Η ρωγμάτωση με αποστρώματα είναι ένα κρίσιμο και πολύπλοκο φαινόμενο στην ανάλυση αποτυχίας και στο σχεδιασμό των επιδόσεων των μεταλλικών υλικών.Μπορεί είτε να χρησιμεύσει ως πρόδρομος για καταστροφικές δομικές ζημιές είτε να χρησιμοποιηθεί με ευφυία ως μέσο για την ενίσχυση της απόδοσης του υλικούΤο άρθρο αυτό περιγράφει συστηματικά τους τύπους, τους μηχανισμούς, τους παράγοντες που επηρεάζουν και τις προηγμένες εφαρμογές της ρωγμάτωσης με αποστρώματα σε μεταλλικά υλικά.παρέχοντας μια ολοκληρωμένη προοπτική της βιομηχανίας.

1Έξι μορφολογίες των φαινομένων της αποστρωματοποίησης
Η αποστρωματοποίηση, ως ένας ευρύς όρος, περιλαμβάνει διάφορους τρόπους εσωτερικού διαχωρισμού υλικών.
(α) Αποστρωματοποίηση των ρωγμών (γνωστή και ως "διαχωρισμός"): Βασικό αντικείμενο της έρευνας του παρόντος άρθρου.Αναφέρεται σε εσωτερικό διαχωρισμό σε στοιχεία που περιέχουν ρωγμές το οποίο είναι κάθετο στην κύρια επιφάνεια ρωγμών αλλά παράλληλο με την κατεύθυνση εξάπλωσης των ρωγμών, που αντιπροσωπεύει ένα χαρακτηριστικό χαρακτηριστικό της ανισοτροπικής κατάρρευσης σε μεταλλικά υλικά.
β) Αποστρωματοποίηση του ελεγκτή ρωγμών: Η επιφάνεια διαχωρισμού είναι κάθετη τόσο προς την κύρια επιφάνεια ρωγμών όσο και προς την κατεύθυνση εξάπλωσης.Αυτός ο τύπος αποστρωματοποίησης μπορεί να εμποδίσει αποτελεσματικά την εξάπλωση της κύριας ρωγμής και είναι ευεργετικός για τη βελτίωση της αντοχής των δομών σε σπασμούς υπό ειδικές συνθήκες.
(γ) Λάμελλαρική ρήξη: ένα τυπικό πρόβλημα στη μηχανική συγκόλλησης.που σχετίζεται στενά με την κατανομή των ενσωματώσεων στις κυλικές πλάκες και τις τάσεις συγκόλλησης.
(δ) Αποστρωματισμός που προκαλείται από φθορά: Ένας κοινός τρόπος βλάβης στον τομέα της τριβολογίας.που οδηγεί τελικά σε διάσπαση υλικού.
(ε) Μεταστροφική ρωγμάτωση σε σύνθετα υλικά: Ο κύριος τρόπος αποτυχίας των ενισχυμένων με ίνες σύνθετων στρωμάτων, που αναφέρεται στον διαχωρισμό των διασταυρώσεων μεταξύ των στρωμάτων.
(στ) Αποστρωματισμός πρόσθετης κατασκευής: ελάττωμα διαχωρισμού των ενδιάμεσων στρωμάτων που προκαλείται από θερμική πίεση ή κακή σύντηξη κατά την 3D εκτύπωση μετάλλων.
2- Πυρήνας της διαδικασίας των φαινομένων της αποστρωματοποίησης
Η επεξεργασία θερμομηχανικού ελέγχου (TMCP) είναι η βασική τεχνολογία για την παραγωγή σύγχρονων πλακών χάλυβα υψηλών επιδόσεων.και ταχύτητα ψύξης, μπορεί να επιτευχθεί μια εκλεπτυσμένη μικροδομή, βελτιώνοντας ταυτόχρονα την αντοχή και την αντοχή των υλικών.η διαδικασία αυτή είναι επίσης επιρρεπής στο σχηματισμό ανισοτροπικών χαρακτηριστικών στα υλικά, συμπεριλαμβανομένων των λωρίδων δομών και των κρυσταλλογραφικών υφών, τα οποία μπορούν να αποτελέσουν σημεία έναρξης για την αποστρωματοποίηση υπό ορισμένες συνθήκες.Παρατηρήθηκε η εξέλιξη των μικροδομών στα ατσάλι αγωγών από την παραδοσιακή φερρίτη-περαλίτη σε προηγμένες δομές, όπως το σύγχρονο ασηκώδες φερρίτη και το βαϊνίτη, με διαφορετικές δομές που παρουσιάζουν διαφορετική ευαισθησία στην αποστρωματοποίηση.
3Μακροσκοπικές και μικροσκοπικές παρατηρήσεις της αποστρώσεως
3.1 Μακροσκοπική απόδοση
Στις πρακτικές μηχανικές δοκιμές, τα φαινόμενα της αποστρωματισμού παρουσιάζουν ξεχωριστά μακροσκοπικά χαρακτηριστικά.η επιφάνεια κάταγματος των δειγμάτων αντοχής κατά κάταγματος τύπου SE(B από χάλυβα DH36 παρουσιάζει ζώνες διαχωρισμού κάθετες στο κύριο επίπεδο κάταγματοςΚατά τις δοκιμές ελαστικότητας, το κάταγμα των στρογγυλών δειγμάτων ράβδου μπορεί να παρουσιάζει ένα σχήμα ακτινοστοιχίου, ενώ τα δείγματα επίπεδων πλακών δείχνουν παράλληλα σπασμένα πλάκες.που αντικατοπτρίζει την επίδραση της γεωμετρίας του δείγματος και της κατάστασης άγχους στη μορφολογία της αποστρώσεως.
3.2 Μικροσκοπική προέλευση
Οι μικροσκοπικές παρατηρήσεις αποκαλύπτουν τις πιθανές πηγές της αποστρωματοποίησης.που εκτείνονται κατά μήκος της κατεύθυνσης κύλισης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κύλισηςΗ διαβρωμένη δομή παρουσιάζει μια τυπική δομή με ζώνες φερρίτη/περαλίτη.Τόσο οι παρατεταμένες ενσωματώσεις όσο και οι ζώνες δομών παρέχουν προτιμώμενες τοποθεσίες πυρήνα και πολλαπλασιασμού για αποστρωματισμό.
4Πλαίσιο ταξινόμησης της αποστρωματισμού
Βάσει των κανόνων ονομασίας για τους προσανατολισμούς των δειγμάτων στο πρότυπο ASTM E1823 (το πρώτο γράμμα υποδηλώνει την κατεύθυνση φόρτωσης και το δεύτερο γράμμα την κατεύθυνση εξάπλωσης ρωγμών),Η αποστρωματική διάρθρωση μπορεί να ταξινομηθεί σε τρεις κατηγορίες:
Αποστραμμάτωση ρωγμών: αντιστοιχεί σε δείγματα με προσανατολισμό T-L και L-T, με την επιφάνεια αποστραμμάτωσης κάθετη προς την επιφάνεια ρωγμών αλλά παράλληλη προς την κατεύθυνση εξάπλωσης των ρωγμών.
Αποστρατευτική διάταξη για τον καταστολέα ρωγμών: αντιστοιχεί σε δείγματα προσανατολισμένα προς το Τ-Σ και το Λ-Σ, με την επιφάνεια αποστρατευτικής διάταξης κάθετη τόσο προς την επιφάνεια ρωγμών όσο και προς την κατεύθυνση διάδοσης.
Εσωτερική αποστρώση: Αντιστοιχεί σε δείγματα με προσανατολισμό S-L και S-T, με την επιφάνεια αποστρώσης να βρίσκεται εντός του κύριου επιπέδου ρωγμών.
Αυτή η μέθοδος ταξινόμησης συνδέει απευθείας τους τύπους διαστρωμάτων με τους προσανατολισμούς των τυποποιημένων δειγμάτων, παρέχοντας ένα ενιαίο πλαίσιο για τον πειραματικό σχεδιασμό και την ανάλυση των αποτελεσμάτων.
5Μηχανισμοί σχηματισμού αποστρωματοποίησης: Επιρροή των μεταλλουργικών παραγόντων
Οι εγγενείς ιδιότητες των υλικών αποτελούν τη βάση της συμπεριφοράς αποστρωματισμού και τα ειδικά μεταλλουργικά χαρακτηριστικά αυξάνουν σημαντικά την ευαισθησία του υλικού στην αποστρωματισμό.
Δομή με λωρίδες: Τυπικό χαρακτηριστικό του θερμά ελατημένου χάλυβα και σημαντικός μεταλλουργικός παράγοντας που οδηγεί στην αποστρωματισμό.που σχηματίζουν μια στρωμένη δομή παράλληλη προς την κατεύθυνση κύλισηςΗ ανισομορφία αυτής της δομής έχει ως αποτέλεσμα διαφορές στις ιδιότητες του υλικού προς διαφορετικές κατευθύνσεις.καθιστώντας το επιρρεπές σε διαχωρισμό κατά μήκος αυτών των αδύναμων διεπαφών όταν υποβάλλεται σε φορτία σε συγκεκριμένες κατευθύνσεις.
Κρυσταλλογραφική υφή: Ένας άλλος βασικός παράγοντας που επηρεάζει την ευαισθησία της αποστρώσεως.ειδικά όταν τα συγκεκριμένα επίπεδα διαχωρισμού (όπως τα επίπεδα {100}) είναι ιδιαίτερα συγκεντρωμένα στην επιφάνεια κυλίνδρου, μπορεί να αυξήσει σημαντικά την τάση εύθραυσης των υλικών προς την κατεύθυνση του πάχους, προωθώντας έτσι την αποστρωματισμό.
6Θερμοκρασία και άγχος: Εξωτερικές αιτίες της αποστρώσεως
Ακόμη και αν υπάρχουν ενδεχόμενες συνθήκες για αποστρωματισμό στο εσωτερικό του υλικού, απαιτούνται ειδικά εξωτερικά περιβάλλοντα για την πραγματική εκτόξευσή του.Η θερμοκρασία και η κατάσταση άγχους διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο σε αυτή τη διαδικασία.
Επιδράση θερμοκρασίας: Για πολλά δομικά μέταλλα, ιδιαίτερα τα κεντρικά κύβικα (BCC) χάλυβα, η θερμοκρασία έχει αποφασιστική επιρροή στη συμπεριφορά της κατάρρευσης τους.Η τυπική καμπύλη μετάβασης εύθραυστης-ευθραύστης χωρίζεται σε μια περιοχή ανώτερου ράφους (ευθραύστης περιοχή)Τα φαινόμενα αποστρωματισμού εμφανίζονται συχνότερα στην περιοχή μετάβασης και το αρχικό τμήμα της περιοχής του ανώτερου ράφους,όταν το υλικό βρίσκεται σε μεταβατική κατάσταση από εύκαμπτο σε εύθραυστο.
Επίδραση κατάστασης άγχους: Από την άποψη της μηχανικής των σπασμών, τα συγκεκριμένα συστατικά άγχους είναι η άμεση κινητήρια δύναμη για την εξάπλωση της αποστρώσεως.η ένταση ελαστικότητας σz είναι ο κύριος μηχανικός παράγοντας που οδηγεί στην αποστρωμάτωση των ρωγμώνΓια τους προσανατολισμούς S-L/S-T, η τάση σy στο επίπεδο προάγει την εκστρατεία στο επίπεδο.
7Δυναμικότητα και επιρροή της αποστρωματισμού στις μηχανικές δοκιμές
Οι τυποποιημένες μηχανικές δοκιμές αποτελούν το κύριο μέσο για την παρατήρηση και την αξιολόγηση της συμπεριφοράς της αποστρώσεως, με διαφορετικές μεθόδους δοκιμών που αποκαλύπτουν διαφορετικές πτυχές της αποστρώσεως:
Δοκιμές ελαστικότητας: Σε υλικά υψηλής ανισοτροπίας, τα στρογγυλά δείγματα ράβδου μπορεί να παρουσιάζουν σπασμένα σε σχήμα αστεριού, ενώ τα δείγματα επίπεδης πλάκας παρουσιάζουν σπασμένα πλάκες, και τα δύο ριζωμένα στην ανισοτροπία του υλικού.
Δοκιμές πρόσκρουσης Charpy: Υπό συνθήκες πρόσκρουσης χαμηλής θερμοκρασίας, εμφανίζεται ένας μεγάλος αριθμός ζώνων διαχωρισμού κάθετες προς την εγκοπή στην επιφάνεια της κατάρρευσης.που αλλάζουν τον μηχανισμό απορρόφησης ενέργειας απελευθερώνοντας τον περιορισμό της πίεσης στην άκρη της ρωγμήςΓια δείγματα με προσανατολισμό L-S, η αποστρατευτική διαστροφή του ελεγκτή ρωγμών εκτρέφει και διακλαδίζει την κύρια διαδρομή ρωγμών.αυξάνοντας σημαντικά την αντοχή στην εξάπλωση των ρωγμών και με αποτέλεσμα την υψηλότερη απορρόφηση ενέργειας από την πρόσκρουση.
Επιπτώσεις στη θερμοκρασία μετάβασης από ευέλικτο σε εύθραυστο: Τα πειραματικά δεδομένα δείχνουν σαφώς ότι τα δείγματα με αποστρώματα έχουν σημαντικά μειωμένη θερμοκρασία μετάβασης από ευέλικτο σε εύθραυστο,Επαλήθευση του αποτελέσματος "σκληροποίησης από αποστρώσεις" ∆ιαστάσεις μικροσκοπικής αποστρώσης βελτιώνουν τη μακροσκοπική αντοχή των υλικών με την ανακούφιση των περιορισμών.
8Η σκληρύνωση με αποστρώματα: ένα νέο παράδειγμα στο σχεδιασμό υλικών
Η σύγχρονη επιστήμη των υλικών έχει μετακινηθεί από την απλή αποφυγή ελαττωμάτων σε ενεργό σχεδιασμό και χρήση συγκεκριμένων μικροδομών, και η σκληρύνση με αποστρώματα είναι μια επιτυχημένη πρακτική αυτής της έννοιας.Μέσω ακριβούς σύνθεσης και ελέγχου της διαδικασίας, οι ελεγχόμενες στρωμένες δομές μπορούν να κατασκευαστούν από υλικά για να εισαγάγουν ενεργά την επίδραση σκληρύνειας αποστρώματος.
A variety of advanced high-strength steels have been developed that integrate delamination toughening with mechanisms such as transformation-induced plasticity (TRIP) and heterogeneous deformation-induced strengtheningΤα υλικά αυτά διατηρούν εξαιρετικά υψηλή αντοχή, ενώ διαθέτουν εξαιρετική αντοχή σε σπασμούς, σπάζοντας την παραδοσιακή ισορροπία μεταξύ αντοχής και αντοχής των υλικών.
Φε-0,05C-5Mn-3Al κράμα: Με επιμηκυνμένες α' και α μικροδομές επιτυγχάνει αντοχή 517 MPa, αντοχή σε έλξη 807 MPa,και απορρόφηση ενέργειας πρόσκρουσης 73 J μέσω της σκληρύνσεως με αποστρώση (CADT) και της σκληρύνσεως με διάσπαση (ST).
κράμα Fe-0.05C-5.0Mn-0.5Si-1.4Ni-0.12V: Διαθέτει εξαιρετικά λεπτή παρατεταμένη α- φάση και υπολειμματικές γ/α- φάσεις, έχει αντοχή απόδοσης 745 MPa, αντοχή σε έλξη 1199 MPa,και εξαιρετική αντοχή σε χαμηλές θερμοκρασίες μέσω CADT.
9Συμπεράσματα και βασικές γνώσεις
Τα φαινόμενα της αποστρωματοποίησης σχετίζονται στενά με την ανιστροπία του υλικού που προκαλείται από την προσανατολισμένη διάταξη των αδύναμων επιπέδων κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κύλισης, τις ειδικές θερμοκρασίες και την τριαξικότητα στρες.λόγω της πολυπλοκότητας της ίδιας της αποστρωματισμού, η αλληλεπίδραση μεταξύ διαφόρων μικρομηχανικών παραγόντων και μεταβλητών, και η τυχαία τους, η καθιέρωση προγνωστικών μοντέλων είναι εξαιρετικά δύσκολη.
Η αποστρωματισμός (ειδικά η διάσπαση) που εμφανίζεται στα δείγματα Charpy V-notch και Drop-Weight Tear Test (DWTT) γενικά δεν θεωρείται βασικό ζήτημα στον χαρακτηρισμό υλικών,Ωστόσο, η αξιολόγηση των συμβάντων αποστρωματισμού σε δοκιμές αντοχής κατά το κάταγμα αντιμετωπίζει προκλήσεις λόγω της έλλειψης τυποποιημένων κριτηρίων και μεθόδων για το φαινόμενο "pop-in" της αποστρωματισμού..
Recent research on ductile delamination (DT) as an external toughening mechanism has changed the traditional perception that delamination events are directly equivalent to low fracture toughness and adverse effects on metal mechanical properties.
Η σημασία των γεγονότων αποστρώματος που παρατηρούνται στις εργαστηριακές δοκιμές για τη δομική ακεραιότητα των πραγματικών φορτισμένων κατασκευαστικών στοιχείων εξαρτάται από την εσωτερική κατάσταση έντασης των κατασκευαστικών στοιχείων.Η αποστρωματοποίηση δείχνει σημαντική ανισοτρόπια του υλικού.
Η διαστρωμάτωση στο επίπεδο (που μπορεί να μειώσει σημαντικά την αντοχή του υλικού) μπορεί να συμβεί παράλληλα με την επιφάνεια κυλίνδρου (δηλ. προσανατολισμούς S-L και S-T).σε εφαρμογές όπου τα δομικά στοιχεία υποβάλλονται σε μεγάλες τάσεις τράβηξης στην σύντομη εγκάρσια κατεύθυνση (κατεύθυνση πάχους)Αντίθετα, σε εφαρμογές όπως οι αγωγοί και τα αγγεία υπό πίεση, η πίεση προς την κατεύθυνση του πάχους είναι συνήθως αμελητέα.και η σημασία της αποστρωματοποίησης στο επίπεδο είναι σχετικά χαμηλή.
Η επίδραση των γεγονότων αποστρωματισμού σε σκληρά περιβάλλοντα (όπως περιβάλλοντα που περιέχουν υδρογόνο) παραμένει ασαφής.που προκαλείται από παράγοντες όπως η θερμοκρασία μετάβασης ρευστότητας-θραύστης (DBT), υδρογόνο εύθραυσμα (HE), και υψηλής θερμοκρασίας βλάβη. Ωστόσο, σε τέτοια πλαίσια, η αποστρώση ερμηνεύεται επίσης ως ένα δυνητικό σκληροποιητικό ή ευεργετικό φαινόμενο,τονίζοντας την ανάγκη για ολοκληρωμένη έρευνα σχετικά με το ρόλο της αποστρωματοποίησης στη μηχανική ζημιών.