Przy analizie uszkodzeń użyteczne informacje, co do przyczyn ich powstania, można uzyskać za pomocą badań fraktograficznych. Badania powierzchni pękniętych elementów mogą dać odpowiedź m.in. o rodzaju obciążeń, szybkości wzrostu pęknięcia, kierunku propagacji czy wpływie warunków pracy.
Poza oceną wizualną do obserwacji stosuje się najczęściej optyczne mikroskopy stereoskopowe oraz skaningowe mikroskopy elektronowe. Te ostatnie są szczególnie użyteczne ze względu na możliwość uzyskania dużych powiększeń oraz dużą głębię ostrości, co jest istotne w przypadku rozwiniętych powierzchni pęknięcia. Już pobieżna analiza obrazu może dać odpowiedź czy pęknięcie miało charakter kruchy czy plastyczny – Rysunek 1. Czyli, czy działające siły niszczące były małe (ale działały przez długi czas), czy były duże ( działały w krótkim okresie czasu).
Rysunek 1. Morfologia przełomu plastycznego oraz kruchego
Można również określić kierunek działania obciążeń np. skręcanie lub rozciągania – Rysunek 2, co może dać odpowiedź czy urządzenie pracowało w warunkach przewidzianych przez jego konstrukcję.
Rysunek 2. Powierzchnie pęknięcia pręta uszkodzonego w wyniku skręcania oraz rozciągania
Na obraz pęknięcia wpływ mają również dodatkowe czynniki w postaci agresywnego środowiska lub wysokiej temperatury – Rysunek 3.
Rysunek 3. Powierzchnie pęknięcia powstałe przy równoczesnym udziale naprężeń rozciągających i agresywnego środowiska oraz wysokiej temperatury
Charakterystyczne wzory w postaci równoległych linii (prążków) na powierzchni pęknięcia wskazują na cyklicznie pojawiające się zmiany obciążenia – Rysunek 4. Analiza liczby prążków zmęczeniowych umożliwia dokładne określenie jak długo element pracował od momentu zainicjowania pęknięcia. Ten rodzaj uszkodzenia jest szczególnie niebezpieczny gdyż do awarii może dojść przy naprężeniach znacznie poniżej granicy plastyczności materiału.
Rysunek 4. Uszkodzenie korby roweru górskiego w wyniku cyklicznych obciążeń. Zdjęcie makro pęknięcia oraz z mikroskopu skaningowego z widocznymi prążkami zmęczeniowymi.
Badania fraktograficzne znajdują także zastosowanie przy badania kompozytów o osnowie polimerowej wzmacnianych różnego rodzaju włóknami – Rysunek 5. Analiza obrazów uszkodzeń umożliwia określenie m.in. czy przyczyną były nadmierne obciążenia czy błędy popełnione podczas produkcji elementów kompozytowych.
Rysunek 5. Uszkodzenia kompozytów o osnowie polimerowej wzmacnianych włóknem ciętym oraz ciągłym.
Analiza fraktograficzna jest niezbędnym elementem ekspertyz wyjaśniających przyczyny uszkodzeń. Pozwala wyjaśnić popełnione błędy w konstrukcjach inżynierskich i unikać ich w przyszłości.
