• bk4
  • bk5
  • bk2
  • bk3

1. الاختبار والتحليل النظري

من الثلاثةصمامات الإطاراتالعينات المقدمة من الشركة، 2 صمامات، و1 صمام لم يتم استخدامه بعد. بالنسبة إلى A وB، تم وضع علامة على الصمام الذي لم يتم استخدامه باللون الرمادي. الشكل الشامل 1. السطح الخارجي للصمام A ضحل، والسطح الخارجي للصمام B هو السطح، والسطح الخارجي للصمام C هو السطح، والسطح الخارجي للصمام C هو السطح. الصمامان A وB مغطى بمنتجات التآكل. الصمامان A وB متصدعان عند الانحناءات، والجزء الخارجي من الانحناء على طول الصمام، وفم حلقة الصمام B متصدع باتجاه النهاية، والسهم الأبيض بين الأسطح المتشققة على سطح الصمام A مميز. مما سبق، توجد الشقوق في كل مكان، والشقوق هي الأكبر، والشقوق في كل مكان.

6b740fd9f880e87b825e64e3f53c59e

قسم منصمام الإطارقُطعت العينات A وB وC من الانحناء، ورُصدت مورفولوجيا السطح باستخدام مجهر مسح إلكتروني ZEISS-SUPRA55، وحُلِّل تركيب المساحة الدقيقة باستخدام مجهر مسح إلكتروني EDS. يوضح الشكل 2 (أ) البنية الدقيقة لسطح الصمام B. يُلاحظ وجود العديد من الجسيمات البيضاء واللامعة على السطح (كما هو موضح بالأسهم البيضاء في الشكل)، كما أن تحليل EDS للجسيمات البيضاء يحتوي على نسبة عالية من الكبريت. تظهر نتائج تحليل طيف الطاقة للجسيمات البيضاء في الشكل 2 (ب).
الشكلان 2 (ج) و(هـ) هما البنية المجهرية لسطح الصمام ب. يتضح من الشكل 2 (ج) أن السطح مغطى بالكامل تقريبًا بمنتجات التآكل، وأن العناصر المسببة للتآكل في منتجات التآكل تتضمن بشكل رئيسي الكبريت والكلوريد والأكسجين، وأن محتوى الكبريت في المواضع الفردية أعلى، وتظهر نتائج تحليل طيف الطاقة في الشكل 2 (د). يتضح من الشكل 2 (هـ) وجود شقوق دقيقة على طول حلقة الصمام على سطح الصمام أ. الشكلان 2 (و) و(ز) هما البنية المجهرية لسطح الصمام ج، والسطح مغطى بالكامل أيضًا بمنتجات التآكل، وأن العناصر المسببة للتآكل تتضمن أيضًا الكبريت والكلوريد والأكسجين، على غرار الشكل 2 (هـ). قد يكون سبب التشقق هو تشقق التآكل الإجهادي (SCC) الناتج عن تحليل منتجات التآكل على سطح الصمام. الشكل 2(ح) هو أيضًا البنية الدقيقة لسطح الصمام C. يُلاحظ أن السطح نظيف نسبيًا، وأن التركيب الكيميائي للسطح المُحلل بواسطة EDS يُشبه تركيب سبيكة النحاس، مما يُشير إلى عدم تآكل الصمام. بمقارنة الشكل المجهري والتركيب الكيميائي لأسطح الصمامات الثلاثة، يتبين وجود مواد تآكلية مثل S وO وCl في البيئة المحيطة.

a3715441797213b9c948cf07a265002

فُتح شق الصمام "ب" من خلال اختبار الانحناء، وتبين أن الشق لم يخترق كامل المقطع العرضي للصمام، بل تشقق على جانب الانحناء الخلفي، ولم يتشقق على الجانب المقابل للانحناء الخلفي للصمام. أظهر الفحص البصري للكسر أن لون الكسر داكن، مما يدل على تآكله، وأن بعض أجزاء الكسر داكنة اللون، مما يدل على أن التآكل أشد في هذه الأجزاء. رُصد كسر الصمام "ب" تحت المجهر الإلكتروني الماسح، كما هو موضح في الشكل 3. يوضح الشكل 3 (أ) المظهر العياني لكسر الصمام "ب". يمكن ملاحظة أن الكسر الخارجي القريب من الصمام مغطى بنواتج تآكل، مما يدل مرة أخرى على وجود مواد تآكل في البيئة المحيطة. وفقًا لتحليل طيف الطاقة، تتكون المكونات الكيميائية لناتج التآكل بشكل رئيسي من الكبريت والكلوريد والأكسجين، وأن محتوى الكبريت والأكسجين مرتفع نسبيًا، كما هو موضح في الشكل 3 (ب). بمراقبة سطح الكسر، وُجد أن نمط نمو الشق يتخذ شكل البلورة. يمكن أيضًا رؤية عدد كبير من الشقوق الثانوية عند مراقبة الكسر بتكبيرات أعلى، كما هو موضح في الشكل 3(ج). الشقوق الثانوية مُشار إليها بأسهم بيضاء في الشكل. تُظهر نواتج التآكل وأنماط نمو الشقوق على سطح الكسر خصائص التشقق الناتج عن الإجهاد التآكلي.

b4221aa607ab90f73ce06681cd683f8

لم يتم فتح كسر الصمام A، قم بإزالة جزء من الصمام (بما في ذلك الموضع المتصدع)، وطحن وتلميع الجزء المحوري للصمام، واستخدم محلول Fe Cl3 (5 جم) + HCl (50 مل) + C2H5OH (100 مل) وتم النقش، وتم ملاحظة البنية المعدنية ومورفولوجيا نمو الشق باستخدام المجهر الضوئي Zeiss Axio Observer A1m. يوضح الشكل 4 (أ) البنية المعدنية للصمام، وهي بنية ثنائية الطور α + β، وβ دقيقة نسبيًا وحبيبية وموزعة على مصفوفة الطور α. تظهر أنماط انتشار الشقوق عند الشقوق المحيطية في الشكل 4 (أ)، (ب). نظرًا لأن أسطح الشقوق مملوءة بمنتجات التآكل، فإن الفجوة بين سطحي الشق واسعة، ومن الصعب التمييز بين أنماط انتشار الشقوق. ظاهرة التشعب. كما لوحظت العديد من الشقوق الثانوية (المشار إليها بأسهم بيضاء في الشكل) على هذا الشق الأساسي، انظر الشكل 4 (ج)، وانتشرت هذه الشقوق الثانوية على طول الحبيبات. وقد لوحظت عينة الصمام المحفور بواسطة المجهر الإلكتروني الماسح، ووجد أن هناك العديد من الشقوق الدقيقة في مواضع أخرى موازية للشق الرئيسي. نشأت هذه الشقوق الدقيقة من السطح وتوسعت إلى داخل الصمام. وكان للشقوق تشعب وامتدت على طول الحبيبات، انظر الشكل 4 (ج)، (د). إن البيئة وحالة الإجهاد لهذه الشقوق الدقيقة هي نفسها تقريبًا تلك الموجودة في الشق الرئيسي، لذلك يمكن استنتاج أن شكل انتشار الشق الرئيسي يكون أيضًا بين الحبيبات، وهو ما تؤكده أيضًا ملاحظة كسر الصمام B. تُظهر ظاهرة تشعب الشق مرة أخرى خصائص تشقق التآكل الإجهادي للصمام.

2. التحليل والمناقشة

باختصار، يمكن الاستدلال على أن تلف الصمام ناتج عن تشقق التآكل الإجهادي الناتج عن ثاني أكسيد الكبريت. يتطلب تشقق التآكل الإجهادي عادةً استيفاء ثلاثة شروط: (1) مواد حساسة للتآكل الإجهادي؛ (2) وسط تآكلي حساس لسبائك النحاس؛ (3) ظروف إجهاد معينة.

يُعتقد عمومًا أن المعادن النقية لا تعاني من التآكل الإجهادي، وأن جميع السبائك معرضة له بدرجات متفاوتة. بالنسبة لمواد النحاس، يُعتقد عمومًا أن الهيكل ثنائي الطور يتمتع بحساسية أعلى للتآكل الإجهادي مقارنةً بالهيكل أحادي الطور. وقد أشارت الدراسات إلى أنه عندما يتجاوز محتوى الزنك في مادة النحاس 20%، تكون حساسيتها للتآكل الإجهادي أعلى، وكلما زاد محتوى الزنك، زادت حساسيتها للتآكل الإجهادي. في هذه الحالة، يكون الهيكل المعدني لفوهة الغاز عبارة عن سبيكة ثنائية الطور α+β، ومحتوى الزنك حوالي 35%، أي ما يزيد بكثير عن 20%، مما يجعلها تتمتع بحساسية عالية للتآكل الإجهادي، وتلبي الشروط المادية اللازمة لتشقق التآكل الإجهادي.

بالنسبة لمواد النحاس، إذا لم يتم إجراء التلدين لتخفيف الإجهاد بعد تشوه العمل البارد، فسيحدث تآكل الإجهاد في ظل ظروف إجهاد مناسبة وبيئات تآكلية. الإجهاد الذي يسبب تشقق تآكل الإجهاد هو عمومًا إجهاد شد موضعي، والذي يمكن أن يكون إجهادًا مطبقًا أو إجهادًا متبقيًا. بعد نفخ إطار الشاحنة، سيتولد إجهاد شد على طول الاتجاه المحوري لفوهة الهواء بسبب الضغط العالي في الإطار، مما سيسبب شقوقًا محيطية في فوهة الهواء. يمكن حساب إجهاد الشد الناتج عن الضغط الداخلي للإطار ببساطة وفقًا لـ σ = p R / 2t (حيث p هو الضغط الداخلي للإطار، و R هو القطر الداخلي للصمام، و t هو سمك جدار الصمام). ومع ذلك، بشكل عام، فإن إجهاد الشد الناتج عن الضغط الداخلي للإطار ليس كبيرًا جدًا، ويجب مراعاة تأثير الإجهاد المتبقي. تقع جميع مواضع تشقق فوهات الغاز عند الانحناء الخلفي، ومن الواضح أن التشوه المتبقي عند الانحناء الخلفي كبير، وأن هناك إجهاد شد متبقيًا. في الواقع، في العديد من مكونات سبائك النحاس العملية، نادرًا ما يحدث تشقق التآكل الإجهادي بسبب إجهادات التصميم، ومعظمها ناتج عن إجهادات متبقية غير ملحوظة أو متجاهلة. في هذه الحالة، عند الانحناء الخلفي للصمام، يكون اتجاه إجهاد الشد الناتج عن الضغط الداخلي للإطار متسقًا مع اتجاه الإجهاد المتبقي، ويؤدي تراكب هذين الإجهادين إلى توفير حالة الإجهاد لـ SCC.

3. الخاتمة والاقتراحات

خاتمة:

تشققصمام الإطاريحدث بشكل رئيسي بسبب التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي الناتج عن ثاني أكسيد الكبريت.

اقتراح

(1) تتبع مصدر الوسط التآكلي في البيئة المحيطةصمام الإطاروحاول تجنب ملامسة المادة المسببة للتآكل مباشرةً. على سبيل المثال، يُمكن وضع طبقة من الطلاء المضاد للتآكل على سطح الصمام.
(2) يمكن التخلص من إجهاد الشد المتبقي من العمل البارد من خلال العمليات المناسبة، مثل تخفيف الإجهاد عن طريق التلدين بعد الانحناء.


وقت النشر: ٢٣ سبتمبر ٢٠٢٢
تحميل
الكتالوج الإلكتروني