I. Definición y clasificación de fallas de materiales metálicos
El fallo de un material metálico se refiere al proceso de uso, debido a diversos factores, que hace que el material metálico no pueda seguir cumpliendo con su función de diseño o con los requisitos de rendimiento del estado. Este fallo puede deberse a diversas razones, como la degradación de las propiedades físicas del material, la corrosión química, el daño mecánico, etc.
Fractura:Según la magnitud de la deformación del material, la fractura se puede dividir en fractura dúctil y fractura frágil. La fractura dúctil tendrá un proceso de deformación significativo antes de que la fractura frágil tienda a ocurrir repentinamente, no hay una cantidad obvia de deformación y, por lo tanto, causa una mayor fuerza destructiva. Los tipos comunes de fractura también incluyen fractura por fatiga y fractura por carga estática, donde la fractura por fatiga se debe a la fractura del material bajo operaciones de ciclo de tensión prolongada, mientras que la fractura por carga estática ocurre bajo carga estática.
Desgaste:El desgaste se debe a que las piezas fundidas se someten a altas velocidades, vibraciones, sobrecargas y otras condiciones de funcionamiento, y el trabajo entre las superficies mecánicas se produce por fricción entre sí, lo que provoca el desgaste del material y, a continuación, la falla del material. El desgaste se puede dividir en varios tipos, como desgaste abrasivo, desgaste adhesivo, desgaste por fatiga, desgaste corrosivo o desgaste por micromovimiento. En la maquinaria, el desgaste abrasivo es una de las formas más comunes de desgaste.
Corrosión:La corrosión es una reacción química o electroquímica que se produce cuando un material metálico entra en contacto con el medio circundante, lo que da lugar a una disminución de las propiedades del material o a su destrucción. La corrosión se puede dividir en corrosión total y corrosión local, de las cuales la corrosión local es la más común, incluyendo la corrosión bajo tensión, la corrosión por poros, la corrosión intergranular y muchos otros tipos.
La falla de los materiales metálicos no solo reducirá la eficacia del producto, sino que también puede representar una amenaza para la seguridad del personal. Por lo tanto, el análisis de fallas de los materiales metálicos es de gran importancia, ya que permite identificar las causas de las fallas y proponer soluciones efectivas para mejorar la calidad y la competitividad de los productos.
II. Causas de falla de los materiales metálicos
1. Defectos internos del material
Contracción y aflojamiento
Definición: La contracción es la formación de agujeros tubulares (o acampanados) o dispersos en el metal durante el proceso de condensación debido a la contracción de volumen en el lingote o núcleo de fundición. La contracción se produce en condiciones de enfriamiento rápido, aunque para evitar grandes agujeros de contracción, la diferencia de volumen entre el metal líquido y el metal sólido aún conduce a muchos agujeros de contracción pequeños distribuidos en el metal.
Efectos: Reduce significativamente las propiedades mecánicas del material, puede convertirse en una fuente de fatiga que conduce a fractura y afecta la resistencia a la corrosión del material.
segregación
Definición: fenómeno de composición química desigual en piezas fundidas, dividido en segregación microscópica (por ejemplo, segregación intracristalina) y segregación macroscópica (por ejemplo, segregación por densidad).
Impacto: provoca un rendimiento desigual de las piezas fundidas y, en casos graves, provocará chatarra.
Inclusión
Definición: material metálico o no metálico con una interfaz clara con la matriz. Según su naturaleza se pueden dividir en inclusiones metálicas e inclusiones no metálicas.
Impacto: afecta las propiedades mecánicas del material, aumenta el riesgo de grietas.
Burbujas
Definición: el metal en estado fundido puede disolver una gran cantidad de gases, en el proceso de condensación debido a la reducción de la solubilidad y la liberación de gas en el interior del metal se forman burbujas de gas.
Efectos: Reduce la sección transversal efectiva de la fundición de metal, reduce la resistencia del material y puede provocar grietas.
Defectos de diseño
Diseño estructural irrazonable: como la existencia de áreas de concentración de tensiones en las partes portantes, fallas en el diseño que conducen a fallas.
Selección inadecuada de materiales: la selección de materiales no se ajusta a los estándares adecuados o no se tiene suficiente conocimiento del rendimiento del material, lo que hace que el material no pueda cumplir con los requisitos de uso.
Defectos de procesamiento
Defectos del tratamiento térmico
Tales como: Grietas por temple, grietas por revenido.
Impacto: reduce la resistencia y tenacidad del material, aumenta el riesgo de fractura.
Defectos de moldeo por procesamiento en frío
Tales como: defectos de rectificado, defectos de corte, defectos de estampación en frío.
Impacto: afecta la calidad de la superficie y la precisión dimensional del material, reduce el rendimiento general del material.
Defectos en el proceso de uso
Esfuerzo de sobrecarga: el material se somete a un esfuerzo externo excesivo en el proceso de uso, lo que da lugar a deformación o fractura.
Corrosión: los materiales expuestos a la humedad, altas temperaturas, ácidos, álcalis y otros ambientes hostiles sufren corrosión, lo que resulta en una degradación del rendimiento.
Fatiga: material bajo la acción de una carga alterna, después de un cierto período de tiempo se fractura por fatiga.
Factores ambientales
Temperatura: un entorno de alta temperatura puede provocar la oxidación y el ablandamiento del material, reduciendo su resistencia y dureza.
Medio: Un entorno de medio específico puede acelerar el proceso de corrosión del material.
Humedad: La humedad excesiva en el aire puede provocar que los materiales absorban agua, lo que provoca hinchazón, deformación e incluso la aparición de moho. Esto puede ser especialmente perjudicial para los componentes electrónicos, donde la humedad puede provocar cortocircuitos y daños permanentes.
Exposición a los rayos ultravioleta: la exposición prolongada a la radiación ultravioleta (UV) de la luz solar puede degradar muchos materiales, haciéndolos quebradizos y perdiendo su color e integridad estructural. Esto es especialmente cierto en el caso de los plásticos, las pinturas y los textiles.
Exposición a sustancias químicas: el contacto con sustancias químicas agresivas puede provocar diversas reacciones, como disolución, decoloración y descomposición química del material. Este es un problema común en entornos industriales donde los materiales pueden entrar en contacto con ácidos, bases, solventes u otras sustancias reactivas.