IMT1_008 שבר וחסינות השבר

שבר

שבר פשוט הוא הפרדה של גוף לשניים או יותר חלקים כתגובה למאמץ סטטי (קבוע, או משתנה באיטיות לאורך זמן) שמופעל עליו, ובטמפרטורות נמוכות יחסית מטמפרטורת ההיתוך של החומר. סוג המאמץ שמופעל יכל להיות מתיחה, לחיצה, גזירה או פיתול - אנו נעסוק במתיחה צירית.

נסווג את השברים לשניים: פריך ומשיך - כאשר הסיווג מתבסס על יכולת החומר לספוג דפורמציה פלסטית. נשים לב כי משיך ופריך הם מושגים יחסיים. רוב החומרים נופלים בספקטרום בין פריך ומשיך:

שבר משיך -
שבר פריך -
שבר די משיך לאחר מעט הדקקות -

הדקקות זו מילה?

כן

שבר משיך

שבר משיך מתבצע במספר שלבים.

1. הצוואר מתחיל להידקק.
2. חללים קטנים מתחילים להיווצר בפנים של השטח חתך.
3. החללים גדלים, עד שהם משתלבים לחלל אחד גדול אליפטי, כאשר החלק הארוך של האליפסה מאונך לכיוון המתיחה.
4. החריץ גדל עד שהוא מגיע לקצוות הצוואר.
5. הדוגמה נשברת כאשר צד אחד שלה קעור וצד שני קמור - נקרא גם שבר קעור-קמור. שטח הפנים של השבר לא חלק - אלא מאוד סיבי ומחוספס - מה שמעיד על דפורמציה פלסטית.

שבר פריך

שבר פריך מתרחש ללא שום דפורמציה נראית, והתקדמות שבר מהירה. כיוון השבר מאונך לכיוון בו מופעלת המתיחה, והתוצאה היא ששטח הפנים של השבר יחסית מישורי

שבר משיך (קמור-קעור) -
שבר פריך -

חסינות השבר

בעזרת עקרונות מכניים עבור שברים, בנו ביטוי המקשר בין המאמץ הקריטי להתקדמות שבר (), ואורך סדק שכבר קיים בחומר ():

הגדרה:

כאשר נקרא חסינות השבר. נשים לב כי המידות מוזרות:

נקרא אורך הסדק האפקטיבי. כאשר הסדק בקצה:

כאשר הסדק פנימי:

חסינות השבר מודדת את התנגדות החומר לשבר כאשר סדק כבר קיים:

חסינות השבר, הוא תכונה לא של החומר, אלא של המימדים של הדגם. עבור דגמים די דקים, ערך יהיה תלוי בעובי, אבל כאשר העובי נהיה בכמה סדרי גודל יותר גדול מאורך הסדק, נהיה פחות ופחות תלוי בעובי, ויותר תלוי בתכונות החומר. כדי להבדיל בין שני ערכים אילו, נקרא לו .

העובי , ממנו מפסיק להיות מושפע מהעובי הוא:

כאשר הוא מאמץ הכניעה.

הסיבה שאנו קוראים ל- עם , היא התייחסות למוד משטח השבר:

מוד - Opening
מוד - Sliding
מוד - Tearing

מוד הוא סוג השבר הכי נפוץ, ולכן לא נתעסק במודים אחרים. מקדם החסינות הוא תכונה בסיסית של החומר, שתלויה גם בטמפרטורה, קצב העיבור, והמיקרובנה. גודלו קטן עם קצב עיבור גדל וטמפרטורה קטנה.

בנוסף, הוא לרוב גדל עם ירידה בגדלי הגרעין כאשר משתנים אחרים של המקרובנה נשארים קבועים.

אנרגיית נגיפה

ניסוי נגיפה הוא ניסוי בו מודדים את כמות האנרגיה שדרושה כדי לגרום לשבר בדגם מסוים.

בניסוי שוברים דגם ע”י פטיש שהונף מגובה מסוים. לאחר ההתנגשות, הפטיש מגיע לגובה נמוך מגובהו ההתחלתי.
האנרגייה לשבר/אנרגיית נגיפה היא ההפרש באנרגיה הפוטנציאלית - האנרגיה שהחומר ספג בתהליך השבירה.

אחד מהשימושים העיקריים לניסויים אלו הוא להחליט אם חומר מסוים עובר מעבר משיך לפריך עם ירידה בטמפרטורה, ואם כן, אז באיזה טווח טמפרטורות המעבר מתרחש.

העקומה האמצעית מתארת מעבר משיך לפריך - תכונה שיש לרוב הפלדות בעלות מבנה BCC בטווח טמפרטורות מסוים.

עבור פלדות חלשות, המעבר רגיש גם להרכב, וגם למיקרומבנה. למשל, כאשר מעלים את אחוז הפחמן, טווח הטמפרטורות של המעבר גם עולה:

המספרים ליד כל עקומה מתארים את אחוז הפחמן בפלדה.