Понимание хрупкости материалов

Когда материал находится под напряжением, он считается хрупким, если он трескается с небольшой упругой деформацией и незначительной пластической деформацией или без нее. Даже материалы с высокой прочностью, которые являются хрупкими, имеют тенденцию поглощать относительно небольшую энергию перед разрушением. Когда что-то ломается, часто раздается громкий щелкающий звук.

Обычно он используется для материалов, которые выходят из строя, когда пластическая деформация практически отсутствует до разрушения, когда он используется в исследовании материалов. Сломанные части должны идеально подходить друг к другу, так как не было никакой пластической деформации, что является одним из способов проверить это.

В этой статье вы получите следующие вопросы будут обсуждаться:

• Что такое хрупкость?
• Хрупкость различных материалов
• Как материалы становятся хрупкими?
• Как влияет давление на хрупкость?

Что такое хрупкость?

Термин «хрупкость» относится к склонности материала к разрушению под нагрузкой, но лишь к незначительной деформации перед этим. Высокая прочность на сжатие и низкая прочность на растяжение являются характеристиками хрупких материалов, а также малой деформацией, плохой устойчивостью к ударам и вибрации нагрузки и высокой прочностью на сжатие. Большинство неметаллических неорганических материалов хрупкие.

Когда материал находится под напряжением, он считается хрупким, если он трескается с небольшой упругой деформацией и незначительной пластической деформацией или без нее. Даже материалы с высокой прочностью, которые являются хрупкими, имеют тенденцию поглощать относительно небольшую энергию перед разрушением. Когда что-то ломается, часто раздается громкий щелкающий звук.

Обычно он используется для материалов, которые выходят из строя, когда пластическая деформация практически отсутствует до разрушения, когда он используется в исследовании материалов. Сломанные части должны идеально подходить друг к другу, так как не было никакой пластической деформации, что является одним из способов проверить это.

Ниже пороговой температуры, известной как температура стеклования (Tg) или температура перехода от пластичности к хрупкости (DBTT), металлы и полимеры становятся хрупкими. Это быстрое изменение губительно, особенно когда силы воздействуют на тело. Наблюдается, что рост разрушения ортогонален приложенным силам, которые проходят через молекулярные зерна или границы зерен.

В этом случае температура влияет на молекулярную структуру материала таким образом, что он не может сохранять свою гибкость, что приводит к разрушению материала. Как правило, все материалы в конечном итоге выходят из строя, когда их пределы превышены, однако хрупкость означает склонность материала к разрушению до того, как он изменит форму или размер.

Разрушение хрупких материалов происходит при двух обстоятельствах:напряжение, действующее на поверхность материала, и температура окружающей среды ниже точки плавления материала.

Хрупкость различных материалов

Ниже приведены материалы с их уровнем хрупкости:

Полимеры

Механические свойства полимера чувствительны к колебаниям температуры, близкой к комнатной. Например, полиметилметакрилат чрезвычайно хрупок при 4 °C, но становится более пластичным при повышении температуры.

Аморфные полимеры по-разному реагируют на изменение температуры. При низких температурах они могут вести себя как стекло (стеклянная зона), при промежуточных температурах они могут вести себя как каучукоподобное твердое вещество (кожистая или стеклообразная область перехода), а при более высоких температурах они могут вести себя как вязкая жидкость (каучукообразная зона). поток и область вязкого течения).

Вязкоупругое поведение - это название, данное этому действию. Аморфный полимер будет твердым и хрупким в стеклообразной зоне. По мере повышения температуры полимер становится менее хрупким.

Металлы

Из-за своих систем скольжения некоторые металлы проявляют хрупкие свойства. Металл менее хрупок, чем больше в нем систем скольжения, потому что некоторые из этих систем скольжения могут подвергаться пластической деформации. С другой стороны, металл будет более хрупким с меньшим количеством систем скольжения, поскольку может иметь место меньшая пластическая деформация. Например, металлы HCP (гексагональные плотно упакованные) часто хрупкие и имеют мало активных систем скольжения.

Керамика

Из-за трудности движения или скольжения дислокации керамика обычно хрупкая. Кристаллическая керамика имеет ограниченное количество систем скольжения, что затрудняет деформацию и повышает хрупкость керамики.

Ионная связь обычно присутствует в керамических материалах. Скольжение дополнительно ограничивается электрическим зарядом ионов и их притяжением к другим ионам с аналогичным зарядом.

Как материалы становятся хрупкими?

Благодаря закалке материалы можно сделать более хрупкими или менее хрупкими. У материала обычно есть два варианта, когда он достигает предела своей прочности:деформация или разрушение. Предотвратив механизмы пластической деформации, естественно гибкий металл можно сделать прочнее, но если это сделать до крайности, более вероятным результатом становится разрушение, и материал может стать хрупким. Следовательно, повышение прочности материала требует тщательной балансировки.

Стекло и другие хрупкие от природы материалы могут быть эффективно закалены. В большинстве этих методов используется один из двух механизмов:либо отклонение или поглощение вершины трещины по мере ее распространения, либо создание точно регулируемых остаточных напряжений, которые заставят трещины из определенных известных источников закрыться.

Многослойное стекло, состоящее из двух листов стекла, разделенных прослойкой из поливинилбутираля, использует первый принцип. Являясь вязкоупругим полимером, поливинилбутираль поглощает расширяющуюся трещину. И закаленное стекло, и предварительно напряженный бетон используют второй метод.

Капля принца Руперта предлагает иллюстрацию закалки стекла. Ударопрочный полистирол, также известный как HIPS, является хорошей иллюстрацией того, как хрупкие полимеры можно сделать более прочными за счет включения металлических частиц, вызывающих трещины при воздействии на образец давления. Карбид кремния и закаленный после трансформации диоксид циркония являются наименее хрупкими конструкционными керамическими материалами.

Композитные материалы, в которых, например, хрупкие стеклянные волокна включены в пластичную матрицу, похожую на полиэфирную смолу, используют особую философию. На границе стекло-матрица при растяжении появляются трещины, но их так много, что поглощается много энергии, что делает материал более прочным. Композиты с металлической матрицей изготавливаются с использованием той же основной идеи.

Как влияет давление на хрупкость?

Как правило, давление можно использовать для повышения хрупкой прочности материала. Это происходит, например, в зоне перехода от хрупкости к пластичности на глубине около 10 километров (6,2 мили) в земной коре, где горная порода более пластична и менее склонна к разрушению.

Часто задаваемые вопросы

Что такое хрупкость и ее пример?

После деформации, превышающей их предел упругости, хрупкие материалы почти быстро начинают разрушаться в сторону разрушения или разрыва, потому что они имеют крошечную зону пластичности. К хрупким материалам относятся кости, чугун, фарфор и бетон.

Что такое пластичность и хрупкость?

В то время как хрупкость относится к склонности материала к разрушению или разрыву, а не к пластическому изгибу под действием растягивающего давления, пластичность относится к способности твердого материала делать это.

Какие бывают виды хрупкости?

Транскристаллитные и межкристаллитные изломы — две основные формы хрупких изломов.

Является ли хрупкость свойством металла?

Керамика, стекло и холодные металлы часто составляют большинство хрупких материалов. Хрупкость металла помогает определить пороговую температуру охлаждения, при которой пластичный материал становится хрупким.

Что такое хрупкий материал?

Стекло, керамика, графит и некоторые сплавы с очень низкой пластичностью являются примерами хрупких материалов. В этих материалах трещины могут начинаться без пластической деформации и быстро прогрессировать до хрупкого разрушения.

Вкратце

Хрупкость является важным свойством, которое следует учитывать при выборе материалов для проекта. Это относится к тенденции материала разрушаться под нагрузкой, но лишь слегка деформироваться перед этим. Хрупкие материалы характеризуются высокой прочностью на сжатие и низкой прочностью на растяжение, а также малой деформацией, плохой устойчивостью к ударам и вибрации нагрузки и высокой прочностью на сжатие.

Это все, что касается этой статьи, в которой даны ответы на следующие вопросы:

• Что такое хрупкость?
• Хрупкость различных материалов
• Как материалы становятся хрупкими?
• Как влияет давление на хрупкость?

Надеюсь, вы многому научились из прочитанного, если да, поделитесь с другими. Спасибо за прочтение, увидимся!