River mark

นักวิเคราะห์ความเสียหายหลายท่านคงเคยได้เห็นลักษณะที่ปรากฏบนผิวหน้าแตกหักที่มีลักษณะคล้ายกับแม่น้ำสายย่อยต่างๆ ไหลมารวมกันเป็นสายน้ำขนาดใหญ่ที่เราเรียกกันว่า  river mark อยู่ใช่ไหมครับ

แล้วท่านทราบไหมครับลักษณะที่ปรากฏบนผิวหน้าแตกหักดังกล่าวมีประโยชน์ต่อการวิเคราะห์ผิวหน้าแตกอย่างไรบ้าง

ซึ่งรูปแบบดังกล่าวจะแสดงทิศทางการขยายตัวของรอยแตกจากการล้าตัว ภาพด้านบนแสดงตัวอย่างของ river mark ที่ลอกมาจากผิวหน้าแตกหักของเพลาปั๊ม รูปแบบดังกล่าวมักเกิดขึ้นบนพื้นที่ที่มีการขยายตัวของรอยแตกอย่างรวดเร็วของบริเวณที่มีการแตกจากการล้าตัว (fatigue zone) บางครั้งมักพบในบริเวณที่มีการเป็นโซนของผิวหน้าแตกจาก fatigue zone ไปเป็น overload 

River mark ยังสามารถแสดงทิศทางการขยายตัวของรอยแตก บอกทิศทางได้อย่างไร? ก็ให้ลองนึกถึงน้ำแม่ปิง วัง ยม น่าน (ทางเหนือเรียก "แม่น้า" ว่า "น้ำแม่") ซึ่งจะไหมรวมกันเป็นแม่น้ำเจ้าพระยาที่ปากน้ำโพธิ์ บนผิวหน้าแตกหักก็เช่นเดียวกันครับ ก็จะสามารถบอกจุดเริ่มต้นการแตกหักว่ามาจากบริเวณไหน อย่างไรก็ตามรูปแบบดังกล่าวนี้ให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์น้อยมากต่อการนำไปวินิจฉัยเพื่อหาสาเหตุของความเสียหาย แต่จะมีประโยชน์อย่างมากในกรณีจุดเริ่มรอยแตกถูกทำลายดังภาพตัวอย่างด้านล่าง

ผลของการเปลี่ยนขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของเพลา (Influence of Changes in Shaft Diameter)

นักออกแบบทางกลคงจะทราบดีว่าผลของการเปลี่ยนแปลงขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของเพลาส่งผลต่อกระจายตัวของแรงเค้น (stress distribution) อย่างไรบ้าง และส่งผลต่อการแตกหักของเพลาได้อย่างไร เราลองมาพิจารณาจากภาพนี้นะครับ

จากภาพที่ปรากฏ หลายท่านน่าจะพออธิบายได้นะครับ

ซึ่งผิวหน้าแตกหักที่เกิดขึ้นในบริเวณดังกล่าวมักโค้งเข้าไปในส่วนที่มี diameter ที่มากกว่าดังภาพประกอบด้านล่าง

ผิวหน้าแตกหักที่เริ่มมาจากจุดที่มีความเข้มของความเค้นสูง (Fracture from the presence of high stress concentration area)

ผิวหน้าแตกหักที่เริ่มมาจากจุดที่มีความเข้มของความเค้นสูงเป็นอย่างไร ลองมาศึกษาจากภาพนะครับ

ผิวหน้าแตกหักของเพลากวนสารเคมีหลังจากใช้งานได้แค่ 2 เดือน

มีอะไรเป็นที่สังเกตบ้างครับ

1.มี ratchet mark แสดงว่าจุดเริ่มต้องมีหลายจุด

2.มี ratchet mark ตัวนี้ยิ่งมากยิ่งแสดงว่าเป็นผลมาจาก stress concentration

3.Fatigue zone กินพื้นที่ประมาณ 95% แสดงว่า stress ที่กระทำน่าจะไม่สูงมากนักและเมื่อดูจาก striation ในภาพด้านล่างที่ถี่ยิบแล้วน่าจะเป็น low stress-high cycle ใช่ไหมครับ?

เมื่อตรวจสอยลึกลงไปด้วยเทคนิค SEM จะได้ลักษณะดังภาพด้านล่างครับ

ภาพ SEM แสดงผิวแตกที่ตำแหน่งต่างๆ

ใครเห็นข้อสังเกตอะไรและสื่อถึงอะไรก็สามารถร่วมแสดงความคิดเห็นกันได้เลยนะครับ

ภาพที่สองอยากจะเตือนนักวิเคราะห์ความเสียหายว่าต้องตรวจสอบผิวหน้าแตกให้ทั่วและต้องหาจุดเริ่มรอยแตกให้เจอ ไม่งั้นคุณจะสรุป failure mode ผิดทันที ซึ่งผมจะมีรายละเอียดในหัวข้อต่อไปในชื่อว่า "Fatigue Dimples" โปรดติดตามครับ....

ความแตกต่างของ fatigue และ corrosion fatigue :ผิวหน้าแตก

หลายคนคงเคยได้ยินและเห็นผิวหน้าแตกหักจากการล้า (Fatigue fracture) มาหลายตัวอย่างแล้ว แต่หลายท่านอาจมีความสงสัยว่า แล้ว Corrosion Fatigue Fracture มีลักษณะเป็นอย่างไร และทั้งสองแบบมีความเหมือนและแตกต่างกันอย่างไร

ผมขอนำภาพร่างของผิวหน้าแตกหักทั้งสองลักษณะมาให้ได้พิจารณากันครับ เผื่อว่าไปเจอเคสจริงจะได้ใช้ในการตัดสินได้

เหล็กกล้าไร้สนิม (ตอนที่ 28):เหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเพิ่มความแข็งโดยการตกตะกอนประเภทโลหะผสมกึ่งออสเตนนิติก (Semi-austenitic)

เหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเพิ่มความแข็งโดยการตกตะกอนประเภทกึ่งออสเตนนิติก จะต่างจากประเภทมาร์เทนซิติก กล่าวคือ ถ้าผ่านการอบอ่อนจะนิ่มเพียงพอต่อการขึ้นรูป มีโครงสร้างหลังการเย็นตัวจากขั้นตอนการอบอ่อนมาที่อุณหภูมิห้องเป็นออสเตนไนต์ ดังนั้นจึงมีสมบัติค่อนข้างนิ่ม ยืดตัวได้ดี และสามารถขึ้นรูปได้ง่าย แต่โครงสร้างจะเปลี่ยนเป็นมาร์เทนไซต์ที่อุณหภูมิต่ำมาก (ประมาณ -73 องศาเซลเซียส) กล่าวคือ มีอุณหภูมิเริ่มต้นในการเปลี่ยนเฟสเป็นมาร์เทนไซต์ต่ำกว่าอุณหภูมิห้อง [144] การเปลี่ยนแปลงดังกล่าว เป็นปัจจัยสำคัญในการเพิ่มความแข็งให้กับวัสดุก่อนที่จะทำการบ่มแข็ง โลหะผสมกึ่งออสเตนนิติกมีสมบัติในการดูดติดแม่เหล็ก นอกจากนี้ปริมาณของธาตุนิกเกิลจะส่งผลกระทบต่อการเปลี่ยนเฟสไปเป็นมาร์เทนไซต์ (ถ้ามีปริมาณนิกเกิลสูงจะเปลี่ยนเฟสเป็นมาร์เทนไซต์ได้น้อย) และอัตราการแข็งขึ้นจากการขึ้นรูปเย็นของโลหะผสมประเภทดังกล่าวนี้ เช่น เกรด 17-7 PH

ชิ้นส่วนสปริง ซึ่งเป็นชิ้นส่วนหนึ่งของอุปกรณ์วาล์วควบคุมแรงดันเกินในระบบ (Pressure safety valve; PSV) ทำหน้าที่ป้องกัน Shut down valve (SDV) ผลิตจากเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดเพิ่มความแข็งโดยการตกตะกอน (Precipitation hardening stainless steel) เกรด 17-7 PH (ASTM A705) เกิดการแตกหักระหว่างใช้งานเนื่องจากกระบวนการทางความร้อนที่ส่งผลให้เกิด peak hardness

การแตกร้าวของโลหะจากการช่วยของสิ่งแวดล้อม (Environmentally-assisted cracking of metals)

การแตกร้าวของโลหะจากการช่วยของสิ่งแวดล้อม ตอน กลไกการแตกร้าวจากการช่วยของไฮโดรเจน (HAC Mechanisms)

กลไกแรกที่อธิบายการแตกร้าวจากการช่วยของไฮโดรเจนเกี่ยวกับการแพร่และพัฒนาเป็นแก๊สไฮโดรเจน (H₂) ในบริเวณช่องว่างของโลหะ (เช่น ช่องว่างของรอยแตก และช่องว่างในโครงสร้างจุลภาค) กระบวนการนี้จะเกิดขึ้นง่ายถ้าโครงสร้างของโลหะสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมที่มีไฮโดรเจนปริมาณสูง เนื่องจากแก๊สไฮโดรเจนเหล่านี้จะสร้างแรงดันเพื่อผลักดันผนังของโลหะให้รอยร้าวเกิดการขยายตัว หรือเป็นจุดเริ่มของรอยร้าวในกรณีที่ยังไม่เกิดรอยร้าวขึ้น

โดยกระบวนการอย่างหลังสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อแรงดันจากแก๊สไฮโดรเจนไปกระทำกับผิวหน้าของจุดบกพร่องภายในโลหะและไปเสริมแรงเค้นที่กระทำต่อวัสดุ (ความเค้นตกค้างและความเค้นกระทำจากแรงภายนอก) จนทำให้ความเค้นรวมมีค่ามากกว่าความเค้นที่ต้องการให้เกิดรอยร้าว ปรากฏการณ์เหล่านี้ส่งผลให้เกิดบริเวณที่เป็นจุดรวมความเค้น (stress concentrator) และจุดเริ่มต้นของรอยร้าว เมื่อมีรอยร้าวเกิดขึ้นแล้ว การขยายตัวของรอยร้าวยังถูกช่วยจากแรงดันของแก๊สไฮโดรเจนที่ไปผลักดันผนังของรอยร้าวและกระทำร่วมกับแรงเค้นที่กระทำกัน

กลไกที่สองของการแตกร้าวจากการช่วยของไฮโดรเจนเกิดจากการดูดซับไฮโดรเจนเข้าไปในผิวหน้าของโลหะ ไฮโดรเจนจะไปลดพลังงานพื้นผิวของโลหะในจุดนั้นๆ และการลดลงของพลังงานพื้นผิวสามารถส่งเสริมให้เกิดการขยายตัวของรอยร้าวหรือสามารถนำไปสู่การเพิ่มอัตราการขยายตัวของรอยร้าวได้

กลไกที่สามของการแตกร้าวจากการช่วยของไฮโดรเจนเกี่ยวข้องกับการแพร่ของอะตอมไฮโดรเจนเข้าไปในโครงสร้างจุลภาคของโลหะ ส่งผลให้พันธะของอะตอมมีความแข็งแรงลดลงและบริเวณนั้นจะแสดงตัวเป็นจุดเริ่มรอยร้าวขนาดเล็กหรือเร่งกระบวนการขยายตัวของรอยร้าว