فراکتوگرافی یا تحلیل شکست

فرکتوگرافی یا تحلیل شکست چیست

موضوع فراکتوگرافی اولین بار در یک جلد کتاب Metals Handbook در سال 1974 مطرح شد. جلد 9 از ویرایش هشتم، Fractography و Atlas of Fractographs، عملیات سیستماتیک و جامعی را از آنچه در آن زمان مجموعه نسبتاً جدیدی از دانش حاصل از بررسی و تفسیر ویژگی‌های مشاهده شده بر روی سطوح شکستگی فلزات بود، ارائه کرد.جلد هشتم همچنین احیای مجدد علاقه مهندسی و علمی به مطالعات شکستگی را نشان می‌ دهد که عمدتاً به دلیل توسعه و استفاده گسترده از میکروسکوپ الکترونی عبوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی در طول دهه‌ های 1960 و اوایل دهه 70 بود.

در طی 10 تا 15 سال گذشته، علم فراکتوگرافی به رشد خود ادامه داده است. با بهبود روش‌های آماده‌سازی نمونه، پیشرفت‌ها در تکنیک‌ها و تجهیزات عکاسی، بهبود مستمر و افزایش کاربرد میکروسکوپ الکترونی روبشی، و معرفی فراکتوگرافی کمی، اطلاعات جدید زیادی در مورد مکانیسم‌ های اساسی شکست و واکنش مواد به محیط های مختلف معرفی شده است. جلد جدید هندبوک پوشش عمیقی از آخرین پیشرفت‌ ها در مطالعات شکست ارائه می‌کند.

مانند نسخه قبلی خود، این هندبوک به دو بخش عمده تقسیم شده است. اولین بخش شامل نه قسمت است که بیش از 600 تصویر عکاسی از سطوح شکستگی و ویژگی‌های ریزساختاری مرتبط را ارائه می‌کند.

مقاله مقدماتی مروری بر تاریخچه فراکتوگرافی ارائه می دهد و توسعه و کاربرد میکروسکوپ الکترونی برای ارزیابی شکست را مورد بحث قرار می دهد. بخش بعدی، «حالت‌ های شکست»، حالت‌های اصلی شکست و همچنین برخی از مکانیسم‌ های دخیل در فرآیند شکست را توضیح می‌دهد، چگونگی تأثیر محیط بر رفتار مواد و ظاهر شکست را مورد بحث قرار می‌ دهد و عیوب مواد را فهرست می‌کند که در آن شکست می‌تواند آغاز شود. بخش «اثر محیط بر شکست ناشی از خستگی» که به بررسی تأثیرات محیط‌ های گازی، محیط‌ های مایع، خلاء، دما و بارگذاری می‌ پردازد، مورد توجه ویژه‌ ای قرار گرفته است.

مورفولوژی شکست

دو بخش بعدی در درجه اول به درک تکنیک های مناسب مرتبط با تجزیه و تحلیل شکست کمک می کند. مراقبت، جابجایی و تمیز کردن شکستگی‌ ها، روش‌ های برش شکستگی و باز کردن ترک‌ های ثانویه و تأثیر بازرسی غیرمخرب بر ارزیابی بعدی در «تهیه و نگهداری نمونه‌ های شکستگی» بررسی می‌شود. “عکاسی از قطعات شکسته و سطوح شکست” پوشش گسترده ای از تکنیک های عکاسی مناسب برای بررسی سطوح شکستگی توسط میکروسکوپ نوری، با تاکید بر فوتوماکروگرافی ارائه می دهد.

ارزش فراکتوگرافی به عنوان یک ابزار تشخیصی در تجزیه و تحلیل شکست را می توان با خواندن “معاینه بصری و میکروسکوپ نوری” درک کرد. اطلاعات در مورد کاربرد و محدودیت های میکروسکوپ نوری برای مطالعات شکستگی ارائه شده است. یکی از ویژگی های منحصر به فرد این بخش، مقایسه های متعدد فراکتوگرافی های به دست آمده توسط میکروسکوپ نوری با آن هایی است که توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی به دست آمده است.

بخش بعدی طراحی و عملکرد میکروسکوپ الکترونی روبشی را شرح می‌دهد و کاربرد این ابزار در فراکتوگرافی را بررسی می‌کند. عمق میدان زیاد، گستره وسیع بزرگنمایی‌ های موجود، آماده‌سازی نمونه غیرمخرب ساده، و ظاهر سه‌بعدی فرکتوگراف‌های SEM، همگی به نقش میکروسکوپ الکترونی روبشی به عنوان ابزار اصلی برای مطالعات شکست کمک می‌کنند.

اگرچه امروزه از میکروسکوپ الکترونی عبوری کمتر برای شکست استفاده می شود، اما همچنان یک ابزار ارزشمند برای کاربردهای خاص مربوط به شکستگی است. این کاربردها در بخش “میکروسکوپ الکترونی عبوری” به همراه تکنیک های مختلف برای همانندسازی و سایه انداختن سطح شکست، مورد بحث قرار گرفته اند. مقایسه نقطه به نقطه فراکتوگرافی TEM و SEM نیز گنجانده شده است.

روش‌های هندسی کمی برای توصیف سطوح غیرمسطح که در شکستگی‌ها با آن مواجه می‌شوند در مقاله‌های «فرکتوگرافی کمی» و «تحلیل سطوح شکست» بررسی شده‌اند. تکنیک‌های تجربی (مانند تصویربرداری استریوسکوپی و روش‌های فتوگرامتری)، روش‌های تحلیلی، و کاربردهای فراکتوگرافی کمی مورد بررسی قرار می‌گیرند.

اطلس فرکتوگراف ها نیمه دوم کتاب راهنما را تشکیل می دهد. اطلس 270 صفحه ای که شامل 31 دسته بندی مواد مختلف آلیاژی و مهندسی شده است، شامل 1343 تصویر که 1088 تصویر از آن ها SEM، TEM یا فراکتوگرافی میکروسکوپ نوری هستند. بقیه عکس‌ها، ماکروگراف‌ها، میکروگراف‌ها، الگوهای نقطه‌های عنصری تولید شده با اسکن طیف‌سنجی الکترونی یا تجزیه و تحلیل پرتو ایکس  و نقشه‌های خطی هستند که عمدتاً برای تقویت اطلاعات موجود در فرکتوگراف‌ها کار می‌کنند.