrosão:Corrosão é uma reação química ou eletroquímica que ocorre quando um material metálico entra em contato com o meio circundante, resultando em uma diminuição nas propriedades do material ou destruição. A corrosão pode ser dividida em corrosão total e corrosão local, das quais a corrosão local é mais comum, incluindo corrosão sob tensão, corrosão porosa, corrosão intergranular e muitos outros tipos.
A falha de materiais metálicos não só reduzirá a eficácia do produto, mas também pode representar uma ameaça à segurança do pessoal. Portanto, a análise de falhas de materiais metálicos é de grande importância, o que pode identificar as causas da falha e propor soluções eficazes para melhorar a qualidade e a competitividade dos produtos.
II. Causas de falha de materiais metálicos
1. Defeitos internos do material
Encolhimento e afrouxamento
Definição: Encolhimento é o metal no processo de condensação devido à contração de volume no lingote ou no coração da fundição da formação de furos tubulares (ou alargados) ou dispersos. Solto está nas condições de resfriamento rápido, embora para evitar grandes furos de encolhimento, mas o metal líquido e o metal sólido entre a diferença de volume ainda leva a muitos pequenos furos de encolhimento distribuídos no metal.
Efeitos: Reduz significativamente as propriedades mecânicas do material, pode se tornar uma fonte de fadiga levando à fratura e afeta a resistência à corrosão do material.
segregação
Definição: fenômeno de composição química irregular em peças fundidas, dividida em segregação microscópica (por exemplo, segregação intracristalina) e segregação macroscópica (por exemplo, segregação de densidade).
Impacto: leva ao desempenho irregular das peças fundidas; casos graves causam sucata.
Inclusão
Definição: material metálico ou não metálico com uma interface clara com a matriz. De acordo com a natureza pode ser dividido em inclusões metálicas e inclusões não metálicas.
Impacto: afeta as propriedades mecânicas do material, aumenta o risco de rachaduras.
Bolhas
Definição: o metal no estado fundido pode dissolver uma grande quantidade de gases, no processo de condensação devido à redução da solubilidade e à liberação de gás na formação interna do metal de bolhas de gás.
Efeitos: Reduz a seção transversal efetiva da fundição metálica, reduz a resistência do material e pode causar rachaduras.
Defeitos de projeto
Projeto estrutural irracional: como a existência de áreas de concentração de tensões nas peças de suporte de carga, falha no projeto adequado, o que leva à falha.
Seleção inadequada de materiais: a seleção de materiais não atende aos padrões adequados ou não tem conhecimento suficiente do desempenho do material, o que faz com que o material não atenda aos requisitos de uso.
Defeitos de processamento
Defeitos do tratamento térmico
Tais como: Têmpera de fissuras, revenimento de fissuras.
Impacto: reduz a resistência e a tenacidade do material, aumenta o risco de fratura.
Defeitos de moldagem por processamento a frio
Tais como: defeitos de retificação, defeitos de corte, defeitos de recalque a frio.
Impacto: afeta a qualidade da superfície e a precisão dimensional do material, reduz o desempenho geral do material.
Defeitos no processo de utilização
Tensão de sobrecarga: o material é submetido a uma tensão externa excessiva no processo de uso, resultando em deformação ou fratura.
Corrosão: materiais expostos à umidade, altas temperaturas, ácidos, álcalis e outros ambientes agressivos sofrem corrosão, resultando em degradação do desempenho.
Fadiga: material sob ação de carga alternada, após certo período de fratura por fadiga.
Fatores ambientais
Temperatura: ambientes de alta temperatura podem levar à oxidação do material, amolecimento, reduzindo sua resistência e dureza.
Meio: ambiente de mídia específico pode acelerar o processo de corrosão do material.
Umidade: Umidade excessiva no ar pode fazer com que os materiais absorvam água, levando ao inchaço, deformação e até mesmo ao crescimento de mofo ou bolor. Isso pode ser particularmente prejudicial aos componentes eletrônicos, onde a umidade pode causar curtos-circuitos e danos permanentes.
Exposição UV: A exposição prolongada à radiação ultravioleta (UV) da luz solar pode degradar muitos materiais, fazendo com que se tornem quebradiços e percam sua cor e integridade estrutural. Isso é especialmente verdadeiro para plásticos, tintas e tecidos.
Exposição Química: O contato com produtos químicos agressivos pode levar a uma variedade de reações, incluindo dissolução, descoloração e decomposição química do material. Este é um problema comum em ambientes industriais onde os materiais podem entrar em contato com ácidos, bases, solventes ou outras substâncias reativas.