Skørhed - Brittleness
Et materiale er skørt, hvis det, når det udsættes for spænding , knækker med ringe elastisk deformation og uden signifikant plastisk deformation . Skøre materialer absorberer relativt lidt energi inden brud, selv de med høj styrke . Brud ledsages ofte af en skarp snappelyd.
Når det anvendes inden for materialevidenskab , anvendes det generelt til materialer, der fejler, når der er ringe eller ingen plastisk deformation før svigt. Et bevis er at matche de ødelagte halvdele, som skal passe nøjagtigt, da der ikke er sket nogen plastisk deformation.
Skørhed i forskellige materialer
Polymerer
Mekaniske egenskaber ved polymerer kan være følsomme over for temperaturændringer nær stuetemperatur. For eksempel er poly (methylmethacrylat) ekstremt skørt ved temperatur 4 ° C, men oplever øget duktilitet med øget temperatur. Amorfe polymerer er polymerer, der kan opføre sig forskelligt ved forskellige temperaturer. De kan opføre sig som et glas ved lave temperaturer (det glasagtige område), et gummiagtigt fast stof ved mellemliggende temperaturer (det læderagtige eller glasovergangsområdet) og en tyktflydende væske ved højere temperaturer (det gummiagtige strømnings- og tyktflydende strømningsområde). Denne adfærd er kendt som viskoelastisk adfærd . I det glasagtige område vil den amorfe polymer være stiv og sprød. Ved stigende temperatur bliver polymeren mindre skør.
Metaller
Nogle metaller udviser sprøde egenskaber på grund af deres glidesystemer . Jo flere glidesystemer et metal har, jo mindre skørt er det, fordi plastisk deformation kan forekomme langs mange af disse glidesystemer. Omvendt med færre glidesystemer kan der opstå mindre plastisk deformation, og metallet vil være mere skørt. For eksempel har HCP (sekskantede tætpakkede ) metaller få aktive glidesystemer og er typisk sprøde.
Keramik
Keramik er generelt sprød på grund af vanskelighederne med forskydningsbevægelse eller glidning. Der er få glidesystemer i krystallinsk keramik, som en forskydning er i stand til at bevæge sig langs, hvilket gør deformation vanskelig og gør keramikken mere sprød. Keramiske materialer udviser generelt ionbinding . På grund af ionernes elektriske ladning og deres frastødning af ioner med samme ladning er glidning yderligere begrænset.
Ændring af skøre materialer
Materialer kan ændres for at blive mere skøre eller mindre skøre.
Hærdning
Når et materiale har nået grænsen for dets styrke, har det normalt mulighed for enten deformation eller brud. Et naturligt formbart metal kan gøres stærkere ved at hindre mekanismerne for plastisk deformation (reducering af kornstørrelse , nedbørshærdning , arbejdshærdning osv.), Men hvis dette tages ekstremt, bliver brud det mere sandsynlige resultat, og materialet kan blive sprød. Forbedring af materialets sejhed er derfor en afbalanceringshandling. Naturligt skøre materialer, såsom glas , er ikke vanskelige at hærde effektivt. De fleste sådanne teknikker involverer en af to mekanismer : at afbøje eller absorbere spidsen af en udbredende revne eller at skabe omhyggeligt kontrollerede restspændinger, så revner fra visse forudsigelige kilder vil blive tvunget til at lukke. Det første princip anvendes i lamineret glas, hvor to glasplader er adskilt af et mellemlag af polyvinylbutyral . Polyvinylbutyralen absorberer den voksende revne som en viskoelastisk polymer. Den anden metode anvendes i hærdet glas og forspændt beton . En demonstration af glashærdning leveres af Prince Rupert's Drop . Skøre polymerer kan hærdes ved hjælp af metalpartikler til at initiere kramper, når en prøve er stresset, et godt eksempel er højstyrket polystyren eller HIPS. Den mindst sprøde strukturkeramik er siliciumcarbid (hovedsagelig i kraft af dets høje styrke) og transformationshærdet zirconiumoxid .
En anden filosofi anvendes i kompositmaterialer , hvor skøre glasfibre f.eks. Er indlejret i en duktil matrix som polyesterharpiks . Når der spændes, dannes der revner ved glas-matrix-grænsefladen, men der dannes så mange, at meget energi absorberes, og materialet hærdes derved. Det samme princip bruges til at skabe metalmatrixkompositter .
Effekt af tryk
Generelt kan et skørstyrke af et materiale øges ved tryk . Dette sker som et eksempel i den sprød-duktile overgangszone i en omtrentlig dybde på 10 kilometer (6,2 mi) i jordskorpen , hvor sten bliver mindre tilbøjelige til at knække og mere tilbøjelige til at deformere helt (se rheid ).
Crack vækst
Supersonisk brud er revnebevægelse hurtigere end lydens hastighed i et skørt materiale. Dette fænomen blev først opdaget af forskere fra Max Planck Institute for Metals Research i Stuttgart ( Markus J. Buehler og Huajian Gao ) og IBM Almaden Research Center i San Jose , Californien ( Farid F. Abraham ).
Se også
- Izod slagstyrke test
- Charpy stødprøve
- Fraktografi
- Kriminalteknik
- Duktilitet
- Styrke mekanismer af materialer
- Sejhed
Referencer
- Lewis, Peter Rhys; Reynolds, K; Gagg, C (2004). Forensic Materials Engineering: Casestudier . CRC Tryk. ISBN 978-0-8493-1182-6 .
- Rösler, Joachim; Harders, Harald; Bäker, Martin (2007). Mekanisk opførsel af tekniske materialer: metaller, keramik, polymerer og kompositter . Springer. ISBN 978-3-642-09252-7 .
- Callister, William D .; Rethwisch, David G. (2015). Grundlæggende om materialevidenskab og teknik . Wiley. ISBN 978-1-119-17548-3 .