Хрупкость - Brittleness

Хрупкое разрушение стекла

Хрупкое разрушение чугунных образцов для испытаний на растяжение

Материал является хрупким , если под воздействием напряжения он разрушается с небольшой упругой деформацией и без значительной пластической деформации . Перед разрушением хрупкие материалы поглощают относительно мало энергии , даже если они обладают высокой прочностью . Обрыв часто сопровождается резким щелчком.

Когда он используется в материаловедении , он обычно применяется к материалам, которые разрушаются, когда пластическая деформация перед разрушением незначительна или отсутствует . Одним из доказательств является соответствие сломанных половин, которые должны точно соответствовать друг другу, поскольку не произошло пластической деформации.

Хрупкость различных материалов

Полимеры

Механические характеристики полимеров могут быть чувствительны к перепадам температуры, близкой к комнатной. Например, полиметилметакрилат чрезвычайно хрупок при температуре 4 ° C, но при повышении температуры обладает повышенной пластичностью. Аморфные полимеры - это полимеры, которые могут вести себя по-разному при разных температурах. Они могут вести себя как стекло при низких температурах (стекловидная область), каучукоподобное твердое вещество при промежуточных температурах (кожистая или стекловидная область) и вязкая жидкость при более высоких температурах (резиновое течение и вязкое течение). Такое поведение известно как вязкоупругое поведение . В стекловидной области аморфный полимер будет жестким и хрупким. С повышением температуры полимер станет менее хрупким.

Металлы

Некоторые металлы обладают хрупкими характеристиками из-за их систем скольжения . Чем больше в металле систем скольжения, тем менее хрупким он является, поскольку пластическая деформация может происходить вдоль многих из этих систем скольжения. И наоборот, при меньшем количестве систем скольжения может произойти меньшая пластическая деформация, и металл будет более хрупким. Например, металлы HCP (гексагональные плотноупакованные ) имеют мало активных систем скольжения и обычно хрупкие.

Керамика

Керамика обычно хрупкая из-за трудности движения дислокаций или скольжения. В кристаллической керамике мало систем скольжения, по которым может двигаться дислокация, что затрудняет деформацию и делает керамику более хрупкой. Керамические материалы обычно обладают ионной связью . Из-за электрического заряда ионов и их отталкивания от одноименно заряженных ионов проскальзывание дополнительно ограничивается.

Замена хрупких материалов

Материалы можно изменить, сделав их более хрупкими или менее хрупкими.

Ужесточение

График сравнения кривых напряжение-деформация для хрупких и пластичных материалов

Когда материал достигает предела своей прочности, он обычно может деформироваться или разрушиться. Естественно ковкий металл можно сделать прочнее, препятствуя механизмам пластической деформации (уменьшение размера зерна , дисперсионное упрочнение , деформационное упрочнение и т. Д.), Но если это доведено до крайности, разрушение становится более вероятным результатом, и материал может становятся хрупкими. Следовательно, повышение прочности материала - это баланс. Естественно хрупкие материалы, такие как стекло , не сложно эффективно закалить. Большинство таких методов включают один из двух механизмов : отклонение или поглощение вершины распространяющейся трещины или создание тщательно контролируемых остаточных напряжений, так что трещины от определенных предсказуемых источников будут принудительно закрыты. Первый принцип используется в многослойном стекле, где два листа стекла разделены прослойкой из поливинилбутираля . Поливинилбутираль как вязкоупругий полимер поглощает растущие трещины. Второй метод применяется для закаленного стекла и предварительно напряженного бетона . Демонстрация закалки стекла предоставлена компанией Prince Rupert's Drop . Хрупкие полимеры могут быть упрочнены с помощью металлических частиц, инициирующих образование трещин при напряжении образца, хорошим примером является ударопрочный полистирол или HIPS. Наименее хрупкой структурной керамикой являются карбид кремния (в основном из-за его высокой прочности) и диоксид циркония, упрочненный трансформацией .

Другая философия используется в композитных материалах , где , например, хрупкие стеклянные волокна встроены в пластичную матрицу, такую как полиэфирная смола . При деформации на границе раздела стекло – матрица образуются трещины, но их образуется так много, что поглощается много энергии, и в результате материал становится более прочным. Тот же принцип используется при создании композитов с металлической матрицей .

Эффект давления

Как правило, хрупкую прочность материала можно повысить за счет давления . Это происходит, например, в переходной зоне хрупко-пластичное на глубине примерно 10 километров (6,2 мили) в земной коре , при которой горная порода становится менее склонной к разрушению и с большей вероятностью пластично деформируется (см. Реид ).

Рост трещины

Сверхзвуковое разрушение - это движение трещины быстрее скорости звука в хрупком материале. Это явление было впервые обнаружено учеными из Института исследований металлов Макса Планка в Штутгарте ( Маркус Дж. Бюлер и Хуацзян Гао ) и исследовательского центра IBM Almaden в Сан-Хосе , Калифорния ( Фарид Ф. Абрахам ).

Хрупкость схема под названием «Деформация» ( русская : деформация ).

Languages

In other projects