اصول شکست {{جا:ویرایش}}[ویرایش]
شکست ساده عبارت است از جدا شدن یا خرد شدن یک قطعه به دو یا چند تکه در اثر تنش
برای مواد مهندسی بر اساس قابلیت تغییر شکل پلاستیک، دو نوع شکست محتمل است:
شکست نرم و شکست ترد. البته عبارات نرم و ترد نسبی هستند و اینکه یک شکست از کدام نوع است، به موقعیت و شرایط بستگی دارد. به علاوه نرمی تابعی از از دمای ماده، نرخ کرنش و حالت تنش است.
هر فرآیند شکست در پاسخ به اعمال تنش دو مرحله دارد که عبارتند از:
1_ شکل گیری ترک
2_ انتشار ترک
نوع شکست به مکانیزم انتشار ترک بسیار وابسته است. بطوریکه برای وقوع شکست نرم، افزایش طول ترک به آرامی صورت می گیرد و تغییر شکل وسیعی در نزدیکی ترک در حال رشد رخ میدهد. این ترکها تا هنگامیکه تنش اعمالی ثابت باشد، گسترش پیدا نمیکنند و اصطلاحا آنها را " ترک پایدار " مینامند. در شکست ترد اما ترکها بدون کوچکترین تغییر شکل پلاستیکی، بسیار سریع منتشر میشوند و اشاعه آنها ناگهان آغاز میشود. این ترکها بر خلاف ترکهای پایدار، خودبخود و در حالیکه هیچ گونه تغییری در اندازه تنش اعمالی صورت نگرفته است، گسترش پیدا میکنند.
همواره شکست نرم نسبت به شکست ترد برای ما مطلوبتر خواهد بود؛ زیرا شکست ترد، بصورت آنی، فاجعه بار و بدون هشدار رخ میدهد؛ در مقابل اما، در شکست نرم، تغییر شکل پلاستیک به ما هشدار میدهد که شکست در حال رخ دادن است و در اینصورت میتوان اقدامات پیشگیرنده را انجام داد و از بروز آن جلوگیری کرد. علاوه بر این، چقرمه تر بودن مواد نرم، باعث میشود که برای بروز شکست، انرژی کرنشی بیشتری نیاز باشد.
در اثر اعمال تنش کششی اکثر آلیاژهای فلزی نرم هستنددر حالیکه سرامیکها ترد هستند و پلیمرها ممکن است هر دو نوع شکست را داشته باشند.
انواع شکست[ویرایش]
بطور کلی سطوح شکست شامل سطوح نرم و ترد میشوند که هر کدام شکل مخصوص به خود را دارند.شکل مقابل مشخصه ماکروسکوپی مقطع عمودی شکست را بطور شماتیک نشان میدهد.
شکل a مربوط به مواد بسیار نرم مانند طلای خالص، سرب در دمای اتاق و دیگر مواد در دماهای بالا میباشد. این مواد خیلی نرم تا رسیدن به یک نقطه گلویی میشوند و سطح مقطع آنها کاملا کاهش مییابد.
شکل b متداول ترین نوع شکست را نشان میدهد که به آن شکست نرم متوسط گفته میشود؛ شکستی که در آن مقدار کمی گلویی شدن اتفاق میافتد.
شکل c مربوط به شکست کاملا ترد است که بدون هیچگونه تغییر شکل پلاستیک انجام میشود.
شکست نرم[ویرایش]
شکست نرم به آرامی و پس از تغییر شکل پلاستیکی زیاد، به ازای تنشی بالاتر از استحکام کششی ظاهر میشود.
در تصویر مقابل مراحل پنجگانه فرآیند شکست نرم(از چپ به راست) نشان داده شده است:
(a): در هنگام اعمال بار بصورت کششی، گلویی یا نازکی موضعی(initial necking)ظاهر میشود.
(b): ایجاد حفره های بسیار ریز در درون قسمت گلویی
(c): اتصال حفره های ریز به یکدیگر تا رسیدن به حد یک ترک ریز
(d): رشد آرام ترک تا حد پارگی یا شکست نهایی
(e): رخ دادن شکست برشی نهایی در زاویه 45 درجه نسبت به جهت کشش
در این نوع شکست، علت ایجاد حفره های ریز در محدوده گلویی (مرحله b)، میتواند تغییر شکل غیر یکنواخت حاصل از ناخالصی های موجود در ماده زمینه باشد.
جهت ترک ایجاد شده ابتدا عمود بر امتداد کشش است(مراحل a تا c). با رشد ترک و نزدیک شدن آن به سطح خارجی نمونه(مراحل d و e)، شکست نهایی با برش بقیه سطح مقطع تحت زاویه 45° با امتداد کشش، یعنی در صفحه های لغزش با بیشترین تنش برشی، رخ میدهد.
عضی مواقع شکستی که سطح مقطع آن دارای چنین نقشهایی باشد را شکست فنجان مخروط مینامند. زیرا در این حالت یکی از دو سطح دارای شکل فنجان و دگری به شکل مخروط است.
بسیاری از فلزات، به ویژه آنهایی که دارای ساختار شبکه بلوری مکعبی مرکز پر یا مرکز حجمی (BCC) هستند، مانند آلومینیوم و آلیاژ های آن، در تمام دماها، دارای شکست نرم هستند.
شکست ترد[ویرایش]
شکست ترد با تغییر شکل الاستیک که در آن انتشار ترک بسیار سریع اتفاق میافتد، رخ میدهد.
شکست ترد در امتداد صفحه کریستالی معینی به نام رَخ انجام میگیرد(این سطوح معمولاً دسته صفحات با چگالی اتمی کم و فاصله زیاد هستند.).
یک سطح شکست نسبتاً تخت را نتیجه میدهد و در سطح شکست نشانه های تغییر شکل پلاستیک دیده نمیشود.
در بعضی از تکههای فولادی یک سری علایم V شکل در نزدیک مرکز سطح مقطع شکست دیده میشود که نقطه نوک تیز آن محل آغاز ترک را نشان میدهد(تصویر زیر).
قسمت های دیگر آن دارای خطوط یا شیارهایی هستند که از مبدأ ترک به صورت الگوهای بادبزنی شکل و شعاعی خارج شدهاند (تصویر زیر).
شکست ترد معمولا در فلزاتی با ساختار های کریستالی شبکه مکعبی وجوه پر(FCC) و بسته شش ضلعی(HCP) و آلیاژ های آنها با سرعت تغییر شکل بالا و بطور ناگهانی ظاهر میشود. شکست ترد در مواد آمورف نظیر شیشه و سرامیکها یک سطح نسبتاً درخشان و صیقلی ایجاد میکند. شکست ترد اغلب بصورت درون دانهای یا بین دانهای انجام میشود.
شکست درون دانهای[ویرایش]
برای بیشتر مواد کریستالی ترد اشاعه ترک با انفصال پی در پی پیوندهای بین اتمی در امتداد صفحات کریستالوگرافی خاص میباشند. چنین فرایندی کلیواژ نامیده میشود. در این نوع شکست ترکهای شکست از درون دانهها عبور می نمایند.