Metallerin çatlaması, bir dizi faktörü içeren karmaşık bir süreçtir. Başlıca nedenlerden bazıları şunlardır:
- Malzemenin kendi faktörleri: Kimyasal bileşim ve metalografik organizasyon, metalin darbe tokluğunu doğrudan etkiler; karbon, fosfor, kükürt ve diğer elementlerin artması darbe tokluğunu azaltır.
- Isıl işlem prosesi: Söndürme, temperleme vb. gibi uygunsuz ısıl işlem prosesleri, malzemenin mikro yapısında ve özelliklerinde değişikliklere yol açarak tokluğunu etkileyebilir.
- İç kusurlar: Malzemenin içerisinde bulunan inklüzyonlar, segregasyonlar, kabarcıklar, iç çatlaklar ve diğer kusurlar, malzemenin darbe tokluğunu önemli ölçüde azaltacak ve bir gerilim yoğunlaşma noktası haline gelecektir.
- Numune hazırlama ve test koşulları: Numune örnekleme yönü, çentik geometrisi ve işleme kalitesi, test sıcaklığı, vb. darbe tokluğu üzerinde etkili olacaktır.
Metal çatlaması, özellikle yüksek gerilimlere veya yüksek yüklere maruz kalan bileşenlerde olmak üzere birçok yapıdaki arızanın ana nedenlerinden biridir. Çatlak analizi sayesinde, potansiyel çatlama sorunları zamanında tespit edilebilir ve böylece kırılma, sızıntı, çökme vb. gibi yapısal arızalardan kaynaklanan güvenlik kazaları önlenebilir.
Çatlak analizi, çatlakların nedenini, genişleme oranını ve kalan ömrünü anlamaya yardımcı olur. Uygun onarım veya bakım önlemleri alınarak, çatlakların genişlemesi yavaşlatılabilir, böylece metal parçaların hizmet ömrü uzatılabilir ve değiştirme ve onarım maliyetleri azaltılabilir.
Metal çatlaklarının sınıflandırılması ve farklılıkları
Isıl işlem çatlakları
Özellikleri:
Morfoloji: Isıl işlem çatlakları genellikle martensitik dönüşüm bölgesinde üretilir, bu nedenle çatlakları kristal boyunca çatlayabilir veya kristalin içinden geçebilir. Çatlaklar radyal, ayrı çizgi veya net olabilir.
Yer: Çatlaklar genellikle iş parçasının keskin köşelerinde, kesitte ani değişimler olduğunda oluşma eğilimindedir.
Kesit: Söndürme çatlağının kesiti genellikle oksitlenmemiş olup beyaz, donuk beyaz veya açık kırmızı (söndürme sonucu oluşan su pası) renkte olabilir.
Nedenleri:
Çatlama, söndürme sırasında oluşan büyük gerilmelerin malzemenin kendi dayanımından büyük olması ve plastik deformasyon sınırını aşması durumunda meydana gelir.
Bunun nedeni, söndürme ısıtma sıcaklığının çok yüksek olması ve çok hızlı soğutulması gibi faktörler olabilir.
Isıl işlem çatlaklarının nedenleri
a. Malzemenin metalurjik kalitesi:
Büzülme ve ciddi haddeleme kusurları gibi metalurjik sorunlar, söndürme çatlakları riskini artıran malzeme homojensizliklerine neden olabilir.
b. Malzemenin karbon içeriği ve alaşım elementleri: Karbon içeriğindeki artış martensitin kırılma dayanımını azaltır, dolayısıyla söndürme çatlaklarına eğilimi artırır.
c. Söndürme işlemi koşulları:
Söndürme ısıtma yöntemi ve ısıtma hızının uygunsuz kontrolü, eşit olmayan ısıtma, söndürme sıcaklığının çok yüksek olması söndürme çatlaklarına yol açabilir.
d. İş parçasının boyutu ve şekli:
Söndürme çatlakları, iş parçasının keskin köşelerinde ve kesitteki ani değişikliklerde kolayca oluşur, çünkü bu yerler gerilim yoğunlaşmasına eğilimlidir. Söndürmede büyük şaft parçaları, söndürülmezse, termal gerilim kaynaklı çatlaklara eğilimlidir.
e. İç kusurlar:
Malzeme içerisinde mevcut buhar kabarcıkları, inklüzyonlar, kılcal damarlar, beyaz lekeler vb. gibi kusurlar, ısıl işlem geriliminin etkisi altında çatlak kaynağı haline gelebilir ve giderek genişleyebilir.
f. Martensitin içsel kırılganlığı:
Martensitin içsel kırılganlığı, söndürme çatlaklarının içsel nedenidir ve kristal yapısı, kimyasal bileşimi, metalurjik kusurları vb. buna etki edecektir.
Dövme çatlakları
Özellikleri:
Morfoloji: dövme çatlakları yüksek sıcaklıklarda oluşur, çatlaklar nispeten kalındır ve genellikle ince bir uç veya ince bir yön olmadan çoklu şeritler halinde bulunur. Bazen çatlak çevresi tamamen dekarbürize olmaz, yarı dekarbürize olur.
Yer: Genellikle kaba organizasyonda, stres yoğunlaşmasında veya ayrışmada alaşım elementleri halinde üretilir.
Kesit: Çatlak kesiti koyu kahverengi olabilir ve hatta oksijen derisi belirebilir, bunun nedeni dövme deformasyonundaki çatlağın genişlemesi ve havayla temasıdır.
Nedenleri: a, Hammadde kusurları: Artık çekme: Hammaddede gözeneklerin veya deliklerin tam olarak kapanmaması, dövme işleminin malzemenin mukavemetini azaltmasına, kolayca çatlak oluşmasına yol açabilir.
b, çelik inklüzyonları: Hammaddedeki metalik olmayan inklüzyonlar, karbür segregasyonu, heterojen metal inklüzyonları vb. malzemenin sürekliliğini zayıflatarak çatlak oluşumunu teşvik edebilir.
Uygunsuz dövme işlemi:
c, uygunsuz ısıtma: ısıtma sıcaklığı çok yüksek veya çok düşüktür, bu da malzeme içerisinde gerilimin eşit olmayan bir şekilde dağılmasına yol açabilir ve bu da dövme sırasında çatlaklara neden olur.
d, uygunsuz deformasyon: deformasyon oranı çok büyüktür, çeliğin plastisitesi basıncın şekline dayanacak kadar yeterli değildir, kopmaya neden olması kolaydır. Bu çatlak genellikle dövme aşamasının başlangıcında ve hızlı genişlemede meydana gelir.
e, dövme işleminden sonra uygunsuz soğutma: soğutma hızı çok hızlı veya çok yavaş olursa, malzemede iç gerilim yoğunlaşmasına yol açarak çatlaklara neden olabilir.
f, Zamanında yapılmayan ısıl işlem: Dövme işleminden sonra zamanında ve uygun olmayan ısıl işlem, malzemenin iç geriliminin etkili bir şekilde serbest bırakılmamasına yol açabilir ve böylece çatlama riski artar.
g, uygun olmayan sıcaklık kontrolü:
Isıtma ve soğutma işleminde, sıcaklık düzgün bir şekilde kontrol edilmezse, malzemede aşırı iç gerilime yol açabilir ve böylece çatlama tetiklenebilir. Örneğin, Söndürme işleminde, soğutma çok hızlıysa, söndürme çatlakları oluşabilir.
h. Malzemenin stres konsantrasyonu:
Dövmede keskin köşeler ve kesit mutasyonları gibi gerilim yoğunlaşma alanları varsa, gerilim malzemenin dayanma kabiliyetini aştığında çatlamalara yol açabilir.
