1. การทดสอบและการวิเคราะห์เชิงทฤษฎี
ของ 3วาล์วยางตัวอย่างที่บริษัทจัดเตรียมให้ 2 ตัวเป็นวาล์ว และ 1 ตัวเป็นวาล์วที่ยังไม่ได้ใช้งาน สำหรับ A และ B วาล์วที่ยังไม่ได้ใช้งานจะถูกทำเครื่องหมายเป็นสีเทา รูปที่ 1 พื้นผิวด้านนอกของวาล์ว A ตื้น พื้นผิวด้านนอกของวาล์ว B คือพื้นผิว พื้นผิวด้านนอกของวาล์ว C คือพื้นผิว และพื้นผิวด้านนอกของวาล์ว C คือพื้นผิว วาล์ว A และ B ถูกปกคลุมด้วยผลิตภัณฑ์กัดกร่อน วาล์ว A และ B แตกร้าวที่ส่วนโค้ง ส่วนโค้งด้านนอกอยู่ตามแนววาล์ว ปากแหวนวาล์ว B แตกร้าวไปทางปลาย และลูกศรสีขาวระหว่างพื้นผิวที่แตกร้าวบนพื้นผิวของวาล์ว A ถูกทำเครื่องหมายไว้ จากด้านบน รอยแตกร้าวมีอยู่ทุกที่ รอยแตกร้าวมีขนาดใหญ่ที่สุด และรอยแตกร้าวมีอยู่ทุกที่
ส่วนหนึ่งของวาล์วยางตัวอย่าง A, B และ C ถูกตัดออกจากส่วนโค้ง และสังเกตลักษณะพื้นผิวด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด ZEISS-SUPRA55 และวิเคราะห์องค์ประกอบของพื้นที่จุลภาคด้วย EDS รูปที่ 2 (a) แสดงโครงสร้างจุลภาคของพื้นผิววาล์ว B จะเห็นได้ว่ามีอนุภาคสีขาวและสีสว่างจำนวนมากบนพื้นผิว (ระบุด้วยลูกศรสีขาวในรูป) และการวิเคราะห์ EDS ของอนุภาคสีขาวมีปริมาณ S สูง ผลการวิเคราะห์สเปกตรัมพลังงานของอนุภาคสีขาวแสดงไว้ในรูปที่ 2 (b)
รูปที่ 2 (c) และ (e) เป็นโครงสร้างจุลภาคบนพื้นผิวของวาล์ว B จากรูปที่ 2 (c) จะเห็นได้ว่าพื้นผิวถูกปกคลุมด้วยผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนเกือบทั้งหมด และองค์ประกอบที่กัดกร่อนของผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนตามการวิเคราะห์สเปกตรัมพลังงานนั้นประกอบด้วย S, Cl และ O เป็นหลัก โดยปริมาณ S ในแต่ละตำแหน่งนั้นสูงกว่า และผลการวิเคราะห์สเปกตรัมพลังงานนั้นแสดงไว้ในรูปที่ 2 (d) จากรูปที่ 2 (e) จะเห็นได้ว่ามีรอยแตกร้าวขนาดเล็กตามวงแหวนวาล์วบนพื้นผิวของวาล์ว A รูปที่ 2 (f) และ (g) เป็นโครงสร้างจุลภาคบนพื้นผิวของวาล์ว C พื้นผิวยังถูกปกคลุมด้วยผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนอย่างสมบูรณ์ และองค์ประกอบที่กัดกร่อนยังประกอบด้วย S, Cl และ O คล้ายกับรูปที่ 2 (e) สาเหตุของรอยแตกร้าวอาจเกิดจากรอยแตกร้าวจากการกัดกร่อนโดยความเค้น (SCC) จากการวิเคราะห์ผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนบนพื้นผิววาล์ว รูปที่ 2(h) แสดงโครงสร้างจุลภาคของพื้นผิววาล์ว C จะเห็นได้ว่าพื้นผิวค่อนข้างสะอาด และองค์ประกอบทางเคมีของพื้นผิวที่วิเคราะห์โดย EDS ก็คล้ายกับองค์ประกอบทางเคมีของโลหะผสมทองแดง ซึ่งบ่งชี้ว่าวาล์วไม่เกิดการกัดกร่อน เมื่อเปรียบเทียบสัณฐานวิทยาจุลภาคและองค์ประกอบทางเคมีของพื้นผิววาล์วทั้งสาม พบว่ามีสารกัดกร่อน เช่น S, O และ Cl อยู่ในสภาพแวดล้อมโดยรอบ
รอยแตกร้าวของวาล์ว B ถูกเปิดออกผ่านการทดสอบการดัด และพบว่ารอยแตกร้าวไม่ได้ทะลุผ่านหน้าตัดทั้งหมดของวาล์ว แตกร้าวที่ด้านข้างของส่วนโค้งด้านหลัง และไม่มีรอยแตกร้าวที่ด้านตรงข้ามกับส่วนโค้งด้านหลังของวาล์ว การตรวจสอบรอยแตกร้าวด้วยสายตาพบว่าสีของรอยแตกร้าวเป็นสีเข้ม ซึ่งบ่งชี้ว่ารอยแตกร้าวถูกกัดกร่อน และรอยแตกร้าวบางส่วนมีสีเข้ม ซึ่งบ่งชี้ว่าการกัดกร่อนในส่วนเหล่านี้รุนแรงกว่า รอยแตกร้าวของวาล์ว B ถูกสังเกตภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน ดังแสดงในรูปที่ 3 รูปที่ 3 (a) แสดงลักษณะมหภาคของรอยแตกร้าวของวาล์ว B จะเห็นได้ว่ารอยแตกร้าวด้านนอกใกล้กับวาล์วถูกปกคลุมด้วยผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อน ซึ่งบ่งชี้ว่ามีสื่อกัดกร่อนอยู่ในสภาพแวดล้อมโดยรอบอีกครั้ง ตามการวิเคราะห์สเปกตรัมพลังงาน ส่วนประกอบทางเคมีของผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อน ได้แก่ S, Cl และ O เป็นหลัก และมีปริมาณของ S และ O ค่อนข้างสูง ดังแสดงในรูปที่ 3 (b) เมื่อสังเกตพื้นผิวรอยแตก พบว่ารูปแบบการเติบโตของรอยแตกร้าวนั้นอยู่ตามแนวผลึก นอกจากนี้ยังสามารถเห็นรอยแตกร้าวรองจำนวนมากได้โดยการสังเกตรอยแตกร้าวในกำลังขยายที่สูงขึ้น ดังที่แสดงในรูปที่ 3(c) รอยแตกร้าวรองจะถูกทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีขาวในภาพ ผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนและรูปแบบการเติบโตของรอยแตกร้าวบนพื้นผิวรอยแตกร้าวแสดงให้เห็นลักษณะของรอยแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นอีกครั้ง
รอยแตกของวาล์ว A ยังไม่ได้เปิด ให้ถอดส่วนหนึ่งของวาล์วออก (รวมถึงตำแหน่งที่แตกร้าว) เจียรและขัดส่วนแกนของวาล์ว แล้วใช้สารละลาย Fe Cl3 (5 กรัม) + HCl (50 มล.) + C2H5OH (100 มล.) กัดกร่อน และสังเกตโครงสร้างโลหะวิทยาและสัณฐานวิทยาการเติบโตของรอยแตกร้าวด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัล Zeiss Axio Observer A1m รูปที่ 4 (ก) แสดงโครงสร้างโลหะวิทยาของวาล์ว ซึ่งเป็นโครงสร้างเฟสคู่ α+β และ β ค่อนข้างละเอียดและเป็นเม็ดเล็กและกระจายอยู่บนเมทริกซ์เฟส α รูปแบบการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวที่รอยแตกร้าวรอบเส้นรอบวงแสดงไว้ในรูปที่ 4 (ก) และ (ข) เนื่องจากพื้นผิวรอยแตกร้าวเต็มไปด้วยผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อน ช่องว่างระหว่างพื้นผิวรอยแตกร้าวทั้งสองจึงกว้าง และยากที่จะแยกแยะรูปแบบการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว ปรากฏการณ์การแยกสาขา นอกจากนี้ ยังพบรอยแตกร้าวรองจำนวนมาก (ซึ่งทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีขาวในรูป) บนรอยแตกร้าวหลักนี้ด้วย ดูรูป 4(c) และรอยแตกร้าวรองเหล่านี้แพร่กระจายไปตามเกรน ตัวอย่างวาล์วที่ถูกกัดกร่อนถูกสังเกตโดย SEM และพบว่ามีรอยแตกร้าวขนาดเล็กจำนวนมากในตำแหน่งอื่นๆ ที่ขนานกับรอยแตกร้าวหลัก รอยแตกร้าวขนาดเล็กเหล่านี้มีจุดเริ่มต้นมาจากพื้นผิวและขยายออกไปจนถึงด้านในของวาล์ว รอยแตกร้าวดังกล่าวมีการแยกออกเป็นสองส่วนและขยายออกไปตามเกรน ดูรูป 4(c) และ (d) สภาพแวดล้อมและสภาวะความเค้นของรอยแตกร้าวขนาดเล็กเหล่านี้เกือบจะเหมือนกับรอยแตกร้าวหลัก ดังนั้นจึงอนุมานได้ว่ารูปแบบการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวหลักเป็นแบบระหว่างเกรนเช่นกัน ซึ่งได้รับการยืนยันจากการสังเกตการแตกร้าวของวาล์ว B เช่นกัน ปรากฏการณ์การแยกออกเป็นสองส่วนของรอยแตกร้าวแสดงให้เห็นลักษณะของรอยแตกร้าวจากการกัดกร่อนของความเค้นของวาล์วอีกครั้ง
2. การวิเคราะห์และอภิปราย
สรุปได้ว่า ความเสียหายของวาล์วเกิดจากการแตกร้าวจากการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นที่เกิดจาก SO2 โดยทั่วไปแล้ว การแตกร้าวจากการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นจะต้องเป็นไปตามเงื่อนไข 3 ประการ ได้แก่ (1) วัสดุที่ไวต่อการกัดกร่อนภายใต้ความเค้น (2) ตัวกลางกัดกร่อนที่ไวต่อโลหะผสมทองแดง (3) สภาวะความเค้นบางประการ
โดยทั่วไปเชื่อกันว่าโลหะบริสุทธิ์ไม่ได้รับผลกระทบจากการกัดกร่อนจากความเค้น และโลหะผสมทั้งหมดก็ไวต่อการกัดกร่อนจากความเค้นในระดับที่แตกต่างกัน สำหรับวัสดุทองเหลือง โดยทั่วไปเชื่อกันว่าโครงสร้างสองเฟสมีความไวต่อการกัดกร่อนจากความเค้นสูงกว่าโครงสร้างเฟสเดียว มีรายงานในเอกสารว่าเมื่อปริมาณสังกะสีในวัสดุทองเหลืองเกิน 20% จะมีความไวต่อการกัดกร่อนจากความเค้นสูงขึ้น และยิ่งปริมาณสังกะสีสูง ความไวต่อการกัดกร่อนจากความเค้นก็จะสูงขึ้น โครงสร้างโลหะวิทยาของหัวฉีดแก๊สในกรณีนี้คือโลหะผสมสองเฟส α+β และมีปริมาณสังกะสีประมาณ 35% ซึ่งเกิน 20% มาก จึงมีความไวต่อการกัดกร่อนจากความเค้นสูงและตรงตามเงื่อนไขของวัสดุที่จำเป็นสำหรับการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น
สำหรับวัสดุทองเหลือง หากไม่ได้ทำการอบเพื่อคลายความเครียดหลังจากการเสียรูปจากการขึ้นรูปเย็น การกัดกร่อนจากความเครียดจะเกิดขึ้นภายใต้สภาวะความเครียดที่เหมาะสมและสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน ความเครียดที่ทำให้เกิดรอยแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียดโดยทั่วไปคือความเครียดแรงดึงในพื้นที่ ซึ่งอาจเป็นความเครียดหรือความเครียดตกค้างก็ได้ หลังจากเติมลมยางรถบรรทุกแล้ว ความเครียดแรงดึงจะเกิดขึ้นตามทิศทางแกนของหัวฉีดลมเนื่องจากแรงดันสูงในยาง ซึ่งจะทำให้เกิดรอยแตกร้าวรอบทิศทางในหัวฉีดลม ความเครียดแรงดึงที่เกิดจากแรงดันภายในยางสามารถคำนวณได้ง่ายๆ ตาม σ=p R/2t (โดยที่ p คือแรงดันภายในของยาง R คือเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของวาล์ว และ t คือความหนาของผนังของวาล์ว) อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้ว ความเครียดแรงดึงที่เกิดจากแรงดันภายในของยางจะไม่มากเกินไป และควรพิจารณาผลกระทบของความเครียดตกค้างด้วย ตำแหน่งการแตกร้าวของหัวฉีดแก๊สทั้งหมดอยู่ที่ส่วนโค้งด้านหลัง และเห็นได้ชัดว่าการเสียรูปที่เหลือที่ส่วนโค้งด้านหลังนั้นมีขนาดใหญ่ และยังมีแรงดึงที่เหลืออยู่ที่นั่นด้วย ในความเป็นจริง ในส่วนประกอบโลหะผสมทองแดงในทางปฏิบัติหลายๆ ชิ้น การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นนั้นไม่ค่อยเกิดจากแรงเครียดจากการออกแบบ และส่วนใหญ่เกิดจากแรงเครียดที่เหลือซึ่งมองไม่เห็นและละเลย ในกรณีนี้ ที่ส่วนโค้งด้านหลังของวาล์ว ทิศทางของแรงดึงที่เกิดจากแรงดันภายในของยางจะสอดคล้องกับทิศทางของแรงเครียดที่เหลือ และการซ้อนทับของแรงทั้งสองนี้จะให้สภาวะของแรงเครียดสำหรับ SCC
3. บทสรุปและข้อเสนอแนะ
บทสรุป:
การแตกร้าวของวาล์วยางเกิดจากการแตกร้าวจากการกัดกร่อนโดยความเค้นที่เกิดจาก SO2 เป็นหลัก
คำแนะนำ
(1) ติดตามแหล่งที่มาของสารกัดกร่อนในสิ่งแวดล้อมรอบๆวาล์วยางและพยายามหลีกเลี่ยงการสัมผัสโดยตรงกับสารกัดกร่อนโดยรอบ ตัวอย่างเช่น อาจใช้ชั้นเคลือบป้องกันการกัดกร่อนทาลงบนพื้นผิวของวาล์ว
(2) ความเค้นดึงตกค้างจากการขึ้นรูปเย็นสามารถกำจัดได้ด้วยกระบวนการที่เหมาะสม เช่น การอบเพื่อคลายความเค้นหลังการดัด
เวลาโพสต์: 23-9-2022
