Il delaminamento è un fenomeno critico e complesso nell'analisi dei guasti e nella progettazione delle prestazioni dei materiali metallici.Può servire come precursore di danni strutturali catastrofici o essere ingegnosamente sfruttato come mezzo per migliorare le prestazioni dei materialiIn questo articolo vengono sistematicamente approfondite le tipologie, i meccanismi, i fattori di influenza e le applicazioni all'avanguardia della delamination cracking nei materiali metallici.fornire una prospettiva globale del settore.

1. Sei morfologie dei fenomeni di delaminazione
La delaminazione, come termine ampio, comprende vari modi di separazione interna dei materiali.
(a) Delaminazione delle crepe (noto anche come "split"): oggetto principale della ricerca di questo articolo.Si riferisce alla separazione interna nei componenti contenenti crepe perpendicolare alla superficie principale della crepa ma parallela alla direzione di propagazione della crepa, che rappresenta una caratteristica tipica delle fratture anisotrope nei materiali metallici.
b) Delaminazione del arrester di crepa: la superficie di separazione è perpendicolare sia alla superficie principale della crepa che alla direzione di propagazione.Questo tipo di delaminazione può ostacolare efficacemente la propagazione della crepa principale ed è utile per migliorare la resistenza alle fratture delle strutture in condizioni specifiche.
(c) La rottura lamellare: problema tipico dell'ingegneria della saldatura, che si verifica nelle giunzioni saldate a piastra spessa, presentando crepe graduali lungo la direzione dello spessore della piastra,che è strettamente correlato alla distribuzione delle inclusioni nelle lamiere laminate e alle sollecitazioni di saldatura.
(d) Delaminazione indotta dall'usura: una modalità di guasto comune nel campo della tribologia.che porta alla spallazione del materiale.
(e) Interlaminar cracking in materiali compositi: principale modalità di guasto dei laminati compositi rinforzati a fibra, riferita alla separazione delle interfacce tra gli strati.
(f) Delaminazione additiva di fabbricazione: difetto di separazione tra strati causato da stress termico o scarsa fusione durante la stampa 3D di metalli.
2. Processo di fondazione dei fenomeni di delaminazione
La lavorazione a controllo termo-meccanico (TMCP) è la tecnologia di base per la produzione di piastre d'acciaio moderne ad alte prestazioni.e velocità di raffreddamento, è possibile ottenere una microstruttura raffinata, migliorando così contemporaneamente la resistenza e la robustezza dei materiali.questo processo è anche soggetto alla formazione di caratteristiche anisotrope nei materiali, comprese le strutture a strisce e le texture cristallografiche, che possono diventare punti di partenza per la delaminazione in determinate condizioni.È stata osservata l'evoluzione delle microstrutture negli acciai per tubazioni dalla ferrite-perlite tradizionale a strutture avanzate come la ferrite e la bainite acicolare moderne, con diverse strutture che presentano diverse sensibilità alla delaminazione.
3Osservazioni macroscopiche e microscopiche della delaminazione
3.1 Prestazioni macroscopiche
In prove meccaniche pratiche, i fenomeni di delaminazione presentano caratteristiche macroscopiche distinte.la superficie di frattura dei campioni di resistenza alla frattura di acciaio DH36 di tipo SE (((B) mostra fasce di separazione perpendicolari al piano principale di fratturaIn prove di trazione, la frattura dei campioni di barre rotonde può presentare un disegno di stella radiale, mentre i campioni di piastre piatte mostrano fratture lamellari parallele.riflettendo l'influenza della geometria del campione e dello stato di stress sulla morfologia della delaminazione.
3.2 Origini microscopiche
Le osservazioni microscopiche rivelano le potenziali origini della delaminazione.con una lunghezza massima non superiore a 50 mm,La struttura corrosa presenta una struttura a fasce tipica di ferrite/perlite.Sia le inclusioni allungate che le strutture a fasce forniscono siti di nucleazione e propagazione preferenziali per la delaminazione.
4- Quadro di classificazione della delaminazione
Sulla base delle regole di denominazione per gli orientamenti dei campioni nella norma ASTM E1823 (la prima lettera indica la direzione di carico e la seconda lettera indica la direzione di propagazione delle crepe),la delaminazione può essere classificata in tre categorie:
Delaminazione delle crepe: corrispondente a campioni orientati T-L e L-T, con la superficie di delaminazione perpendicolare alla superficie delle crepe ma parallela alla direzione di propagazione delle crepe.
Delaminazione del arrester di crepa: corrisponde a campioni orientati T-S e L-S, con la superficie di delaminazione perpendicolare sia alla superficie di crepa che alla direzione di propagazione.
Delaminazione in piano: corrispondente a campioni orientati S-L e S-T, con la superficie di delaminazione situata all'interno del piano principale della fessura.
Questo metodo di classificazione associa direttamente i tipi di delaminazione con gli orientamenti standard dei campioni, fornendo un quadro unificato per la progettazione sperimentale e l'analisi dei risultati.
5- Meccanismi di formazione della delaminazione: influenza dei fattori metallurgici
Le proprietà intrinseche dei materiali costituiscono la base del comportamento di delaminazione e le caratteristiche metallurgiche specifiche aumentano significativamente la sensibilità del materiale alla delaminazione.
Struttura a fasce: caratteristica tipica dell'acciaio laminato a caldo e importante fattore metallurgico che porta alla delaminazione.con una struttura stratificata parallela alla direzione di rotolamentoL'inomogeneità di questa struttura si traduce in differenze nelle proprietà dei materiali in direzioni diverse.rendendolo propenso alla separazione lungo queste interfacce deboli quando sottoposto a carichi in direzioni specifiche.
La consistenza cristallografica: un altro fattore chiave che influenza la sensibilità alla delaminazione.specialmente quando specifici piani di scissione (come i piani {100}) sono fortemente concentrati sulla superficie di rotolamento, può aumentare significativamente la tendenza alla frattura fragile dei materiali nella direzione dello spessore, promuovendo così la delaminazione.
6Temperatura e stress: fattori esteriori di delaminazione
Anche se all'interno del materiale esistono condizioni potenziali per la delaminazione, sono necessari ambienti esterni specifici per innescarla effettivamente.La temperatura e lo stato di stress svolgono ruoli cruciali in questo processo.
Effetto della temperatura: per molti metalli strutturali, in particolare gli acciai cubici al centro del corpo (BCC), la temperatura ha un'influenza decisiva sul loro comportamento di frattura.La tipica curva di transizione duttile-fragile è suddivisa in una regione della piattaforma superiore (regione duttile), una regione di transizione, e una regione di basso livello (regione fragile).quando il materiale è in uno stato di transizione da duttile a fragile.
Effetto dello stato di stress: dal punto di vista della meccanica delle fratture, i componenti di stress specifici sono la forza motrice diretta per la propagazione della delaminazione.la tensione di trazione dello spessore trasversale σz è il principale fattore meccanico che determina la delaminazione delle crepePer gli orientamenti S-L/S-T, la tensione in piano σy favorisce la delaminazione in piano.
7Performance e influenza della delaminatura nelle prove meccaniche
Le prove meccaniche standardizzate sono il principale mezzo per osservare e valutare il comportamento della delaminazione, con diversi metodi di prova che rivelano diversi aspetti della delaminazione:
Test di trazione: nei materiali ad alta anisotropia, i campioni di barre rotonde possono mostrare fratture a forma di stella, mentre i campioni di piastre piatte mostrano fratture lamellari, entrambe radicate nell'anisotropia del materiale.
prove di impatto a Charpy: in condizioni di impatto a bassa temperatura, sulla superficie della frattura appare un gran numero di fasce di separazione perpendicolari all'intaglio,che modificano il meccanismo di assorbimento dell'energia rilasciando il vincolo di sollecitazione alla punta della fessuraPer i campioni orientati verso L-S, la delaminazione dell'arrestatore di crepe devia e ramifica il percorso principale della crepa,aumento significativo della resistenza alla propagazione delle crepe e conseguente maggiore assorbimento dell'energia di impatto.
Impatto sulla temperatura di transizione da duttile a fragile: i dati sperimentali mostrano chiaramente che i campioni con delaminazione presentano una temperatura di transizione da duttile a fragile significativamente ridotta.verificare l'effetto di "durazione da delaminazione" eventi di delaminazione microscopici migliorano la durezza macroscopica dei materiali alleviando i vincoli.
8- Delamination Toughening: un nuovo paradigma nella progettazione dei materiali
La moderna scienza dei materiali si è spostata dal semplice evitare difetti alla progettazione e utilizzo attivo di microstrutture specifiche, e il rinforzo per delaminazione è una pratica di successo di questo concetto.Attraverso una precisa composizione e un controllo del processo, le strutture a strati controllate possono essere costruite in materiali per introdurre attivamente l'effetto di indurimento da delaminamento.
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 strengtheningQuesti materiali mantengono una resistenza ultra elevata pur possedendo un'eccellente resistenza alla frattura, rompendo il tradizionale compromesso tra resistenza e resistenza nei materiali.
Legatura Fe-0,05C-5Mn-3Al: con microstrutture α' e α allungate, raggiunge una resistenza alla trazione di 517 MPa, una resistenza alla trazione di 807 MPa,e un assorbimento dell'energia di impatto di 73 J attraverso il delaminamento di delaminamento (CADT) e il delaminamento a fessura (ST).
Lega Fe-0,05C-5.0Mn-0,5Si-1.4Ni-0,12V: costituita da una fase α allungata ultra-fine e da una fase γ/α residua, ha una resistenza alla trazione di 745 MPa, una resistenza alla trazione di 1199 MPa,e eccellente resistenza a basse temperature grazie al CADT.
9Conclusioni e punti chiave
I fenomeni di delaminamento sono strettamente correlati all'anisotropia del materiale causata dall'organizzazione orientata dei piani deboli durante il processo di laminazione, dalle temperature specifiche e dalla triaxialità dello stress.a causa della complessità della delaminazione stessa, l'interazione tra vari fattori e variabili micromeccanici e la loro casualità, la creazione di modelli predittivi è estremamente difficile.
La delaminazione (soprattutto la spaccatura) che si verifica nei campioni di Charpy V-notch e di DWTT (Drop-Weight Tear Test) non è generalmente considerata un problema chiave nella caratterizzazione dei materiali,Tuttavia, la valutazione degli eventi di delaminazione nei test di resistenza alle fratture si trova ad affrontare sfide a causa della mancanza di criteri e metodi standardizzati per il fenomeno "pop-in" della delaminazione..
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.
L'importanza degli eventi di delaminazione osservati nelle prove di laboratorio per l'integrità strutturale dei componenti portanti reali dipende dallo stato di sollecitazione interna dei componenti.La delaminazione indica un'anisotropia significativa del materiale.
La delaminazione in piano (che può ridurre significativamente la robustezza del materiale) può verificarsi parallela alla superficie di rotolamento (ovvero orientamenti S-L e S-T).in applicazioni in cui i componenti strutturali sono sottoposti a forti sollecitazioni di trazione nella direzione trasversale corta (direzione dello spessore), i materiali soggetti a delaminamento devono essere evitati.e l'importanza della delaminazione in piano è relativamente bassa.
L'impatto degli eventi di delaminazione in ambienti difficili (come gli ambienti contenenti idrogeno) rimane poco chiaro.induciute da fattori quali la temperatura di transizione da duttile a fragile (DBT), fragilità dell'idrogeno (HE) e danni ad alta temperatura; tuttavia, in tali contesti, la delaminazione è interpretata anche come un potenziale fenomeno di indurimento o benefico,sottolineando la necessità di una ricerca completa sul ruolo della delaminazione nella meccanica dei danni.