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. [ необходима цитата ]
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 [ править ]
Полимеры [ править ]
Механические характеристики полимеров могут быть чувствительны к перепадам температуры, близкой к комнатной. Например, поли (метилметакрилат) чрезвычайно хрупок при температуре 4 ° C [1], 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 [ править ]
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 [ править ]
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 скольжение дополнительно ограничивается.
Замена хрупких материалов [ править ]
Материалы можно изменить, сделав их более хрупкими или менее хрупкими.
Ужесточение [ править ]
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.: отклонить или поглотить вершину распространяющейся трещины или создать тщательно контролируемые остаточные напряжения, чтобы трещины из определенных предсказуемых источников были 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 полимерыможет быть упрочнен за счет использования металлических частиц для образования 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 [ править ]
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 [ править ]
Сверхзвуковое разрушение - это движение трещины быстрее скорости звука в хрупком материале. Это явление было впервые обнаружено [ править ] учеными из Института Макса Планка Metals исследований в Штутгарте ( Markus J. Бюлер и Huajian Gao ) и Научно - исследовательского центра IBM Almaden в Сан - Хосе , Калифорния ( Farid F. Abraham ).
См. Также [ править ]
- Испытание на ударную вязкость по Изоду
- Испытание на удар по Шарпи
- Фрактография
- Судебная инженерия
- Пластичность
- Механизмы усиления материалов
- Стойкость
Ссылки [ править ]
- ^ Каллистер, младший, Уильям Д .; Ретвиш, Дэвид Г. (2015). Основы материаловедения и инженерии (5-е изд.). Вайли. ISBN 978-1-119-17548-3.
- Льюис, Питер Рис; Рейнольдс, К; Гагг, К. (2004). Судебная инженерия материалов: тематические исследования . CRC Press. ISBN 978-0-8493-1182-6.
- Рёслер, Иоахим; Хардерс, Харальд; Бекер, Мартин (2007). Механическое поведение конструкционных материалов: металлов, керамики, полимеров и композитов . Springer. ISBN 978-3-642-09252-7.
- Каллистер, Уильям Д .; Ретвиш, Дэвид Г. (2015). Основы материаловедения и инженерии . Вайли. ISBN 978-1-119-17548-3.
