شکست در فلزات و عوامل موثر در شکست

به جدا شدن ماده جامد به دو یا چند قسمت تحت اعمال بار یا تنش، شکست گفته می‌شود.

بسته به نوع بار، شکست ممکن است بر اساس تنش­های کششی، فشاری، برشی، خستگی، خزش و غیره تعریف شود.

به طور کلی شکست شامل دو پدیده است: ابتدا تشکیل ترک و در ادامه گسترش ترک.

شکست در فلزات به دو صورت نرم و ترد ممکن است صورت گیرد. نظریه­هایی برای توجیه نوع شکست وجود دارد.

در ادامه به بررسی هر کدام از انواع شکست پرداخته می شود.

           شکل 1. مقایسه­ ای از شکست ترد و شکست نرم

شکست نرم

بسیاری از فلزات و آلیاژهای آنها، به ویژه آنهایی که دارای ساختار کریستالی مکعبی با وجوه مرکز پر bcc  هستند مانند آلومینیوم و آلیاژهای آن، در تمام درجه حرارت‌ها شکست نرم خواهند داشت.

شکست نرم به آرامی و پس از تغییر شکل پلاستیکی زیاد به ازای تنشی بالاتر از استحکام کششی ظاهر می‌شود.

از مشخصات شکست نرم، تحت تاثیر تنش کششی، گلویی شدن یا نازکی موضعی و ایجاد حفره های بسیار ریز درون قسمت گلویی است که با اتصال آنها به یکدیگر به ایجاد یک ترک ریز و رشد آرام ترک تا حد پارگی یا شکست نهایی می­رسد.

شکل2. ریزساختار نمونه با سطح شکست نرم

 در این نوع شکست علت ایجاد حفرهای ریز در محدوده گلویی می‌تواند تغییر شکل غیریکنواخت ناشی از ناخالصی‌های موجود در ماده اصلی زمینه باشد.

لذا با ایجاد حفره های بسیار ریز در محدوده گلویی حالت تنش سه محوری برقرار می‌شود که منجر به ایجاد ترک می‌شود.

شکست ترد

شکست ترد معمولا در فلزاتی با ساختار کریستالی مکعب مرکزدار (bcc ) و هگزاگونال متراکم (hcp) و آلیاژهای آنها در درجه حرارتهای پایین ( معمولا پایینتر از دمای معمولی محیط ) و سرعت‎‌های تغییر شکل بالا بطور ناگهانی ظاهر می‌شود.

شکست ترد در امتداد صفحه کریستالی معینی، به نام صفحه کلیواژ، انجام می‌گیرد.

در شکست ترد عموما تغییر شکل پلاستیکی قابل توجهی در منطقه شکست مشاهده نمی‌شود.

بنابر فرضیه گریفیث علت پدیدار گشتن شکست ترد وجود ترک‌ها و خراش‌های سطحی بسیار ریز (با اندازه بحرانی) و پائین بودن استحکام در موضع است.

اما موادی هم وجود دارد که بدون داشتن ترک‌های سطحی بسیار ریز شکست ترد در آنها پدیدار می‌شود.

زنر و اشترو مکانیزم این فعل و انفعالات را چنین بیان داشتند که در حین تغییر شکل پلاستیکی نابجایی‌ها در پشت موانع (مانند مرزدانه‌ها و مرز مشترک دو قلویی‌ها) تجمع یافته و بدین ترتیب در زیر نیم صفحه‌های مربوط به این نابجایی‌ها ترک‌های بسیار ریزی ایجاد می‌شود .

این ترک‌های بسیار ریز همچنین می‌توانند محل‌های مناسبی برای نفوذ عناصری مانند اکسیژن، ازت و کربن در آنها و ایجاد فازهای ثانویه ترد و در نتیجه شکست ترد باشند.

عوامل موثر بر  بهبود تافنس شکست

شکل3. شکست در قطعات صنعتی

توانایی هر ماده در مقابل رشد ترک به عوامل زیر بستگی دارد:

1. عیوب بزرگ: با کاهش اندازه عیوب، تافنس شکست کاهش می‌یابد.
2. ضخامت قطعات: مواد ضخیم‌تر و صلب‌تر دارای تافنس شکست کمتر از مواد نازک است.
3. دمای کاری: با افزایش درجه حرارت معمولا تافنس شکست افزایش می‌یابد.
4. اندازه دانه: با کوچک شدن اندازه دانه معمولا، تافنس شکست افزایش می‌یابد.