I. Définition et classification des défaillances des matériaux métalliques
La défaillance d'un matériau métallique fait référence au processus d'utilisation, en raison de divers facteurs, qui fait que le matériau métallique ne peut plus continuer à répondre à sa fonction de conception ou aux exigences de performance de l'état. Cette défaillance peut être causée par diverses raisons, telles que la dégradation des propriétés physiques du matériau, la corrosion chimique, les dommages mécaniques, etc.
Fracture:Selon l'ampleur de la déformation du matériau, la fracture peut être divisée en fracture ductile et fracture fragile. La fracture ductile aura un processus de déformation important avant que la fracture fragile ne se produise soudainement, il n'y a pas de quantité évidente de déformation et provoque donc une force destructrice plus importante. Les types courants de fracture comprennent également la fracture de fatigue et la fracture de charge statique, où la fracture de fatigue est due à la fracture du matériau sous des opérations de cycle de contrainte prolongées, tandis que la fracture de charge statique se produit sous une charge statique.
Usure normale:L'usure est due aux pièces moulées soumises à des vitesses élevées, aux vibrations, aux surcharges et à d'autres conditions de fonctionnement. Le travail entre les surfaces mécaniques frotte entre elles et entraîne l'usure du matériau, puis la défaillance du matériau. L'usure peut être divisée en différents types tels que l'usure abrasive, l'usure adhésive, l'usure par fatigue, l'usure corrosive ou l'usure par micro-mouvement. Dans les machines, l'usure abrasive est l'une des formes d'usure les plus courantes.
Corrosion:La corrosion est une réaction chimique ou électrochimique qui se produit lorsqu'un matériau métallique entre en contact avec le milieu environnant, entraînant une diminution des propriétés du matériau ou sa destruction. La corrosion peut être divisée en corrosion totale et corrosion locale, la corrosion locale étant la plus courante, notamment la corrosion sous contrainte, la corrosion interstitielle, la corrosion intergranulaire et de nombreux autres types.
La défaillance des matériaux métalliques peut non seulement réduire l'efficacité du produit, mais aussi constituer une menace pour la sécurité du personnel. Par conséquent, l'analyse des défaillances des matériaux métalliques revêt une grande importance, car elle permet d'identifier les causes de défaillance et de proposer des solutions efficaces pour améliorer la qualité et la compétitivité des produits.
II. Causes de défaillance des matériaux métalliques
1. Défauts matériels internes
Rétrécissement et relâchement
Définition : Le retrait est le processus de condensation du métal dû à la contraction du volume dans le lingot ou le cœur de coulée, qui entraîne la formation de trous tubulaires (ou évasés) ou dispersés. Le retrait est lâche dans les conditions de refroidissement rapide, bien que pour éviter les gros trous de retrait, mais la différence de volume entre le métal liquide et le métal solide conduit toujours à de nombreux petits trous de retrait répartis dans le métal.
Effets : Réduit considérablement les propriétés mécaniques du matériau, peut devenir une source de fatigue conduisant à une fracture et affecte la résistance à la corrosion du matériau.
ségrégation
Définition : phénomène de composition chimique inégale dans les pièces moulées, divisé en ségrégation microscopique (par exemple ségrégation intracristalline) et ségrégation macroscopique (par exemple ségrégation de densité).
Impact : entraîne des performances inégales des pièces moulées, les cas graves peuvent entraîner des rebuts.
Inclusion
Définition : matériau métallique ou non métallique présentant une interface claire avec la matrice. Selon la nature, on peut le diviser en inclusions métalliques et inclusions non métalliques.
Impact : affecte les propriétés mécaniques du matériau, augmente le risque de fissures.
Bulles
Définition : le métal à l'état fondu peut dissoudre un grand nombre de gaz, dans le processus de condensation en raison de la solubilité réduite et de la libération de gaz dans le métal formation interne de bulles de gaz.
Effets : Réduit la section efficace de la pièce moulée en métal, réduit la résistance du matériau et peut entraîner des fissures.
Défauts de conception
Conception structurelle déraisonnable : comme l'existence de zones de concentration de contraintes dans les pièces porteuses, une conception inadéquate conduisant à une défaillance.
Sélection inappropriée des matériaux : la sélection des matériaux n'est pas conforme aux normes ou la compréhension des performances du matériau est insuffisante, ce qui fait que le matériau ne peut pas répondre aux exigences d'utilisation.
Défauts de traitement
Défauts de traitement thermique
Tels que : fissures de trempe, fissures de revenu.
Impact : réduit la résistance et la ténacité du matériau, augmente le risque de fracture.
Défauts de moulage par traitement à froid
Tels que : défauts de meulage, défauts de coupe, défauts de frappe à froid.
Impact : affecte la qualité de surface et la précision dimensionnelle du matériau, réduit les performances globales du matériau.
Défauts dans le processus d'utilisation
Contrainte de surcharge : le matériau est soumis à une contrainte externe excessive au cours de son utilisation, entraînant une déformation ou une fracture.
Corrosion : les matériaux exposés à l'humidité, aux températures élevées, aux acides et aux alcalis et à d'autres environnements difficiles se corrodent, entraînant une dégradation des performances.
Fatigue : matériau sous l'action d'une charge alternée, après une certaine durée de rupture par fatigue.
Facteurs environnementaux
Température : un environnement à haute température peut entraîner l'oxydation du matériau, son ramollissement, réduisant ainsi sa résistance et sa dureté.
Milieu : un environnement spécifique peut accélérer le processus de corrosion du matériau.
Humidité : une humidité excessive dans l'air peut entraîner l'absorption d'eau par les matériaux, ce qui peut entraîner un gonflement, une déformation et même la formation de moisissures. Cela peut être particulièrement préjudiciable aux composants électroniques, où l'humidité peut provoquer des courts-circuits et des dommages permanents.
Exposition aux UV : une exposition prolongée aux rayons ultraviolets (UV) du soleil peut dégrader de nombreux matériaux, les rendant cassants et leur faisant perdre leur couleur et leur intégrité structurelle. Cela est particulièrement vrai pour les plastiques, les peintures et les textiles.
Exposition aux produits chimiques : le contact avec des produits chimiques agressifs peut entraîner diverses réactions, notamment la dissolution, la décoloration et la dégradation chimique du matériau. Il s'agit d'un problème courant dans les environnements industriels où les matériaux peuvent entrer en contact avec des acides, des bases, des solvants ou d'autres substances réactives.
