फ्रैक्टोग्राफी



फ़्रैक्टोग्राफी सामग्रियों की दरार सतहों का अध्ययन है। विशेष रूप से उत्पाद विफलता और फोरेंसिक अभियांत्रिकी या विफलता विश्लेषण के अभ्यास में, विशेष रूप से अभियांत्रिकी संरचनाओं में विफलता का कारण निर्धारित करने के लिए फ्रैक्टोग्राफिक विधियों का उपयोग किया जाता है। भौतिक विज्ञान अनुसंधान में, दरार विकास व्यवहार के सैद्धांतिक मॉडल के विकास और मूल्यांकन के लिए फ़्रैक्टोग्राफी का उपयोग किया जाता है।

फ्रैक्टोग्राफिक परीक्षा का उद्देश्य खंडित सतह की विशेषताओं का अध्ययन करके विफलता का कारण निर्धारित करना है। विभिन्न प्रकार की दरार वृद्धि (जैसे थकान, तनाव संक्षारण क्रैकिंग, हाइड्रोजन उत्सर्जन) सतह पर विशिष्ट विशेषताएं उत्पन्न करती हैं, जिनका उपयोग विफलता मोड की पहचान करने में मदद के लिए किया जा सकता है। दरार का समग्र पैटर्न दरार की तुलना में अधिक महत्वपूर्ण हो सकता है, हालांकि, विशेष रूप से चीनी मिट्टी की चीज़ें और कांच जैसी भंगुर सामग्री के मामले में कह सकते है।

उपयोग
फ्रैक्टोग्राफी फोरेंसिक इंजीनियरिंग, फॉरेंसिक मैटेरियल्स इंजीनियरिंग और फ्रैक्चर यांत्रिकी में व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली तकनीक है, जो विफलताओं के कारणों को समझने और वास्तविक जीवन विफलताओं के साथ सैद्धांतिक विफलता की भविष्यवाणी को सत्यापित करने के लिए है। यह फोरेंसिक विज्ञान में टूटे हुए उत्पादों का विश्लेषण करने के लिए उपयोग किया जाता है, जिनका उपयोग हथियार के रूप में किया गया है, जैसे उदाहरण के लिए टूटी हुई बोतलें। इस प्रकार प्रतिवादी यह दावा कर सकता है कि बोतल दोषपूर्ण थी और गलती से टूट गई जब यह हमले के शिकार व्यक्ति पर प्रभाव पड़ा। फ्रैक्टोग्राफी आरोप को झूठा दिखा सकती है, और पीड़ित पर जानबूझकर हमला करने के लिए टूटे हुए सिरे को हथियार के रूप में इस्तेमाल करने से पहले बोतल को तोड़ने के लिए काफी ताकत की जरूरत थी। कांच की विंडस्क्रीन या खिड़कियों में बुलेट (गोली) छेद भी प्रभाव की दिशा और प्रक्षेप्य की ऊर्जा का संकेत कर सकते हैं। इन मामलों में, घटनाओं के अनुक्रम के पुनर्निर्माण के लिए क्रैकिंग का समग्र पैटर्न महत्वपूर्ण है, बजाय दरार की विशिष्ट विशेषताओं के। फ़्रैक्टोग्राफी यह निर्धारित कर सकती है कि क्या ट्रेन के पटरी से उतरने का कारण दोषपूर्ण रेल था, या यदि किसी विमान के पंख में दुर्घटना से पहले क्लांति की दरारें थीं।

फ़्रैक्टोग्राफी का उपयोग सामग्री अनुसंधान में भी किया जाता है क्योंकि फ्रैक्चर गुण अन्य गुणों के साथ और सामग्री की संरचना के साथ सहसंबंधित हो सकते हैं।

उत्पत्ति
फ़्रैक्टोग्राफी का महत्वपूर्ण उद्देश्य दरारों की उत्पत्ति की स्थापना और जांच करना है, क्योंकि उत्पत्ति की परीक्षा से दरार के कारण का पता चल सकता है। क्रैकिंग, संभावित मोड और संभावित उत्पत्ति की सीमा की पहचान करने के लिए कम-शक्ति ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी और तिरछी प्रकाश तकनीकों का उपयोग करते हुए प्रारंभिक फ़्रैक्टोग्राफ़िक परीक्षा समान्तयः मैक्रो पैमाने पर की जाती है। यदि लोडिंग पैटर्न ज्ञात है तो ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी या मैक्रो फोटोग्राफी प्रायः विफलता की प्रकृति और दरार की शुरुआत और वृद्धि के कारणों को इंगित करने के लिए पर्याप्त होती है।

सामान्य विशेषताएं जो दरार की प्रारम्भ का कारण बन सकती हैं, वे सामग्री, संदूषण और तनाव सांद्रता में समावेशन, रिक्त स्थान या खाली छेद हैं।

क्लांति दरार का विकास
क्रैंकशाफ्ट के टूटे हुए चित्र से पता चलता है कि घटक निचले केंद्र में बल्ब के निकट सतह दोष के कारण विफल हो गया। उत्पत्ति के पास अर्ध-वृत्ताकार निशान, थकान के रूप में जानी जाने वाली प्रक्रिया द्वारा बल्क सामग्री में बढ़ने वाली दरार को इंगित करते हैं। क्रेंकशाफ्ट हैचर भी दिखाता है, जो दरार सतहों पर रेखाएं होती हैं जिन्हें फ्रैक्चर के मूल में वापस देखा जा सकता है। दरार के विकास के कुछ तरीके सतह पर विशिष्ट निशान छोड़ सकते हैं जो दरार के विकास के तरीके और मैक्रो स्केल पर उत्पत्ति की पहचान करते हैं। क्लांति दरारों पर समुद्र तट के निशान या धारियाँ होती हैं।



माइक्रोस्कोपी
सूक्ष्मदर्शी का उपयोग दीक्षा बिंदु और उस तंत्र को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है जिसके कारण दरार का विकास हुआ। जानकारी फ्रैक्चर सतह की छवियों से प्राप्त की जा सकती है जिसे फ्रैक्टोग्राफ के रूप में जाना जाता है और इसका उपयोग आरेखों के निर्माण में किया जाता है। योजनाबद्ध दरार सतह मानचित्र का उपयोग सतह पर उन विशेषताओं को अलग करने और पहचानने के लिए किया जा सकता है जो दिखाती हैं कि उत्पाद कैसे विफल हुआ। इस तरह का नक्शा सूचना को प्रस्तुत करने का एक मूल्यवान तरीका हो सकता है जो स्पष्ट रूप से दिखाता है कि कैसे दरार प्रारम्भ हुई जो समय के साथ बढ़ी।

यूएसबी माइक्रोस्कोपी
यूएसबी माइक्रोस्कोप फ्रैक्चर सतह सुविधाओं की जांच के लिए विशेष रूप से उपयोगी होते हैं क्योंकि वे हाथ से पकड़े जाने के लिए काफी छोटे होते हैं। व्यावसायिक रूप से विभिन्न प्रकार के कैमरा आकार और रिज़ॉल्यूशन कम कीमत पर उपलब्ध हैं। कैमरा केबल यूएसबी प्लग के माध्यम से कंप्यूटर में प्लग किया जाता है और ऐसे अधिकांश डिवाइस एलईडी रोशनी द्वारा आपूर्ति किए गए कैमरे पर रोशनी के साथ आते हैं।

स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी


कई मामलों में, फ्रैक्टोग्राफी को बेहतर पैमाने पर परीक्षा की आवश्यकता होती है, जो समान्तयः स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप या एसईएम में की जाती है। रिज़ॉल्यूशन ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप की तुलना में बहुत अधिक है, हालांकि नमूनों की जांच आंशिक वैक्यूम में की जाती है और रंग अनुपस्थित होता है। बेहतर एसईएम अब निकट वायुमंडलीय दबावों पर परीक्षा की अनुमति देते हैं, इसलिए संवेदनशील सामग्री जैसे कि जैविक मूल के परीक्षण की अनुमति देते हैं। एसईएम विशेष रूप से तब उपयोगी होता है जब एनर्जी डिस्पर्सिव एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी या ईडीएक्स के साथ जोड़ा जाता है, जिसे माइक्रोस्कोप में किया जा सकता है, इसलिए नमूने के बहुत छोटे क्षेत्रों को उनकी मौलिक संरचना के लिए विश्लेषण किया जा सकता है।

स्तन प्रत्यारोपण
एक पुच्छ बनता है जहां भंगुर दरारें मिलती हैं, जैसा कि विफल कैथिटर (सीपी) की तस्वीर में दिखाया गया है। पुच्छल सिलिकॉन रबर में एक स्तन प्रत्यारोपण पर कैथेटर की भंगुर विफलता से बना था। दरारों की उत्पत्ति बायीं ओर के कंधे पर होती है। इस तरह की विशेषताओं की पहचान करने से अध्ययन की जा रही सतह का खंडित सतह मानचित्र बनाया जा सकेगा। इम्प्लांट ओवरलोड होने के कारण विफल हो गया, लगाए गए सभी भार कैथेटर और नमक के घोल वाले बैग के बीच के कनेक्शन पर केंद्रित हो गए। नतीजतन, रोगी ने प्रत्यारोपण से तरल पदार्थ के नुकसान की सूचना दी, और इसे शल्य चिकित्सा से निकाला गया और बदल दिया गया।

असफल स्तन प्रत्यारोपण कैथेटर के मामले में, दरार पथ बहुत सरल था, लेकिन कारण अधिक सूक्ष्म था। आगे की स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी ने बैग और कैथेटर के बीच कई माइक्रोक्रैक दिखाए, यह दर्शाता है कि दो घटकों के बीच चिपकने वाला बंधन समय से पहले विफल हो गया था, शायद दोषपूर्ण निर्माण के कारण। बैग और कैथेटर दोनों के निर्माण की सामग्री, सिलिकॉन रबर शारीरिक रूप से कमजोर इलास्टोमेर है, और उत्पाद डिजाइन सामग्री की कम आंसू या कतरनी ताकत के लिए अनुमति देनी चाहिए।

समुद्री पेट्रोल विमान
लोअर विंग प्लैंक के फास्टनर होल में गैर-महत्वपूर्ण दरार आ गई। प्लैंक को 3.2 मिमी मोटे AA7075-T6 एल्यूमिनियम मिश्र धातु से बनाया गया था। दरार का पता लगाने के समय और विमान के जी-मीटर की गिनती ने जांचकर्ताओं को उपयोग से विमान पर लोड का पता लगाने की अनुमति दी। एसईएम पर दरारें क्लांति के प्रमाण और पैटर्न दिखाती हैं। ऐसा प्रतीत होता है कि चक्रीय भार और क्लांति उत्तरोत्तर बदतर होते गए हैं, कुछ दरारें बड़ी हैं और अन्य लंबाई और चौड़ाई में छोटी हैं, जो कभी-कभी बल को 2> g's से अधिक मजबूत होने का संकेत देती हैं। जी-मीटर ने दिखाया कि विमान ने 2,500 उड़ानें भरीं, जिसमें जी बल और त्वरण कभी-कभी 2G's से अधिक था। यह निर्माता के लिए विज्ञापित अधिकतम से अधिक था। निष्कर्ष यह था कि पुराने या समान्तयः इस्तेमाल किए जाने वाले विमानों पर थकान और दरारों का नियमित रूप से निरीक्षण किया जाना चाहिए। अध्ययन में विमान पर उपयोग किए जाने वाले क्वांटिटेटिव फ्रैक्टोग्राफी के नए तरीके भी पाए गए, जो लोड इतिहास (इस मामले में g-मीटर) की तुलना करते हैं और मिश्र धातु के विभिन्न दबाव, चक्र और तापमान के साथ प्रयोगशाला सेटिंग में थकान का अनुभव करते हैं। अध्ययन ने एक मॉडल बनाने के लिए दरारों के डेटाबेस का उपयोग किया जो बलों और दरार की प्रगति की भविष्यवाणी करता है।

यह भी देखें

 * कोंकोइडल फ्रैक्चर
 * क्लांति (सामग्री)
 * असफलता विश्लेषण
 * फोरेंसिक इंजीनियरिंग
 * फोरेंसिक मैटेरियल्स इंजीनियरिंग
 * फ्रैक्चर
 * फोरेंसिक पॉलिमर इंजीनियरिंग
 * फोरेंसिक साइंस

संदर्भ

 * Lewis, Peter Rhys, Reynolds, K, and Gagg, C, Forensic Materials Engineering: Case studies, CRC Press (2004).
 * Mills, Kathleen Fractography, American Society of Metals (ASM) handbook, volume 12 (1991).
 * N.T. Goldsmith, R.J.H. Wanhill, L. Molent, Quantitative fractography of fatigue and an illustrative case study, Engineering Failure Analysis, volume 96 (February 2019) Pages 426–435.