Kes 01 / Retak semasa pembentukan pengejutan sejuk
Bentuk retakan seperti jejaring pada flang bolt:
Menjejak punca daripada mikrostruktur lamelar dan pengerasan permukaan
Satu batang bolt, bahagian batang kelihatan normal, tetapi di tepi flang yang dibentuk melalui proses pengejutan sejuk pula muncul retakan-retakan halus. Apabila berdepan situasi sedemikian, sekadar bertanya “adakah bahan terlalu keras?” seringkali masih belum mencukupi.
Tumpuan analisis kali ini adalah ke atas lapisan hampir permukaan bahan yang menunjukkan ketidaknormalan mikrostruktur serta kenaikan kekerasan secara serentak. Berdasarkan perkara ini, kami mengemukakan bahawa mikrostruktur lamelar bersama-sama dengan fenomena penambahan karbon di permukaan yang disyaki telah mempengaruhi kebolehan berubah bentuk secara tempatan, seterusnya menyebabkan retakan semasa proses pengejutan sejuk pada flang tersebut.
Seterusnya, kami akan menjelaskan dengan jelas hasil pemeriksaan serta jalur kegagalan ini.
I. Latar Belakang Kes: Pelanggan Meminta Creation Group Menganalisis Retak Akibat Pengejutan Sejuk
Syarikat pengeluaran alat pengikat tertentu menggunakan dawai yang dibekalkan oleh pembekal sedia ada untuk menghasilkan bolt. Dalam proses pengejutan sejuk, mereka mendapati wujud retakan berbentuk jejaring pada bahagian flang, lalu meminta bantuan Creation Group untuk menjalankan analisis.
Pihak pelanggan menyatakan bahawa bahan yang digunakan ialah SCM435, dengan spesifikasi dawai berdiameter φ13.15 milimeter. Bahan dalam kes ini bukanlah bekalan daripada Creation Group; Creation Group hanya bertanggungjawab menganalisis sampel yang dihantar untuk ujian. Maklumat mengenai pelanggan dan pembekal telah disembunyikan identitinya.
Analisis kali ini merujuk kepada penampilan fizikal sampel, gambar mikrograf keratan rentas, serta rekod kekerasan Vickers mikroskopik. Namun begitu, dawai asal daripada kelompok yang sama, rekod rawatan haba sepenuhnya, mahupun keputusan kuantitatif tentang kepekatan karbon tidak dapat diperoleh.
Penampilan retakan pada bahagian flang
Pada bahagian flang sampel yang dihantar untuk pemeriksaan, dapat dilihat beberapa retakan pendek yang saling bersilang antara satu sama lain di sesetengah lokasi.
II. Pemeriksaan mendapati: lapisan hampir permukaan bukan sahaja mempunyai struktur yang berbeza, malah kekerasannya juga lebih tinggi
Foto mikrostruktur menunjukkan bahawa pada keratan yang diperiksa terdapat kawasan dengan perbezaan struktur yang ketara di lapisan hampir permukaan, dengan dua tanda lebar masing-masing 78.56 μm dan 105.64 μm, bersamaan kira-kira 0.08–0.11 milimeter.
Pemerhatian pada magnifikasi tinggi menunjukkan bahawa kawasan tersebut mempunyai struktur berbentuk lamel atau jalur yang jelas, berbeza daripada morfologi karbida di bahagian dalam.
Struktur lapisan hampir permukaan dan pengukuran lebar setempat
Dua tanda menunjukkan lebar setempat bagi kawasan perbezaan struktur, yang tidak secara langsung sama dengan kedalaman peningkatan karbon yang telah diukur.
Struktur magnifikasi tinggi lapisan hampir permukaan
Pada lapisan hampir permukaan dapat dilihat ciri-ciri struktur lamel dan jalur yang jelas; magnifikasi asal dan skala tetap dipertahankan.
Struktur magnifikasi tinggi bahagian dalam
Bandingkan dengan Gambar 3 untuk melihat bentuk dan taburan karbida, tanpa menggunakan kontras cerah-gelap sebagai pengganti ujian kandungan karbon secara langsung.
Mikro-kekerasan menyediakan satu lagi bukti. Mengikut urutan titik pemeriksaan “dari tepi ke bahagian dalam” seperti yang dicatat dalam rekod pemeriksaan kali ini:
Perbandingan item Rekod pemeriksaan
Titik pertama lapisan hampir permukaan 260.5 HV0.1
Dua titik seterusnya 248.5 dan 240.6 HV0.1
Garis purata julat 0.5–1.4 mm kira-kira 232.4 HV0.1
Perbezaan antara titik pertama lapisan hampir permukaan dengan nilai purata di atas kira-kira 28.1 HV0.1
Perbezaan mikrostruktur dan peningkatan kekerasan saling menguatkan: lapisan hampir permukaan bukan sekadar “warna fotonya sedikit lebih gelap”, tetapi menunjukkan struktur dan respons mekanikal yang berbeza daripada bahagian dalam.
Data pemeriksaan
Data asal bagi 15 titik ujian mikro-kekerasan Vickers
Lengkuk kekerasan
Lengkuk mikro-kekerasan Vickers
Kaedah ujian HV0.1, jumlah 15 titik. Data dan lengkuk bersama-sama memperlihatkan perubahan kekerasan antara titik-titik ujian, yang perlu dibaca bersama kedudukan setiap titik.
III. Petunjuk sebab pertama: Mengapa terbentuknya struktur lamelar?
Tujuan bagi perlakuan anil sferoid adalah bukan sahaja untuk menurunkan nilai kekerasan, tetapi juga untuk memperoleh bentuk dan taburan karbida yang sesuai bagi proses penganjalan seterusnya.
Bagi struktur lamelar yang diperhatikan kali ini, kami memberi tumpuan kepada dua laluan pembentukan utama: sama ada perlit asal tidak menjalani sferoidisasi sepenuhnya, atau perlit terbentuk semula semasa proses penyejukan selepas pemanasan.
Penjelasan utama berkaitan rawatan haba yang dikemukakan kali ini ialah ketidaksesuaian dalam gabungan suhu pemanasan, tempoh pelawanan haba serta proses penyejukan, yang menyebabkan perlit lamelar kekal atau terbentuk semula.
Jika pemanasan dilakukan dalam julat pengubahsuaian separa austenit, suhu yang terlalu tinggi atau tempoh pelawanan haba pada suhu tersebut yang tidak mencukupi akan mengubah keadaan pelarutan karbida; sekiranya proses penyejukan yang berikutnya tidak kondusif bagi pembentukan karbida sfera, maka struktur lamelar mungkin terbentuk semula. Proses sferoidisasi itu sendiri melibatkan pelarutan karbida semasa pemanasan dan pemendapan semula semasa penyejukan, oleh itu kita tidak boleh hanya mempertimbangkan satu parameter pelawanan haba sahaja.
Oleh itu, bukannya “lebih lama pelawanan haba, lebih lembut bahan”, juga bukannya “sekali telah menjalani sferoidisasi, pasti sudah sempurna”. Keputusan akhir bergantung kepada struktur mikro bahan tersebut.
IV. Petunjuk sebab kedua: Adakah atmosfera dalam relau memburukkan keadaan lapisan permukaan yang tidak normal?
Peningkatan kandungan karbon di lapisan permukaan merupakan satu lagi penilaian utama faktor proses yang dikemukakan kali ini.
Jika atmosfera dalam relau cenderung meningkatkan kandungan karbon pada keluli, lapisan permukaan bahan mungkin mengalami penumpuan karbon, seterusnya mengubah jumlah karbida, perilaku pelarutan dan perubahan fasa di kawasan tersebut, sehingga membentuk keadaan struktur yang berbeza antara lapisan permukaan dan bahagian dalaman.
Kondisi ini mungkin saling bertindih dengan ketidaknormalan dalam proses sferoidisasi: di satu pihak, struktur lamelar tidak dapat dibuang sepenuhnya atau terbentuk semula, manakala di pihak lain, penumpuan karbon di lapisan permukaan turut mempengaruhi struktur mikro dan kekerasan setempat.
Namun demikian, perlu ditegaskan satu perbezaan penting: hasil mikroskop logam dan ujian kekerasan yang ada menyokong penjelasan ini, tetapi tidak cukup untuk membuktikan secara mutlak bahawa kandungan karbon telah meningkat. Dalam keadaan kandungan karbon yang sama, perubahan dalam bentuk struktur mikro, saiz butiran dan taburan karbida juga akan mempengaruhi sifat-sifat bahan.
Oleh itu, “peningkatan karbon akibat atmosfera” dalam kes ini hanyalah satu andaian utama berkaitan faktor proses, bukannya satu fakta ujian yang telah disahkan secara kuantitatif.
V. Mengapakah akhirnya berlaku retakan berskema jejaring pada flang?
Semasa proses penganjalan flang, bahan tersebut mengembang ke arah sekeliling, menyebabkan luas permukaan meningkat; lapisan hampir permukaan turut terpaksa mengalami perubahan bentuk mengikut pergerakan bahagian dalaman.
Struktur lamelar serta keadaan keras setempat menunjukkan respons perubahan bentuk di kawasan tersebut berbeza daripada bahagian dalaman. Di bawah tindakan tegangan tempatan dan geseran, jika daya lentur kawasan tersebut tidak mencukupi, maka keretakan mudah terjadi terlebih dahulu.
Sepanjang proses penganjalan berterusan, pelbagai lokasi yang lemah akan retak secara berperingkat; retakan kemudiannya berkembang mengikut pelbagai arah dan saling bersambung di beberapa tempat, akhirnya membentuk corak seperti jejaring.
Dalam istilah mudah: bahagian dalaman masih cuba mengembang ke luar, namun lapisan permukaan sudah tidak mampu mengikutinya, menyebabkan beberapa lokasi retak satu demi satu.
Laluan kegagalan yang dikemukakan kali ini: proses rawatan haba sferoid yang tidak tepat menghasilkan struktur lamelar yang tertinggal atau terbentuk semula; dipercayai atmosfera relau yang meningkatkan kandungan karbon memperhebatkan perbezaan struktur dan kekerasan di lapisan hampir permukaan; ketidakserasian perubahan bentuk semasa penganjalan sejuk flang menyebabkan berlakunya retakan di banyak lokasi serentak.
Ini merupakan mekanisme utama yang dirumuskan berdasarkan maklumat sedia ada. Contoh sampel yang diambil ditanda pada batang bahagian, namun pemerhatian pada keratan tersebut belum boleh disamakan secara langsung dengan “telah melihat retakan flang bermula dari lapisan yang tidak normal”.
Enam, Tumpuan Rawatan: Semakan Serentak Terhadap Proses Penganjalan dan Kawalan Atmosfera
Mengikut pendekatan dua faktor yang dikemukakan, langkah susulan tidak boleh hanya tertumpu pada satu nilai kekerasan semata-mata.
Pertama, semak proses penganjalan sebenar. Bandingkan suhu pemanasan, tempoh penahanan haba serta lengkung pemadaman yang sebenarnya dialami oleh bahan tersebut, untuk menentukan sama ada struktur lamelar belum sempurna diglobulasi atau terbentuk semula semasa proses pendinginan.
Kedua, semak atmosfera serta taburan karbon di permukaan. Rujuk rekod kawalan atmosfera dan jalankan pemeriksaan berkaitan kandungan karbon, mikrostruktur serta kekerasan dari permukaan hingga ke bahagian dalam bagi kelompok dawai asal yang sama, bagi mengesahkan anggapan pertambahan karbon di permukaan.
Ketiga, gunakan hasil mikrostruktur dan pembentukan untuk mengesahkan kesan pelarasan. Jangan hanya melihat sama ada kekerasan keseluruhan telah berkurang selepas pelarasan; perlu juga diperhatikan sama ada struktur lamelar di lapisan hampir permukaan telah berkurang, keadaan dalaman dan luaran lebih seragam, serta hasil ujian penyetempelan sejuk bagi produk sejenis.
Berdasarkan maklumat sedia ada yang tidak merangkumi pemeriksaan semula selepas tindakan pembetulan mahupun rekod pengeluaran massal, maka cadangan rawatan di atas tidak boleh dianggap sebagai langkah yang telah terbukti berkesan.
Tujuh, Kesimpulan Kes
Dalam kes ini, mekanisme kegagalan utama yang disimpulkan ialah: struktur lamelar di lapisan hampir permukaan bersama-sama pengerasan setempat telah menurunkan keupayaan penyelarasan semasa proses deformasi, sekali gus mencetuskan retakan berbentuk jejaring ketika proses penyetempelan sejuk flange sedang berkembang.
Mengenai punca sebenar keganjilan ini, tumpuan diberikan kepada gabungan antara proses penganjalan globulasi yang tidak dilaksanakan dengan betul serta kemungkinan pertambahan karbon akibat atmosfera dalam relau. Bagi menjelaskan secara tepat bagaimana perlite semula jadi dan pertambahan karbon terbentuk, masih memerlukan bukti lanjutan daripada dawai asal, rekod proses penganjalan serta rekod kawalan atmosfera untuk tujuan rujukan dan pengesahan bersama.
Kes ini menunjukkan bahawa dalam menilai bahan untuk penyetempelan sejuk, kita tidak boleh hanya bertanya “berapakah kekerasan purata?” tetapi perlu juga memberi perhatian kepada: apakah jenis mikrostruktur di permukaan, apakah perbezaannya berbanding bahagian dalam, serta adakah ia mampu bekerjasama dalam merealisasikan perubahan bentuk yang dituntut oleh produk tersebut.
Creation Group membantu pelanggan menjalankan analisis kegagalan dengan menghubungkan ciri-ciri retakan, data mikrostruktur dan kebolehan prestasi, lalu mengemukakan sebab-sebab yang berasas dan boleh disahkan, agar usaha penambahbaikan seterusnya mempunyai sasaran yang jelas.
Melihat retakan hanyalah titik permulaan; yang benar-benar bernilai dalam analisis kegagalan adalah menjelaskan mengapa retakan itu berlaku.
Creation Group · Kelas Jurutera Penyetempelan Sejuk
Menerangkan isu-isu bahan dengan jelas