프랙토그래피
Fractography
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프랙토그래피는 재료의 파괴 표면을 연구하는 것이다.프랙토그래피 방법은 엔지니어링 구조, 특히 제품 고장 및 법의학 엔지니어링 또는 고장 분석 관행에서 실패 원인을 결정하기 위해 일상적으로 사용됩니다.재료 과학 연구에서 프랙토그래피는 균열 성장 거동의 이론적 모델을 개발하고 평가하는 데 사용됩니다.
프랙토그래피 검사의 목적 중 하나는 골절된 표면의 특성을 연구하여 고장 원인을 규명하는 것입니다.다양한 유형의 균열 성장(예: 피로, 응력 부식 균열, 수소 메짐화)은 표면에 특징적인 특징을 만들어 고장 모드를 식별하는 데 사용할 수 있습니다.그러나 특히 세라믹이나 유리 같은 깨지기 쉬운 재료의 경우 균열의 전반적인 패턴이 단일 균열보다 더 중요할 수 있습니다.
사용.
프랙토그래피는 법의학 공학, 법의학 재료 공학 및 파단 역학에서 실패의 원인을 이해하고 실제 실패에 대한 이론적 실패 예측을 검증하기 위해 널리 사용되는 기술입니다.그것은 예를 들어 깨진 병과 같이 무기로 사용된 깨진 제품을 분석하는 데 법의학에서 유용하다.따라서 피고는 병에 결함이 있었고 폭행의 희생자에게 충격을 줬을 때 우발적으로 깨졌다고 주장할 수 있다.프랙토그래피는 그 주장이 거짓이라는 것을 보여줄 수 있고, 고의로 피해자를 공격하기 위해 깨진 끝을 무기로 사용하기 전에 병을 부수기 위해 상당한 힘이 필요했다.유리 윈드스크린이나 창문에 있는 총알 구멍은 충격의 방향과 발사체의 에너지를 나타낼 수도 있다.이 경우 균열의 특정 특성보다는 전체 균열 패턴이 사건의 순서를 재구성하는 데 중요하다.프랙토그래피는 열차 탈선의 원인이 레일 결함이었는지, 또는 추락 전에 비행기의 날개에 피로 균열이 있었는지 확인할 수 있습니다.
파단 특성은 다른 특성 및 재료 구조와 상관관계가 있을 수 있기 때문에 재료 연구에도 프랙토그래피는 재료 연구에도 사용됩니다.
기능 식별
기원.
프랙토그래피의 중요한 목적은 균열의 발생원인을 규명하고 조사하는 것이다.원점을 조사하면 균열의 발생원인이 밝혀질 수 있기 때문이다.초기 프랙토그래피 검사는 일반적으로 균열의 정도, 가능한 모드 및 가능한 원점을 식별하기 위해 저전력 광학 현미경과 사선 조명 기술을 사용하여 매크로 스케일로 수행됩니다.광학 현미경 검사 또는 매크로 사진 촬영은 종종 하중 패턴이 알려진 경우 결함의 성격과 균열 시작 및 성장의 원인을 정확히 파악하기에 충분합니다.
균열의 원인이 될 수 있는 일반적인 특징은 재료의 함몰물, 공극 또는 빈 구멍, 오염 및 응력 농도입니다.
피로균열성장
크랭크축이 파손된 이미지는 중앙 하단의 전구 부근 표면 결함으로 인해 구성 요소가 고장 난 것을 보여 줍니다.원점 근처에 있는 반원형 표시는 피로라고 알려진 과정에 의해 벌크 물질로 균열이 자라는 것을 나타냅니다.크랭크축은 또한 파단 원점까지 추적할 수 있는 파단 표면의 선인 해치를 보여줍니다.일부 균열 성장 모드는 표면에 균열 성장 모드와 원점을 식별하는 특징적인 흔적을 남길 수 있다(예: 피로 균열의 비치마크 또는 줄무늬).
현미경 검사
현미경을 사용하여 시작점과 균열 성장을 야기한 메커니즘을 파악할 수 있습니다.이 정보는 프랙토그래프로 알려진 파단 표면의 이미지에서 얻을 수 있으며 다이어그램을 구성하는 데 사용할 수 있습니다.개략적인 파괴 표면도를 사용하여 제품의 고장을 나타내는 표면의 특징을 분리 및 식별할 수 있습니다.이러한 지도는 시간이 지남에 따라 어떻게 균열이 발생했는지를 명확하게 보여주는 귀중한 정보 제시 방법이 될 수 있다.
USB 현미경 검사
USB 현미경은 손으로 잡을 수 있을 정도로 작기 때문에 파단 표면 특징을 검사하는 데 특히 유용합니다.다양한 카메라 크기와 해상도를 저렴한 가격에 시판할 수 있습니다.카메라 케이블은 USB 플러그를 통해 컴퓨터에 연결되며, 이러한 장치의 대부분은 LED 라이트에 의해 공급되는 카메라 조명과 함께 제공됩니다.
주사전자현미경법
많은 경우 프랙토그래피는 정밀 검사가 필요하며, 이는 보통 주사 전자 현미경 또는 SEM에서 수행됩니다.부분 진공 상태에서 샘플을 검사하고 색상이 없지만 분해능은 광학 현미경보다 훨씬 높습니다.향상된 SEM을 통해 대기압에 가까운 압력에서 검사할 수 있으므로 생물학적 기원의 물질과 같은 민감한 물질을 검사할 수 있습니다.SEM은 에너지 분산 X선 분광법 또는 EDX와 결합할 때 특히 유용하며, 이는 현미경으로 수행될 수 있으므로 샘플의 매우 작은 면적을 원소 조성에 대해 분석할 수 있습니다.
예
유방 임플랜트
고장난 카테터(Cp)의 그림과 같이 메짐성 균열이 만나는 곳에 첨부가 형성된다.교두보는 실리콘 고무의 가슴 삽입물에 있는 카테터의 메짐성 고장으로 형성되었다.균열의 원점은 왼쪽 어깨에 있습니다.이러한 특징을 식별하면 연구 중인 표면의 파단 표면도를 만들 수 있습니다.모든 하중이 카테터와 소금 용액을 담고 있는 봉투 사이의 연결부에 집중되어 있어, 과부하로 인해 임플란트가 실패했습니다.그 결과, 환자는 임플란트에서 체액이 손실되었다고 보고했고, 그것은 수술로 추출되어 교체되었다.
실패한 유방 임플란트 카테터의 경우 균열 경로는 매우 간단했지만 원인은 더 미묘했다.추가적인 스캔 전자 현미경 검사에서 가방과 카테터 사이의 수많은 미세 균열이 발견되었으며, 이는 두 구성 요소 간의 접착 접착 접착이 조기에 실패했음을 나타냅니다. 아마도 제조 불량 때문일 것입니다.가방과 카테터의 구성 재료인 실리콘 고무는 물리적으로 약한 엘라스토머이며, 제품 디자인은 재료의 낮은 찢김 또는 전단 강도를 고려해야 합니다.
해상 초계기
하부 윙플랭크 지퍼 구멍에 중대하지 않은 균열이 발생하였습니다.판자는 두께 3.2mm의 AA7075-T6 알루미늄 합금으로 제작되었습니다.균열 검출 시간과 항공기 계수 g-m를 통해 조사관들은 항공기에 가해지는 하중을 사용할 수 없게 되었다.SEM의 균열은 피로의 증거와 패턴을 보여 주었다.주기적 하중과 피로는 점차적으로 악화되어 일부 균열은 크고 다른 균열은 길이와 폭이 작아서 2 > g보다 강한 힘이 간혹 있었다.g-meter는 항공기가 이륙에서 착륙까지 302,180회 비행한 것을 보여주었으며, g의 힘과 가속도는 때때로 2G를 초과했다.이는 제조업체에 [1]광고된 최대값을 초과한 수치입니다.결론은 오래되거나 일반적으로 사용되는 [1]항공기에 대해 피로와 균열을 정기적으로 점검해야 한다는 것이었다.또한 이 연구는 하중 이력(이 경우 g-meter)과 압력, 주기 및 온도가 다른 실험실 환경에서 피로를 경험한 합금의 기록을 비교하는 정량적 프랙토그래피를 항공기에 사용할 수 있는 새로운 방법을 발견했다.이 연구는 균열 데이터베이스를 사용하여 힘과 균열 진행 상황을 예측하는 모델을 만들었습니다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- ^ a b Goldsmith, N. T.; Wanhill, R. J. H.; Molent, L. (2019-02-01). "Quantitative fractography of fatigue and an illustrative case study". Engineering Failure Analysis. 96: 426–435. doi:10.1016/j.engfailanal.2018.10.013. ISSN 1350-6307.
- 루이스, 피터 리스, 레이놀즈, K 및 Gagg, C, 포렌식 머티리얼 엔지니어링: 사례 연구, CRC 프레스(2004)
- Mills, Kathleen Frackography, American Society of Metals(ASM) 핸드북, 제12권(1991)
- N.T. Goldsmith, R.J.H. Wanhill, L. Molent, 피로 정량적 프랙토그래피 및 예시 사례 연구, Engineering Failure Analysis, volume 96 (2019년 2월) 페이지 426–435.
