۱. آزمون و تحلیل نظری
از بین ۳ موردسوپاپهای تایراز نمونههای ارائه شده توسط شرکت، ۲ مورد شیرآلات و ۱ مورد شیری است که هنوز استفاده نشده است. برای A و B، شیری که استفاده نشده با رنگ خاکستری مشخص شده است. شکل جامع ۱. سطح بیرونی شیر A کمعمق است، سطح بیرونی شیر B سطح، سطح بیرونی شیر C سطح و سطح بیرونی شیر C سطح است. شیرهای A و B با محصولات خوردگی پوشیده شدهاند. شیر A و B در خمها ترک خوردهاند، قسمت بیرونی خم در امتداد شیر است، دهانه حلقه شیر B به سمت انتها ترک خورده است و فلش سفید بین سطوح ترک خورده روی سطح شیر A مشخص شده است. از بالا، ترکها در همه جا وجود دارند، ترکها بزرگترین هستند و ترکها در همه جا هستند.
بخشی ازسوپاپ تایرنمونههای A، B و C از خمیدگی برش داده شدند و مورفولوژی سطح با میکروسکوپ الکترونی روبشی ZEISS-SUPRA55 مشاهده شد و ترکیب ریزسطح با EDS تجزیه و تحلیل شد. شکل 2 (الف) ریزساختار سطح شیر B را نشان میدهد. میتوان مشاهده کرد که ذرات سفید و روشن زیادی روی سطح وجود دارد (که با فلشهای سفید در شکل نشان داده شده است) و تجزیه و تحلیل EDS ذرات سفید دارای محتوای بالای S است. نتایج تجزیه و تحلیل طیف انرژی ذرات سفید در شکل 2 (ب) نشان داده شده است.
شکلهای 2 (ج) و (ه) ریزساختارهای سطحی شیر B هستند. از شکل 2 (ج) میتوان دریافت که سطح تقریباً به طور کامل توسط محصولات خوردگی پوشانده شده است و عناصر خورنده محصولات خوردگی با تجزیه و تحلیل طیف انرژی عمدتاً شامل S، Cl و O هستند، محتوای S در موقعیتهای جداگانه بیشتر است و نتایج تجزیه و تحلیل طیف انرژی در شکل 2 (د) نشان داده شده است. از شکل 2 (ه) میتوان دریافت که ترکهای ریز در امتداد حلقه شیر روی سطح شیر A وجود دارد. شکلهای 2 (و) و (ز) ریزساختارهای سطحی شیر C هستند، سطح نیز به طور کامل توسط محصولات خوردگی پوشیده شده است و عناصر خورنده نیز شامل S، Cl و O هستند، مشابه شکل 2 (ه). دلیل ترک خوردگی ممکن است ترک خوردگی ناشی از خوردگی تنشی (SCC) از تجزیه و تحلیل محصولات خوردگی روی سطح شیر باشد. شکل 2(h) نیز ریزساختار سطح شیر C را نشان میدهد. مشاهده میشود که سطح نسبتاً تمیز است و ترکیب شیمیایی سطح آنالیز شده توسط EDS مشابه آلیاژ مس است که نشان میدهد شیر دچار خوردگی نشده است. با مقایسه مورفولوژی میکروسکوپی و ترکیب شیمیایی سه سطح شیر، نشان داده میشود که در محیط اطراف، محیطهای خورندهای مانند S، O و Cl وجود دارد.
ترک شیر B از طریق آزمایش خمش باز شد و مشخص شد که ترک به تمام سطح مقطع شیر نفوذ نکرده، در سمت خمیدگی پشتی ترک خورده و در سمت مقابل خمیدگی پشتی شیر ترک نخورده است. بررسی بصری شکستگی نشان میدهد که رنگ شکستگی تیره است که نشان میدهد شکستگی خورده شده است و برخی از قسمتهای شکستگی تیره رنگ هستند که نشان میدهد خوردگی در این قسمتها جدیتر است. شکستگی شیر B همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، زیر میکروسکوپ الکترونی روبشی مشاهده شد. شکل 3 (الف) ظاهر ماکروسکوپی شکستگی شیر B را نشان میدهد. میتوان مشاهده کرد که شکستگی بیرونی نزدیک شیر توسط محصولات خوردگی پوشانده شده است که دوباره نشان دهنده وجود محیط خورنده در محیط اطراف است. طبق تجزیه و تحلیل طیف انرژی، اجزای شیمیایی محصول خوردگی عمدتاً S، Cl و O هستند و محتوای S و O نسبتاً زیاد است، همانطور که در شکل 3 (ب) نشان داده شده است. با مشاهده سطح شکستگی، مشخص میشود که الگوی رشد ترک در امتداد نوع کریستالی است. تعداد زیادی ترک ثانویه نیز با مشاهده شکست در بزرگنماییهای بالاتر، همانطور که در شکل 3(c) نشان داده شده است، قابل مشاهده است. ترکهای ثانویه در شکل با فلشهای سفید مشخص شدهاند. محصولات خوردگی و الگوهای رشد ترک روی سطح شکست، دوباره ویژگیهای ترک خوردگی ناشی از خوردگی تنشی را نشان میدهند.
شکستگی شیر A باز نشده است، بخشی از شیر (شامل محل ترک خورده) را بردارید، بخش محوری شیر را سنگ زنی و صیقل دهید و با استفاده از محلول Fe Cl3 (5 گرم) + HCl (50 میلی لیتر) + C2H5OH (100 میلی لیتر) حکاکی کنید و ساختار متالوگرافی و مورفولوژی رشد ترک با میکروسکوپ نوری Zeiss Axio Observer A1m مشاهده شد. شکل 4 (الف) ساختار متالوگرافی شیر را نشان میدهد که ساختار دو فازی α+β است و β نسبتاً ریز و دانهای است و روی ماتریس فاز α توزیع شده است. الگوهای انتشار ترک در ترکهای محیطی در شکل 4 (الف) و (ب) نشان داده شده است. از آنجایی که سطوح ترک با محصولات خوردگی پر شدهاند، شکاف بین دو سطح ترک وسیع است و تشخیص الگوهای انتشار ترک دشوار است. پدیده انشعاب. ترکهای ثانویه زیادی (که با فلشهای سفید در شکل مشخص شدهاند) نیز در این ترک اولیه مشاهده شدند، به شکل 4 (c) مراجعه کنید، و این ترکهای ثانویه در امتداد رگه منتشر شدند. نمونه شیر حکاکی شده توسط SEM مشاهده شد و مشخص شد که ریزترکهای زیادی در موقعیتهای دیگر به موازات ترک اصلی وجود دارد. این ریزترکها از سطح سرچشمه گرفته و به داخل شیر گسترش یافتهاند. ترکها دارای انشعاب بودند و در امتداد رگه گسترش یافتهاند، به شکل 4 (c) و (d) مراجعه کنید. محیط و وضعیت تنش این ریزترکها تقریباً مشابه ترک اصلی است، بنابراین میتوان استنباط کرد که شکل انتشار ترک اصلی نیز بین دانهای است، که با مشاهده شکستگی شیر B نیز تأیید میشود. پدیده انشعاب ترک دوباره ویژگیهای ترک خوردگی تنشی شیر را نشان میدهد.
۲. تحلیل و بحث
به طور خلاصه، میتوان استنباط کرد که آسیب شیر ناشی از ترک خوردگی ناشی از خوردگی تنشی ناشی از SO2 است. ترک خوردگی ناشی از خوردگی تنشی معمولاً باید سه شرط را برآورده کند: (1) مواد حساس به خوردگی تنشی؛ (2) محیط خورنده حساس به آلیاژهای مس؛ (3) شرایط تنش خاص.
عموماً اعتقاد بر این است که فلزات خالص دچار خوردگی تنشی نمیشوند و همه آلیاژها به درجات مختلف مستعد خوردگی تنشی هستند. در مورد مواد برنجی، عموماً اعتقاد بر این است که ساختار دو فازی حساسیت به خوردگی تنشی بالاتری نسبت به ساختار تک فازی دارد. در مقالات گزارش شده است که وقتی محتوای روی در ماده برنجی از 20٪ بیشتر شود، حساسیت به خوردگی تنشی بیشتری دارد و هرچه محتوای روی بیشتر باشد، حساسیت به خوردگی تنشی نیز بیشتر است. ساختار متالوگرافی نازل گاز در این مورد یک آلیاژ دو فازی α+β است و محتوای روی حدود 35٪ است که بسیار بیشتر از 20٪ است، بنابراین حساسیت به خوردگی تنشی بالایی دارد و شرایط ماده مورد نیاز برای ترک خوردگی تنشی را برآورده میکند.
برای مواد برنجی، اگر پس از تغییر شکل کار سرد، عملیات حرارتی تنشزدایی انجام نشود، خوردگی تنشی در شرایط تنش مناسب و محیطهای خورنده رخ خواهد داد. تنشی که باعث ترک خوردگی تنشی میشود، عموماً تنش کششی موضعی است که میتواند تنش اعمالی یا تنش پسماند باشد. پس از باد شدن لاستیک کامیون، به دلیل فشار زیاد در لاستیک، تنش کششی در امتداد جهت محوری نازل هوا ایجاد میشود که باعث ایجاد ترکهای محیطی در نازل هوا میشود. تنش کششی ناشی از فشار داخلی لاستیک را میتوان به سادگی با توجه به σ=p⁻⁻¹R/2t (که در آن p فشار داخلی لاستیک، R قطر داخلی سوپاپ و t ضخامت دیواره سوپاپ است) محاسبه کرد. با این حال، به طور کلی، تنش کششی ایجاد شده توسط فشار داخلی لاستیک خیلی زیاد نیست و باید اثر تنش پسماند در نظر گرفته شود. موقعیتهای ترک خوردگی نازلهای گاز همگی در خمیدگی عقب هستند و بدیهی است که تغییر شکل پسماند در خمیدگی عقب زیاد است و تنش کششی پسماند در آنجا وجود دارد. در واقع، در بسیاری از قطعات آلیاژ مس کاربردی، ترک خوردگی ناشی از خوردگی تنشی به ندرت توسط تنشهای طراحی ایجاد میشود و بیشتر آنها توسط تنشهای پسماندی ایجاد میشوند که دیده نمیشوند و نادیده گرفته میشوند. در این حالت، در خمیدگی پشتی سوپاپ، جهت تنش کششی ایجاد شده توسط فشار داخلی تایر با جهت تنش پسماند سازگار است و برهم نهی این دو تنش، شرایط تنش برای SCC را فراهم میکند.
۳. نتیجهگیری و پیشنهادات
نتیجهگیری:
ترک خوردنِسوپاپ تایرعمدتاً در اثر ترک خوردگی ناشی از خوردگی تنشی ناشی از SO2 ایجاد میشود.
پیشنهاد
(1) منبع ماده خورنده را در محیط اطراف ردیابی کنیدسوپاپ تایرو سعی کنید از تماس مستقیم با محیط خورنده اطراف خودداری کنید. به عنوان مثال، میتوان یک لایه پوشش ضد خوردگی روی سطح شیر اعمال کرد.
(2) تنش کششی پسماند ناشی از کار سرد را میتوان با فرآیندهای مناسب، مانند عملیات حرارتی آنیل پس از خمکاری، از بین برد.
زمان ارسال: ۲۳ سپتامبر ۲۰۲۲
