distrugere simplă - o diviziune a corpului în două sau mai multe părți, care are loc după aplicarea unei statice (adică, constant sau lent variabile în timp), tensiune la o temperatură relativ scăzută în comparație cu punctul de topire al materialului. În acest caz, tensiunile aplicate pot fi la tracțiune, compresiune sau forfecare.
Distrugerea materialelor structurale pot avea loc într-una din următoarele două moduri: poate fi casant sau ductil. Această clasificare se bazează pe dacă materialul creat prin deformare plastică. Pentru materialele plastice caracterizate prin deformări plastice mari, adică, materiale absorb mai multa energie de deformare înainte de fractură. Cu eșec casant, în contrast, deformarea plastică, fie absenți fie ele sunt foarte mici și absorbția de energie la eșecul nu se produce.
„Plasticitate“ și „fragilizarea“ - este doar un punct de vedere convențional, și modul în care are loc distrugerea în realitate, depinde de circumstanțe. Ductilitatea pot fi cuantificate sau alungire relativă secțiune transversală descrescătoare. În plus, ductilitatea depinde de temperatura, rata de încordare, iar tipul de stres.
Orice proces de distrugere are loc în două etape: în primul rând, este format dintr-o crăpătură și apoi este distribuit. Fractura în foarte puternic depinde de mecanismul de propagare a fisurilor. Pentru materialele plastice caracterizate prin faptul că, în fața unei fisuri în creștere și în jurul zonei tot mai mare de deformare plastică. Astfel, procesul de propagare a fisurilor este relativ lent. Aceste fisuri sunt adesea caracterizate prin termenul „stabil“. În acest caz, materialul rezistă dezvoltării în continuare a fisurilor, cu excepția cazului în tensiune nu este crescut. De asemenea, observate vizual deformarea pe scară largă în suprafața de fractură a benzilor de torsiune și rupere. În cazul ruperii casante, dimpotrivă, fisura se propagă foarte rapid, fără a # 8208; o deformare plastică importantă. În acest caz, fractura este caracterizat ca fiind instabil, și crack de creștere, după ce a apărut spontan are loc fără o creștere a tensiunii aplicate.
Când tensiunea de întindere este aplicat aliaje metalice majoritatea se comportă ca materiale plastice, ceramică și rupere fragilă; Polimerii pot fi distruse în ambele sensuri.
Natura suprafeței pe care a avut loc distrugerea de plastic, are propriile sale caracteristici ca # 8208;, nivel macro și micro. Toate sunt materiale foarte flexibile, cum ar fi aur pur sau plumb, la temperatura camerei, precum și alte metale, polimeri și sticlă anorganică la temperaturi ridicate asupra apariției discontinuității formează un gât conic, astfel încât o scădere a ariei secțiunii transversale este în mod substanțial 100%.
Odată cu distrugerea metalului ductil este formată numai gât moderat conic. In acest proces de distrugere se realizează de obicei în mai multe etape. Inițial, după gât acolo, există cavități mici sau micro-goluri în secțiunea transversală. Apoi, ca și dezvoltarea deformațiilor, a micropori crește și se unesc unul cu altul, astfel încât fisura este format eliptică cu axa lungă orientată perpendicular pe direcția de trepte de tensiune. Crack continuă să crească într-o direcție paralelă cu axa principală de coalescenta microcavități. Iar distrugerea finală pas se produce datorită propagării rapidă a fisurilor în jurul perimetrului exterior al gâtului prin deformarea de forfecare care apar sub un unghi de 45 ° față de axa de tracțiune. Acesta este unghiul la care tangențială maximă de stres.
fractură Brittle are loc în absența unor deformări semnificative, prin propagarea rapidă a fisurilor. Direcția de propagare a fisurii este aproape exact perpendicular pe direcția de aplicare a sarcinii, și rupe suprafața în acest caz este relativ buna.
Natura suprafeței discontinuității formate prin ruperea casantă, este foarte specific pentru acest tip de fractură. În acest caz, ceea ce # 8208; urme vizibile de deformări plastice sunt absente. De exemplu, distrugerea unor mostre de oțel lângă secțiunea centrală pe care a avut loc o întrerupere, o serie de pronunțat V # 8208; în formă de marcaje care sunt îndreptate spre locul de origine al fracturii. Numai atunci când se formează casante crestele de discontinuitate fractură de suprafață, care se abat de la locațiile de inițiere fisurii, cum ar fi un ventilator. Destul de des, ambele tipuri de marcaje pot fi dificil de detectat cu ochiul liber. Odată cu distrugerea metalului dur foarte fin granulată este absent ca # 8208; un model perceptibil de fractură. Suprafața Fractura materiale amorfe, cum ar fi sticla, ceramica aspect, lucios și neted.
Pentru majoritatea materialelor cristaline propagarea fisurilor fragile are loc prin legături atomice ruptură succesive și repetate de-a lungul planurilor cristalografice specifice. Acest proces se numește divizare ( «scindare»). La fractură de tipul denumit transzernistom (sau transcrystalline), deoarece în acest caz, fisura trece prin cereale. La nivel macroscopic suprafața de fractură poate avea o textură granulată sau fateta.
Odată cu distrugerea unor aliaje, cum ar fi fractura de-a lungul limitelor de cereale. Acest tip se numește fractură intergranulare. Distrugerea de tipul descris mai sus poate să apară ca urmare a proceselor care duc la reducerea sau eliminarea fragilizare în regiunile dintre granulele.
Principiile mecanicii ruperii
Sub fractură mecanică înțeleasă cuantificarea relațiilor dintre proprietățile materialului, nivelul tensiunilor efective, prezența fisurilor în eșantion și mecanismul de propagare a fisurii.
concentrare de stres
Valorile măsurate ale rezistenței la tracțiune, la care un material defectează, sunt semnificativ mai mici decât rezultatele calculelor teoretice pe baza unei evaluări a energiei lanurilor atomice. Această discrepanță se explică prin prezența unor fisuri foarte mici, microscopice sau lagune care sunt întotdeauna prezente în condiții normale la suprafață sau în volumul materialului. Existența acestor goluri are ca rezultat o scădere a rezistenței, deoarece tensiunea aplicată este amplificat sau concentrat la vârfurile acestor fisuri și gradul de concentrare stres depinde de orientarea fisurii și a formei sale geometrice.
efect de concentrare de stres este mai semnificativ pentru casant decât materialele ductile. În cazul în care tensiunile maxime depășesc rezistența la curgere în materiale plastice, va apărea deformarea plastică. Acest lucru va conduce la o distribuție mai uniformă de stres în vecinătatea unui concentrator de stres, ceea ce ar reduce tensiunea maxima, comparativ cu valoarea teoretică de așteptat. Un astfel de comportament și redistribuirea tensiunilor în jurul fisurilor și discontinuități are loc în materialul fragil, astfel încât tensiunea maximă se va întâlni valoarea teoretică.
Mărimea maximă a tensiunii # 61555; e necesară pentru propagarea fisurilor în materiale fragile pot fi calculate pe baza principiilor mecanicii ruperii. Această tensiune este dată de:
# 963; c = (2E # 947; s / πa) 1/2 (3)
unde E - modulul de elasticitate, # 947; s - energie de suprafață specifică și - interioare jumătate lungimea fisurilor.
Toate materialele fragile are multe fisuri și golurile, care diferă ca mărime, formă geometrică și orientare. Pentru una dintre aceste fisuri valoare de efort de întindere la vârful său depășește efortul critic care duce la dezvoltarea fisurilor și, eventual, la distrugere.
Puteți obține un metal foarte mici sau mustăți ceramice ( «mustati»), care se presupune ca nu exista defecte. Apoi, puterea lor aproape de limita teoretică.
rezistența la rupere
Folosind principiile mecanicii ruperii permite obținerea de următoarea expresie care definește relația unui parametru caracteristic Kc de stresul critic la care poate avea loc creșterea unei fisuri # 61555, s, iar lungimea fisurii ca:
Kc = Y # 963; c√πa (4)
Parametrul Kc determinat prin această expresie se numește duritate. Este o măsură a rezistenței materialului la ruperea fragilă atunci când o formațiune fisura.
Nu contează cu adevărat ce această setare este reflectată în unitățile mai degrabă neobișnuite - MPa√m sau psi√dyuym (sau ksi√dyuym). Coeficientul Y - este un factor adimensional care depinde atât de fractură și dimensiunile și forma lor geometrică, și metoda de aplicare a sarcinii.
Dacă vorbim despre valoarea coeficientului de Y, apoi pentru planul de probă, în care există o fisură, mult mai scurtă în comparație cu lățimea eșantionului, atunci valoarea acestui raport este aproape de unitate. De exemplu, în cazul în care lățimea plăcii are fisură îngustă nelimitată, atunci Y = 1, iar în cazul în care există o placă semi-infinit cu marginile eșantionului lungimea fisurii a, atunci Y = 1,1.
Valorile Kc pentru probele relativ subțiri depind de grosimea eșantionului. Cu toate acestea, în cazul în care proba de grosime mult mai mare decât dimensiunea unei fisuri, valorile Kc sunt independente de grosime. În acest caz, vorbim de deformari plane.
Sub deformarea plană se înțelege o situație în care sarcina acționează asupra eșantionului, astfel încât nici o componentă deformare într-o direcție perpendiculară pe fețele frontale și posterioare ale eșantionului.
Valoarea Kc pentru astfel de probe groase numită rezistență la rupere la planul și desemnate ca tulpini de KIC. Această valoare se calculează cu formula:
KIC = Ya√πa (5)
Ea valorile KIC dat ca o caracteristică a materialului pentru multe ocazii.
În materialele, ruperea casantă, deformare plastică înainte de fisurii în creștere nu se poate dezvolta. Prin urmare, acestea sunt caracterizate prin valori scăzute și fractura se produce Kic într-un mod catastrofal. Pentru materialele plastice valorile Kic sunt destul de ridicate.
Valorile de evaluare KIC este deosebit de utilă pentru situații intermediare, evitându-se astfel pericolul ruperii casante.
Valoarea tenacității la rupere în timpul deformării plane este una dintre proprietățile fundamentale ale materialului. Depinde de mai mulți factori, cum ar fi temperatura, rata de încordare, materialul microstructură. Dimensiunea KIC scade odată cu creșterea ratei de încordare, iar temperatura este coborâtă. În plus, creșterea limitei de curgere realizată prin formarea unei soluții solide sau călire deformare, în general, conduce la o reducere corespunzătoare KIC. De obicei, KIC crește și măcinarea boabelor, în cazul în care compoziția și alți parametri microstructurale sunt păstrate neschimbate.
Proiectarea bazată pe principiile mecanicii ruperii
În conformitate cu ecuațiile (4) și (5), în scopul de a evalua posibilitatea fracturii unuia sau a altor elemente structurale necesare pentru a lua în considerare influența celor trei factori, și anume: rezistența la rupere (Kc) sau deformatiilor plane fractură duritate (KIC), aplicate voltaj # 963; și mărimea fisurii și. Desigur, se presupune că coeficientul Y este cunoscut.
În proiectarea unui produs de a fi în primul rând pentru a evalua care dintre acești factori este limitată de condițiile de utilizare și care urmează să fie stabilite în proiectare.
De exemplu, alegerea materialului (adică valorile Kc și KIC) sunt adesea determinate de cerințele, cum ar fi densitatea (în cazul în care condițiile de proces sunt restricții privind greutatea produsului) și caracteristicile de coroziune a materialului într-un mediu în care produsul urmează să fie utilizat. dimensiunea admisibila a fisurii poate fi limitată, în special, posibilitatea de a echipamentului de măsurare. Este important să se înțeleagă că, odată ce restricțiile sunt impuse două dintre parametru, al treilea devine strict fixă (de ecuațiile (4) și (5)).
De exemplu, să presupunem că valorile și condițiile bine de CCI-uri definite de utilizare. Apoi admisibil calculat (sau critic) tensiunea # 963; a este dată de:
# 963; c = KIC / Y√πa (6)
În cazul în care un nivel de tensiune predeterminat și cunoscută rezistența la rupere deformatiilor plane, dimensiunea maximă admisibilă a unei fisuri este găsit ca
ac = 1 / π (KIC / # 963; Y) 2 (7)
număr de tehnici de control nedistructiv (LSM) a fost propus pentru detectarea și măsurarea fisurării atât interne, cât și de suprafață. Aceste metode sunt folosite pentru a studia detaliile de construcție pentru a determina apariția unor defecte sau fisuri care ar putea duce la defectarea prematură a produsului. În plus, IOCs folosit ca un control al calității în procesul de fabricație.
Aceste metode de măsurare nu trebuie să deterioreze materialul (sau structură), care este testat, unele dintre ele numai într-un laborator de testare poate fi utilizat, iar altele pot fi adaptate pentru utilizare în câmp.
Rezistența la tracțiune a materialelor polimerice este mică în comparație cu rezistența metalelor și ceramicii. De obicei, polimerii termorigide (în care există ochiuri dens de reticulări) rupere fragilă. Simplu spus, procesul de distrugere este de așa natură încât o fisură se formează în regiunea în care concentrația de stres se produce (adică, zgârieturi, crestături și cavități). Ca și în cazul metalelor, tensiunile de la fisura vârful crește, ceea ce duce la răspândirea și în cele din urmă la distrugere. Când acest punct de fractură legături covalente probă într-o grilă sau în structura reticulări sunt rupte.
Distrugerea polimeri termoplastici pot atât ductile și casant prin mecanism, în care poate fi o tranziție de la ductil la rupere fragilă pentru mulți polimeri. ruperea casantă este facilitată de factori cum ar fi scăderea temperaturii și creșterea ratei de deformare și prezența crestături ascuțite, creșterea grosimii a eșantionului și orice modificare chimică a structurii polimerului, ceea ce conduce la o creștere a temperaturii de tranziție vitroasă (Tg). Polimerii sticloase ruperii fragile la o temperatură mai mică decât temperatura de tranziție vitroasă. Cu toate acestea, atunci când temperatura crește în zona de tranziție printr-o temperatură de tranziție vitroasă ele devin din plastic și se deformează până la sfărâmare cu dezvoltarea de deformare plastică.
Un alt efect observat de multe ori înainte de distrugerea polimerilor termoplastici este un microfisuri. Aceasta are loc în zonele cu localizate dezvoltare deformării plastice care duc la formarea unei multitudini de micropori interconectate. Intre micropori formate poduri fibrilare și lanțuri de macromoleculari reorienta.
În cazul în care tensiunea de funcționare este suficient de mare, podurile sunt întinse și rupte, ceea ce duce la o creștere a fuziunilor și micropori. Ca urmare, o fisura incepe sa se formeze.
fisuri Craze diferă de cea pe care poate transporta acționează de sarcină în direcția transversală. Mai mult, crazes proces de creștere până la o fisură este asociată cu absorbția energiei, care crește în mod semnificativ rezistența la rupere a materialului. Materialele sticloase fisura de creștere numai într-o mică măsură, însoțită de formarea de microfisuri, care este motivul pentru valori rezistență la rupere scăzută. Crazes sunt formate în zonele în care există tensiune mare # 8208; pentru zgârieturi sau micropori, precum și eterogenitatea structurilor moleculare. În plus, acestea cresc perpendicular pe direcția eforturilor de întindere. scală tipică crazes dimensiuni - 5 microni, sau chiar mai puțin.
Principiile generale ale mecanicii ruperii sunt aplicabile fracturii friabil și polimerii cvasi friabil și rezistența la distrugerea acestor materiale în formarea de fisuri poate fi exprimată prin valoarea tenacității la rupere când deformarea planar asemenea. Valorile KIC depind de proprietățile polimerului - greutatea moleculară, gradul de cristalinitate, precum temperatura, rata de încordare și natura mediului.
Editorial plătit pe bază de contract
articole tehnice, rapoarte de marketing, rețete, studii de piata
precum și alte informații industrie, precum și dreptul de a nu-l post
utilizarea totală sau parțială a oricărui material postat pe Plastinfo.ru,
în mass-media, presa scrisă, rapoarte de marketing, este permisă numai cu referire
pe «Plastinfo.ru» și, în unele cazuri, necesită permisiunea scrisă Plastinfo Ltd.