چقرمگی شکست

فاکتور شدت تنش که در آن انتشار ترک به شدت افزایش می یابد

تاثیر ضخامت نمونه بر چقرمگی شکست

در علم مواد ، چقرمگی شکست ضریب شدت تنش بحرانی یک ترک تیز است که در آن انتشار ترک به طور ناگهانی سریع و نامحدود می شود. ضخامت یک جزء بر شرایط محدودیت در نوک ترک تأثیر می‌گذارد که اجزای نازک دارای شرایط تنش صفحه و اجزای ضخیم دارای شرایط کرنش صفحه هستند . شرایط کرنش صفحه ای کمترین مقدار چقرمگی شکست را می دهد که یک ویژگی مادی است . مقدار بحرانی ضریب شدت تنش در بارگذاری حالت I اندازه گیری شده در شرایط کرنش صفحه به عنوان چقرمگی شکست کرنش صفحه شناخته می شود که نشان داده می شود . ^[1] هنگامی که آزمایشی نتواند ضخامت و سایر الزامات آزمایشی را که برای اطمینان از شرایط کرنش صفحه وجود دارد برآورده کند، مقدار چقرمگی شکست تولید شده با نام مشخص می شود . چقرمگی شکست روشی کمی برای بیان مقاومت یک ماده در برابر انتشار ترک است و مقادیر استاندارد برای یک ماده معین به طور کلی در دسترس است. ${\displaystyle K_{\text{Ic}}}$ ${\displaystyle K_{\text{c}}}$

مورفولوژی سطوح شکست در موادی که رشد ترک انعطاف پذیر را نشان می دهند تحت تأثیر تغییرات ضخامت نمونه است.

انتشار آهسته ترک که به عنوان ترک خوردگی تنشی شناخته می شود ، می تواند در یک محیط خورنده بالاتر از آستانه و پایین رخ دهد . افزایش‌های کوچک گسترش ترک نیز می‌تواند در طول رشد ترک خستگی رخ دهد ، که پس از چرخه‌های بارگذاری مکرر، می‌تواند به تدریج یک ترک رشد کند تا شکست نهایی با فراتر رفتن از چقرمگی شکست رخ دهد. ${\displaystyle K_{\text{Iscc}}}$ ${\displaystyle K_{\text{Ic}}}$

تنوع مواد

چقرمگی شکست تقریباً 4 مرتبه بزرگی در بین مواد متفاوت است. فلزات بالاترین میزان چقرمگی شکست را دارند. ترک‌ها نمی‌توانند به راحتی در مواد سخت منتشر شوند، و فلزات را در برابر ترک‌خوردگی تحت تنش بسیار مقاوم می‌کند و به منحنی تنش-کرنش آن‌ها منطقه وسیعی از جریان پلاستیک می‌دهد. سرامیک ها چقرمگی شکست کمتری دارند اما بهبود استثنایی در شکست تنشی نشان می دهند که به افزایش 1.5 مرتبه ای استحکام آنها نسبت به فلزات نسبت داده می شود. چقرمگی شکست کامپوزیت ها، ساخته شده از ترکیب سرامیک های مهندسی با پلیمرهای مهندسی، بسیار بیشتر از چقرمگی شکست فردی مواد تشکیل دهنده است. ^{[ نیازمند منبع ]}

مکانیسم ها

مکانیسم های ذاتی

مکانیسم های سخت شوندگی ذاتی فرآیندهایی هستند که جلوتر از نوک ترک عمل می کنند تا چقرمگی مواد را افزایش دهند. اینها به ساختار و پیوند مواد پایه و همچنین ویژگی های ریزساختاری و مواد افزودنی به آن مربوط می شوند. نمونه هایی از مکانیسم ها عبارتند از:

• انحراف ترک توسط فازهای ثانویه،
• انشعاب ترک به دلیل ساختار دانه ریز
• تغییرات در مسیر ترک به دلیل مرز دانه ها

هر گونه تغییر در ماده پایه که باعث افزایش شکل پذیری آن شود نیز می تواند به عنوان سختی ذاتی در نظر گرفته شود. ^[7]

مرزهای دانه

وجود دانه‌ها در یک ماده نیز می‌تواند با تأثیر بر نحوه انتشار ترک‌ها بر چقرمگی آن تأثیر بگذارد. در مقابل یک ترک، یک ناحیه پلاستیکی می تواند با تسلیم شدن مواد وجود داشته باشد. فراتر از آن منطقه، مواد الاستیک باقی می مانند. شرایط شکست در مرز بین این ناحیه پلاستیکی و الاستیک مطلوب‌ترین شرایط است و بنابراین ترک‌ها اغلب با بریدن دانه‌ای در آن مکان شروع می‌شوند.

در دماهای پایین، جایی که مواد می‌توانند کاملاً شکننده شوند، مانند فلز مکعبی (BCC)، ناحیه پلاستیکی منقبض می‌شود و فقط ناحیه الاستیک وجود دارد. در این حالت، ترک با شکاف متوالی دانه ها گسترش می یابد. در این دماهای پایین، استحکام تسلیم بالا است، اما کرنش شکست و شعاع انحنای نوک ترک کم است که منجر به چقرمگی کم می‌شود. ^[8]

در دماهای بالاتر، قدرت تسلیم کاهش می یابد و منجر به تشکیل ناحیه پلاستیکی می شود. شکاف احتمالاً از مرز ناحیه الاستیک-پلاستیک شروع می شود و سپس به نوک ترک اصلی پیوند می خورد. این معمولاً مخلوطی از برش دانه‌ها و شکستگی شکل‌پذیر دانه‌ها است که به عنوان پیوندهای فیبری شناخته می‌شوند. درصد پیوندهای فیبری با افزایش دما افزایش می یابد تا زمانی که پیوند کاملاً پیوندهای فیبری شود. در این حالت، حتی اگر استحکام تسلیم کمتر است، وجود شکست انعطاف پذیر و شعاع انحنای نوک ترک بالاتر باعث چقرمگی بالاتر می شود. ^[8]

شامل ها

ادغام در ماده ای مانند ذرات فاز دوم می تواند شبیه دانه های شکننده عمل کند که می تواند بر انتشار ترک تأثیر بگذارد. شکستگی یا جداشدگی در انکلوزیون می‌تواند ناشی از تنش اعمالی خارجی باشد یا در اثر نابجایی‌های ایجاد شده توسط نیاز انکلوزیون برای حفظ مجاورت با ماتریس اطراف آن. مشابه دانه ها، شکستگی به احتمال زیاد در مرز ناحیه پلاستیک-الاستیک رخ می دهد. سپس کرک می تواند به کرک اصلی متصل شود. اگر ناحیه پلاستیکی کوچک باشد یا چگالی آخال ها کوچک باشد، شکستگی به احتمال زیاد مستقیماً با نوک ترک اصلی مرتبط می شود. اگر ناحیه پلاستیکی بزرگ باشد، یا تراکم آخال‌ها زیاد باشد، ممکن است شکستگی‌های انکلوژن اضافی در ناحیه پلاستیکی رخ دهد و پیوند با پیشروی از شکاف به نزدیک‌ترین انکلوزیون شکستگی در داخل منطقه رخ می‌دهد. ^[8]

سفت شدن تبدیل

سخت شدن تبدیل پدیده ای است که در آن یک ماده تحت یک یا چند تبدیل فاز مارتنزیتی (جابجایی، بدون انتشار) قرار می گیرد که منجر به تغییر تقریباً آنی در حجم آن ماده می شود. این دگرگونی با تغییر در حالت تنش ماده، مانند افزایش تنش کششی، ایجاد می‌شود و بر خلاف تنش اعمال‌شده عمل می‌کند. بنابراین هنگامی که ماده به صورت موضعی تحت کشش قرار می گیرد، به عنوان مثال در نوک ترک در حال رشد، می تواند تحت یک تغییر فاز قرار گیرد که حجم آن را افزایش می دهد، تنش کششی محلی را کاهش می دهد و مانع پیشرفت ترک در مواد می شود. این مکانیسم برای افزایش چقرمگی مواد سرامیکی، به ویژه در زیرکونیای تثبیت شده با ایتریا برای کاربردهایی مانند چاقوهای سرامیکی و پوشش‌های مانع حرارتی بر روی پره‌های توربین موتور جت مورد استفاده قرار می‌گیرد. ^[9]

مکانیسم های بیرونی

مکانیسم‌های سخت‌کننده بیرونی فرآیندهایی هستند که در پشت نوک ترک عمل می‌کنند تا در برابر باز شدن بیشتر آن مقاومت کنند. مثالها عبارتند از

• پل زدن فیبر/لاملا، جایی که این ساختارها دو سطح شکستگی را پس از انتشار ترک از طریق ماتریس کنار هم نگه می‌دارند.
• ترک خوردگی از اصطکاک بین دو سطح شکستگی ناهموار و
• میکروکراکینگ، که در آن ترک‌های کوچک‌تری در مواد اطراف ترک اصلی ایجاد می‌شود و با افزایش مؤثر انطباق مواد، تنش را در نوک ترک کاهش می‌دهد . ^[10]

روش های تست

تست چقرمگی شکست برای تعیین کمیت مقاومت یک ماده در برابر شکست توسط ترک انجام می شود. چنین آزمایشاتی منجر به یک اندازه گیری تک ارزشی چقرمگی شکست یا در منحنی مقاومت می شود . منحنی های مقاومت نمودارهایی هستند که در آن پارامترهای چقرمگی شکست (K، J و غیره) در برابر پارامترهای مشخص کننده انتشار ترک رسم می شوند. منحنی مقاومت یا چقرمگی شکست تک ارزشی بر اساس مکانیسم و ​​پایداری شکست به دست می آید. چقرمگی شکست یک ویژگی مکانیکی حیاتی برای کاربردهای مهندسی است. انواع مختلفی از آزمایش برای اندازه گیری چقرمگی شکست مواد استفاده می شود که معمولاً از یک نمونه بریده در یکی از پیکربندی های مختلف استفاده می شود. یک روش تست استاندارد شده که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد، تست ضربه چارپی است که به موجب آن نمونه ای با بریدگی V یا U-notch از پشت بریدگی در معرض ضربه قرار می گیرد. همچنین به طور گسترده ای از آزمایش های جابجایی ترک مانند آزمایش های خمش پرتو سه نقطه ای با ترک های نازک از پیش تعیین شده در نمونه های آزمایشی قبل از اعمال بار استفاده می شود.

الزامات تست

انتخاب نمونه

استاندارد ASTM E1820 برای اندازه گیری چقرمگی شکست ^[11] سه نوع کوپن را برای تست چقرمگی شکست توصیه می کند، کوپن خمشی تک لبه [SE(B)]، کوپن کشش فشرده [C(T)] و دیسکی شکل. کوپن تنش فشرده [DC(T)]. هر پیکربندی نمونه با سه بعد مشخص می شود، یعنی طول ترک (a)، ضخامت (B) و عرض (W). مقادیر این ابعاد با تقاضای آزمایش خاصی که روی نمونه انجام می شود تعیین می شود. اکثریت قریب به اتفاق آزمایش ها بر روی پیکربندی تست خمشی فشرده یا سه نقطه ای انجام می شود . برای همان ابعاد مشخصه، پیکربندی فشرده مقدار کمتری از مواد را در مقایسه با تست خمشی سه نقطه ای مصرف می کند.

جهت گیری مواد

جهت گیری شکست به دلیل ماهیت غیر همسانگرد ذاتی اکثر مواد مهندسی مهم است. به همین دلیل، ممکن است سطوح ضعف در مواد وجود داشته باشد و رشد ترک در امتداد این صفحه ممکن است در مقایسه با جهت های دیگر آسان تر باشد. با توجه به این اهمیت، ASTM یک روش استاندارد برای گزارش جهت گیری ترک با توجه به محور آهنگری ابداع کرده است. ^[12] حروف L، T و S برای نشان دادن جهات عرضی طولی ، عرضی و کوتاه ، که در آن جهت طولی با محور آهنگری منطبق است، استفاده می شود. جهت با دو حرف تعریف می شود که اولی جهت تنش کششی اصلی و دومی جهت انتشار ترک است. به طور کلی، حد پایین چقرمگی یک ماده در جهتی به دست می آید که ترک در جهت محور آهنگری رشد می کند.

قبل از ترک خوردگی

برای نتایج دقیق، قبل از آزمایش یک ترک تیز لازم است. شکاف ها و شکاف های ماشینکاری شده این معیار را برآورده نمی کنند. موثرترین راه برای معرفی یک ترک به اندازه کافی تیز، اعمال بارگذاری چرخه ای برای رشد ترک خستگی از یک شکاف است. ترک‌های خستگی از نوک شکاف شروع می‌شوند و اجازه می‌دهند تا طول ترک به مقدار مورد نظر خود برسد.

بارگذاری چرخه ای به دقت کنترل می شود تا از طریق سخت شدن کرنش بر چقرمگی مواد تأثیر نگذارد. این کار با انتخاب بارهای چرخه ای انجام می شود که ناحیه پلاستیکی بسیار کوچک تری را در مقایسه با ناحیه پلاستیکی شکست اصلی ایجاد می کند. برای مثال، طبق استاندارد ASTM E399، حداکثر شدت تنش K _max نباید در مرحله اولیه از 0.6 بزرگتر و زمانی که ترک به اندازه نهایی خود نزدیک می شود، کمتر از 0.8 باشد. ^[13] ${\displaystyle K_{\text{Ic}}}$ ${\displaystyle K_{\text{Ic}}}$

در موارد خاص، شیارها در کناره‌های یک نمونه چقرمگی شکست ماشینکاری می‌شوند، به طوری که ضخامت نمونه به حداقل 80 درصد ضخامت اولیه در طول مسیر مورد نظر گسترش ترک کاهش می‌یابد. ^[14] دلیل آن حفظ یک جلوی ترک مستقیم در طول آزمایش منحنی R است.

چهار آزمون اصلی استاندارد شده در زیر با آزمون‌های KIc _و KR _معتبر برای مکانیک شکست خطی-الاستیک (LEFM) در حالی که آزمون‌های J و JR _معتبر برای مکانیک شکست الاستیک-پلاستیک (EPFM) هستند، توضیح داده شده‌اند.

تست چقرمگی شکست کرنش صفحه

هنگام انجام تست چقرمگی شکست، رایج‌ترین پیکربندی‌های نمونه تست عبارتند از خم بریدگی تک لبه (SENB یا خمش سه نقطه)، و نمونه‌های کشش فشرده (CT). آزمایش نشان داده است که شرایط کرنش صفحه معمولاً زمانی غالب است که: ^[15]

$${\displaystyle B,a\geq 2.5\left({\frac {K_{IC}}{\sigma _{\text{YS}}}}\right)^{2}}$$که در آن حداقل ضخامت لازم، چقرمگی شکست مواد و قدرت تسلیم مواد است. ${\displaystyle B}$ ${\displaystyle K_{\text{Ic}}}$ ${\displaystyle \sigma _{\text{YS}}}$

آزمایش با بارگذاری پیوسته با سرعتی انجام می شود که KI _از 0.55 به 2.75 (MPa ) بر ثانیه افزایش می یابد. در طول آزمایش، بار و جابجایی دهانه ترک (CMOD) ثبت می شود و آزمایش تا رسیدن به حداکثر بار ادامه می یابد. بار بحرانی P _Q از طریق نمودار بار در مقابل CMOD محاسبه می شود. چقرمگی موقت KQ _به عنوان داده می شود ${\displaystyle {\sqrt {m}}}$

$${\displaystyle K_{Q}={\frac {P_{Q}}{{\sqrt {W}}B}}f(a/W,...)}$$.

ضریب هندسه تابعی بدون بعد از a/W است و در استاندارد E 399 به صورت چند جمله ای آورده شده است. فاکتور هندسه برای هندسه تست فشرده را می توان در اینجا یافت . ^[16] این مقدار چقرمگی موقت زمانی معتبر شناخته می شود که شرایط زیر برآورده شود: ${\displaystyle f(a/W,...)}$

$${\displaystyle min(B,a)>2.5\left({\frac {K_{Q}}{\sigma _{\text{YS}}}}\right)^{2}}$$و ${\displaystyle P_{max}\leq 1.1P_{Q}}$

هنگامی که ماده ای با چقرمگی شکست ناشناخته آزمایش می شود، نمونه ای با ضخامت مقطع کامل آزمایش می شود یا اندازه نمونه بر اساس پیش بینی چقرمگی شکست اندازه گیری می شود. اگر مقدار چقرمگی شکست حاصل از آزمایش الزامات معادله فوق را برآورده نکند، آزمایش باید با استفاده از یک نمونه ضخیم‌تر تکرار شود. علاوه بر این محاسبه ضخامت، مشخصات تست چندین الزام دیگر نیز دارد که قبل از اینکه بتوان گفت یک آزمایش منجر به یک مقدار K _IC شود، باید رعایت شود (مانند اندازه لبه های برشی) .

هنگامی که یک آزمایش نتواند ضخامت و سایر الزامات کرنش ساده را برآورده کند، مقدار چقرمگی شکست تولید شده با نام Kc داده می _شود . گاهی اوقات، نمی توان نمونه ای تولید کرد که ضخامت مورد نیاز را برآورده کند. به عنوان مثال، هنگامی که یک صفحه نسبتا نازک با چقرمگی بالا در حال آزمایش است، ممکن است امکان تولید نمونه ضخیم تر با شرایط کرنش صفحه در نوک ترک وجود نداشته باشد.

تعیین منحنی R، KR

نمونه ای که رشد ترک پایدار را نشان می دهد، روند افزایشی در چقرمگی شکست را با افزایش طول ترک نشان می دهد (امتداد ترک انعطاف پذیر). این نمودار چقرمگی شکست در مقابل طول ترک، منحنی مقاومت (R) نامیده می شود. ASTM E561 روشی را برای تعیین چقرمگی در مقابل منحنی های رشد ترک در مواد بیان می کند. ^[17] این استاندارد محدودیتی بر حداقل ضخامت ماده ندارد و از این رو می‌تواند برای ورق‌های نازک استفاده شود، اما الزامات LEFM باید برآورده شود تا آزمایش معتبر باشد. معیار LEFM اساساً بیان می کند که ابعاد درون صفحه باید در مقایسه با ناحیه پلاستیکی بزرگ باشد. تصور اشتباهی در مورد تأثیر ضخامت بر شکل منحنی R وجود دارد. اشاره شده است که برای همان ماده، بخش ضخیم‌تر با شکست کرنش صفحه شکست می‌خورد و چقرمگی شکست تک ارزشی را نشان می‌دهد، بخش نازک‌تر با شکست تنش صفحه شکست می‌خورد و افزایش منحنی R را نشان می‌دهد. با این حال، عامل اصلی که شیب منحنی R را کنترل می‌کند، مورفولوژی شکستگی است نه ضخامت. در برخی از مواد، ضخامت بخش، مورفولوژی شکست را از پارگی شکل‌پذیر به برش از مقطع نازک به ضخیم تغییر می‌دهد، در این صورت ضخامت به تنهایی شیب منحنی R را تعیین می‌کند. مواردی وجود دارد که حتی شکستگی کرنش صفحه ای در افزایش منحنی R به دلیل "ادغام میکروویید" که حالت شکست است، رخ می دهد.

دقیق ترین روش برای ارزیابی منحنی KR، در نظر گرفتن وجود پلاستیسیته بسته به اندازه نسبی ناحیه پلاستیکی است. در مورد انعطاف پذیری ناچیز، منحنی بار در مقابل جابجایی از آزمایش به دست می آید و در هر نقطه انطباق پیدا می شود. انطباق متقابل شیب منحنی است که اگر نمونه در یک نقطه معین تخلیه شود، دنبال می شود که می تواند به عنوان نسبت جابجایی به بار برای LEFM داده شود. انطباق برای تعیین طول ترک آنی از طریق رابطه ارائه شده در استاندارد ASTM استفاده می شود.

شدت تنش باید با محاسبه طول ترک موثر اصلاح شود. استاندارد ASTM دو رویکرد جایگزین را پیشنهاد می کند. روش اول اصلاح ناحیه پلاستیک ایروین نام دارد. رویکرد ایروین طول ترک موثر را توصیف می کند ^[18] ${\displaystyle a_{\text{eff}}}$

$${\displaystyle a_{\text{eff}}=a+{\frac {1}{2\pi }}\left({\frac {K}{\sigma _{YS}}}\right)^{2}}$$

رویکرد ایروین به یک راه حل تکراری منجر می شود زیرا K خود تابعی از طول ترک است.

روش دیگر، یعنی روش سکانت، از معادله انطباق-طول ترک ارائه شده توسط استاندارد ASTM برای محاسبه طول ترک موثر از یک انطباق موثر استفاده می‌کند. انطباق در هر نقطه در منحنی بار در مقابل جابجایی اساساً متقابل شیب منحنی است که در صورت تخلیه نمونه در آن نقطه حاصل می شود. اکنون منحنی تخلیه برای مواد الاستیک خطی به مبدأ باز می گردد، اما برای مواد پلاستیکی الاستیک نه به دلیل تغییر شکل دائمی. انطباق موثر در یک نقطه برای کیس پلاستیکی الاستیک به عنوان شیب خطی که به نقطه و مبدا می‌پیوندد در نظر گرفته می‌شود (یعنی انطباق در صورتی که ماده الاستیک باشد). این انطباق موثر برای به دست آوردن رشد موثر ترک استفاده می شود و بقیه محاسبه از معادله پیروی می کند.

$${\displaystyle K_{I}={\frac {P}{{\sqrt {W}}B}}f(a_{\text{eff}}/W,...)}$$

انتخاب اصلاح پلاستیسیته بر اساس اندازه ناحیه پلاستیکی در نظر گرفته می شود. منحنی مقاومت پوشش استاندارد ASTM پیشنهاد می کند که استفاده از روش ایروین برای ناحیه پلاستیکی کوچک قابل قبول است و استفاده از روش Secant را زمانی که انعطاف پذیری نوک ترک برجسته تر است، توصیه می کند. همچنین از آنجایی که استاندارد ASTM E 561 شامل الزاماتی در مورد اندازه نمونه یا حداکثر گسترش ترک مجاز نیست، بنابراین استقلال اندازه منحنی مقاومت تضمین نمی شود. مطالعات کمی نشان می‌دهد که وابستگی به اندازه در داده‌های تجربی روش Secant کمتر تشخیص داده می‌شود.

تعیینجیآی سی

نرخ آزاد شدن انرژی کرنش در واحد سطح شکست با روش J-integral محاسبه می‌شود که یک مسیر انتگرال در اطراف نوک ترک است که در آن مسیر شروع و در هر دو سطح ترک خاتمه می‌یابد. مقدار چقرمگی J نشان دهنده مقاومت ماده بر حسب مقدار انرژی تنش مورد نیاز برای رشد ترک است. مقدار چقرمگی J _IC برای مواد الاستیک-پلاستیک اندازه گیری می شود. اکنون J _IC تک ارزشی به عنوان چقرمگی در نزدیکی شروع گسترش ترک شکل پذیر تعیین می شود (اثر سخت شدن کرنش مهم نیست). آزمایش با بارگیری چند نمونه هر یک از نمونه ها در سطوح مختلف و تخلیه انجام می شود. این به دهانه ترک انطباق می دهد که برای بدست آوردن طول ترک با کمک روابط ارائه شده در استاندارد ASTM E 1820، که آزمایش انتگرال J را پوشش می دهد، استفاده می شود . ^[19] یکی دیگر از روش‌های اندازه‌گیری رشد ترک، علامت‌گذاری نمونه با رنگ‌آمیزی حرارتی یا ترک خستگی است. نمونه در نهایت از هم جدا می شود و گسترش ترک با کمک علامت ها اندازه گیری می شود.

بنابراین آزمایش انجام شده چندین منحنی بار در مقابل جابجایی دهانه ترک (CMOD) را به دست می دهد که برای محاسبه J به شرح زیر استفاده می شود:

$${\displaystyle J=J_{el}+J_{pl}}$$

الاستیک خطی J با استفاده از محاسبه می شود و K از جایی که ضخامت خالص برای نمونه شیاردار کناری و برابر با B برای نمونه بدون شیار جانبی است تعیین می شود . ${\textstyle J_{el}={\frac {K^{2}\left(1-\nu ^{2}\right)}{E}}}$ ${\textstyle K_{I}={\frac {P}{\sqrt {WBB_{N}}}}f(a/W,...)}$ ${\displaystyle B_{N}}$

پلاستیک الاستیک J با استفاده از محاسبه می شود

$${\displaystyle J_{\mathrm {pl} }={\frac {\eta A_{\mathrm {pl} }}{B_{N}b_{o}}}}$$

کجا

• ${\displaystyle \eta }$= 2 برای نمونه SENB
• ${\displaystyle b_{o}}$طول اولیه رباط است که با تفاوت بین عرض و طول ترک اولیه ارائه می شود
• ${\displaystyle A_{\mathrm {pl} }}$ناحیه پلاستیکی زیر منحنی بار-جابجایی است.

تکنیک کاهش داده های تخصصی برای دریافت موقت استفاده می شود . این مقدار در صورتی پذیرفته می شود که معیار زیر رعایت شود: ${\displaystyle J_{Q}}$

$${\displaystyle \min(B,b_{o})\geq {\frac {25J_{Q}}{\sigma _{\text{YS}}}}}$$

تعیین مقاومت پارگی (آزمون پارگی کان)

تست پارگی (مثلاً تست پارگی کان) یک اندازه گیری نیمه کمی از چقرمگی را از نظر مقاومت به پارگی ارائه می دهد. این نوع آزمایش به نمونه کوچکتری نیاز دارد و بنابراین می توان از آن برای طیف وسیع تری از اشکال محصول استفاده کرد. آزمایش پارگی همچنین می تواند برای آلیاژهای آلومینیوم بسیار انعطاف پذیر (مانند 1100، 3003) استفاده شود، جایی که مکانیک شکست الاستیک خطی اعمال نمی شود.

روش های تست استاندارد

تعدادی از سازمان ها استانداردهای مربوط به اندازه گیری چقرمگی شکست را منتشر می کنند، یعنی ASTM ، BSI ، ISO، JSME.

• روش تست ASTM C1161 برای مقاومت خمشی سرامیک های پیشرفته در دمای محیط
• روش‌های تست استاندارد ASTM C1421 برای تعیین چقرمگی شکست سرامیک‌های پیشرفته در دمای محیط
• روش تست ASTM E399 برای چقرمگی شکست کرنش صفحه مواد فلزی
• تمرین ASTM E740 برای آزمایش شکست با نمونه‌های کشش سطحی ترک
• روش تست استاندارد ASTM E1820 برای اندازه گیری چقرمگی شکست
• اصطلاحات ASTM E1823 مربوط به تست خستگی و شکستگی
• ISO 12135 مواد فلزی - روش یکپارچه آزمایش برای تعیین چقرمگی شکست شبه استاتیکی
• ISO 28079:2009، روش پالمکویست ، برای تعیین چقرمگی شکست برای کاربیدهای سیمانی استفاده می شود ^[20]

سخت شدن انحراف ترک

بسیاری از سرامیک‌ها با ساختارهای پلی کریستالی، ترک‌های بزرگی ایجاد می‌کنند که در امتداد مرزهای بین دانه‌ها منتشر می‌شوند، نه از طریق خود کریستال‌ها، زیرا چقرمگی مرزهای دانه‌ها بسیار کمتر از کریستال‌ها است. جهت گیری وجوه مرزی دانه و تنش پسماند باعث می شود که ترک به شیوه ای پیچیده و پرپیچ و خم پیش برود که تجزیه و تحلیل آن دشوار است. محاسبه صرف انرژی سطح اضافی مرتبط با افزایش سطح مرزی دانه به دلیل این پیچ خوردگی دقیق نیست، زیرا بخشی از انرژی برای ایجاد سطح ترک ناشی از تنش پسماند است. ^[21]

مدل فابر-ایوانز

یک مدل مکانیک مواد، که توسط کاترین فابر و آنتونی جی ایوانز معرفی شد ، برای پیش‌بینی افزایش چقرمگی شکست در سرامیک‌ها به دلیل انحراف ترک در اطراف ذرات فاز دوم که مستعد ریزترک در یک ماتریس هستند، ایجاد شده است. ^[22] این مدل مورفولوژی ذرات، نسبت ابعاد، فاصله، و کسر حجمی فاز دوم، و همچنین کاهش شدت تنش موضعی در نوک ترک را در هنگام انحراف ترک یا کمان صفحه ترک در نظر می‌گیرد. پیچ خوردگی واقعی ترک از طریق تکنیک های تصویربرداری به دست می آید و به زوایای انحراف و خم شدن اجازه می دهد تا مستقیماً وارد مدل شوند.

سپس افزایش در چقرمگی شکست با افزایش یک ترک صاف از طریق ماتریس ساده مقایسه می شود. بزرگی سخت شدن توسط کرنش عدم تطابق ناشی از ناسازگاری انقباض حرارتی و مقاومت در برابر شکستگی سطح مشترک ذره/ماتریس تعیین می شود. ^[23] این سخت شدن زمانی قابل توجه می شود که توزیع اندازه باریکی از ذرات با اندازه مناسب وجود داشته باشد. محققان معمولاً یافته‌های تحلیل فابر را می‌پذیرند که نشان می‌دهد اثرات انحراف در مواد با دانه‌های تقریباً هم محور ممکن است چقرمگی شکست را حدود دو برابر مقدار مرزی دانه افزایش دهد.

همچنین ببینید

• منطقه انتقال شکننده - شکل پذیر
• تست ضربه چارپی
• دمای انتقال شکل پذیر-شکننده
• ضربه (مکانیک)
• تست مقاومت ضربه ایزد
• مقاومت در برابر سوراخ شدن
• شوک (مکانیک)
• تست چقرمگی شکست خمشی سه نقطه ای
• چقرمگی سرامیک ها با فرورفتگی

مراجع

1. سورش، س. (2004). خستگی مواد . انتشارات دانشگاه کمبریج شابک 978-0-521-57046-6.
2. کافمن، جی. گیلبرت (2015)، پایگاه داده آلیاژ آلومینیوم، ناول ، بازیابی شده در 1 اوت 2019
3. کمیته بین المللی کتابچه راهنمای ASM (1996)، کتاب ASM، جلد 19 - خستگی و شکستگی ، ASM International، ص. 377
4. آلیاژهای تیتانیوم - Ti6Al4V درجه 5، مواد AZO، 2000 ، بازیابی شده در 24 سپتامبر 2014
5. AR Boccaccini; س عتیق; DN بوکاچینی; من دلوهی; سی کایا (2005). "رفتار شکست کامپوزیت های ماتریس مولایت تقویت شده با الیاف مولایت تحت بارگذاری ضربه ای شبه استاتیکی و بالستیک". علم و فناوری کامپوزیت ها . 65 (2): 325-333. doi :10.1016/j.compscitech.2004.08.002.
6. J. Phalippou; T. Woignier; R. Rogier (1989). چقرمگی شکست آئروژل های سیلیسی. Journal de Physique Colloques . 50 : C4–191. doi :10.1051/jphyscol:1989431.
7. وی، رابرت (2010)، مکانیک شکست: ادغام مکانیک، علم مواد و شیمی ، انتشارات دانشگاه کمبریج، ASIN  052119489X
8. Courtney, Thomas H. (2000). رفتار مکانیکی مواد . مک گراو هیل. شابک 9781577664253. OCLC  41932585.
9. Padture، Nitin (12 آوریل 2002). "پوشش های سد حرارتی برای کاربردهای موتورهای توربین گاز". علم . 296 (5566): 280-284. Bibcode :2002Sci...296..280P. doi :10.1126/science.1068609. PMID  11951028. S2CID  19761127.
10. لیانگ، یلینگ (2010)، مکانیسم سخت‌کننده در نانوکامپوزیت‌های هیبریدی اپوکسی-سیلیکا-لاستیک ، دانشگاه لیهای، ص. 20، OCLC  591591884
11. کمیته E08. "روش تست برای اندازه گیری چقرمگی شکست". doi : 10.1520/e1820-20a. {{cite journal}}: مجله استناد نیاز دارد |journal=( کمک )CS1 maint: نام‌های عددی: فهرست نویسندگان ( پیوند )
12. «اصطلاحات استاندارد مربوط به تست شکستگی خستگی». www.astm.org . doi : 10.1520/e1823-13 . بازیابی شده در 10 مه 2019 .
13. "روش تست استاندارد برای چقرمگی شکست در کرنش صفحه مواد فلزی". www.astm.org . doi : 10.1520/e0399-90r97 . بازیابی شده در 10 مه 2019 .
14. اندروز، WR؛ شی، سی اف. "ضخامت و اثرات شیار جانبی بر روی منحنی های مقاومت J و δ برای فولاد A533-B در دمای 93 درجه سانتیگراد". www.astm.org : 426–450. doi : 10.1520/stp35842s . بازیابی شده در 10 مه 2019 .
15. "روش تست استاندارد برای چقرمگی شکست در کرنش صفحه مواد فلزی". www.astm.org . doi : 10.1520/e0399-90r97 . بازیابی شده در 10 مه 2019 .
16. «عوامل شدت تنش هندسه آزمایش/عوامل Nu الاستیک». www.twi-global.com .
17. «تمرین استاندارد برای تعیین منحنی R». www.astm.org . doi : 10.1520/e0561-98 . بازیابی شده در 10 مه 2019 .
18. لیو، ام. و همکاران (2015). "یک راه حل نیمه تحلیلی بهبود یافته برای استرس در بریدگی های نوک گرد" (PDF) . مکانیک شکست مهندسی . 149 : 134-143. doi :10.1016/j.engfracmech.2015.10.004. S2CID  51902898.
19. "روش تست استاندارد برای اندازه گیری چقرمگی شکست". www.astm.org . doi : 10.1520/e1820-01 . بازیابی شده در 10 مه 2019 .
20. ISO 28079:2009، تست چقرمگی پالمکویست، بازیابی شده در 22 ژانویه 2016
21. هاچینسون، جان (1989). "مکانیسم های سخت شدن در سرامیک". مکانیک نظری و کاربردی : 139-144. doi :10.1016/B978-0-444-87302-6.50017-X. شابک 9780444873026- از طریق الزویر.
22. فابر، KT؛ Evans, AG (1 آوریل 1983). "فرایندهای انحراف ترک - نظریه I". Acta Metallurgica . 31 (4): 565-576. doi :10.1016/0001-6160(83)90046-9. ISSN  0001-6160.
23. فابر، KT؛ Evans, AG (1 آوریل 1983). "فرایندهای انحراف ترک - II. آزمایش". Acta Metallurgica . 31 (4): 577-584. doi :10.1016/0001-6160(83)90047-0. ISSN  0001-6160.

در ادامه مطلب

• اندرسون، TL، مکانیک شکست: مبانی و کاربردها (CRC Press، بوستون 1995).
• Davidge، RW، رفتار مکانیکی سرامیک (انتشارات دانشگاه کمبریج 1979).
• نات، KF، مبانی مکانیک شکست (1973).
• سورش، اس.، خستگی مواد (انتشارات دانشگاه کمبریج 1998، ویرایش دوم).