Hvað er brothætt? | Skilgreining, Orsakir & Efni

Efni sem notuð eru í verkfræði mistakast sjaldan einfaldlega vegna þess að þau eru „sterk“ eða „veik“.

Raunveruleg hegðun þeirra undir álagi veltur á samsetningu styrks, stífleiki, sveigjanleika, hörku, brotþol, hitastig, hleðsluhraði, Smásjá, og galla.

Meðal þessara eiginleika, stökkleiki er sérstaklega mikilvægt vegna þess að það tengist beinbrotum sem eiga sér stað eftir tiltölulega litla varanlega aflögun.

Brothætt efni getur staðist töluvert álag og virst burðarvirkt þar til hættuástandi er náð, eftir það geta sprungur og brot orðið hratt.

Þessi hegðun er í grundvallaratriðum frábrugðin hegðun mjög sveigjanlegs efnis, sem getur orðið fyrir verulegri plastaflögun áður en bilun.

Brotleiki er því ekki bara samheiti yfir veikleika, hörku, eða viðkvæmni.

1. Hvað er brothætt?

Brittleness er efniseiginleiki sem lýsir tilhneigingu til að brotna með lítil eða takmörkuð plastaflögun þegar það verður fyrir vélrænu álagi.

Ólíkt sveigjanlegu efni, sem getur gengist undir verulega varanlega aflögun fyrir bilun, brothætt efni getur brotnað með tiltölulega litlum sýnilegum breytingum á lögun.

Frá verkfræðilegu sjónarhorni, Stökk er best skilið sem tilhneiging efnis til að mæta álagi í gegnum það sprunguupphaf og útbreiðslu frekar en mikil plastframleiðsla.

Þegar mikilvæg sprunga eða galli verður óstöðug, bilun getur átt sér stað hratt.

Ekki má rugla saman brothættu lítill styrkur eða mikil hörku. Brothætt efni getur haft töluverðan togstyrk og hörku á meðan það hefur enn lélega mótstöðu gegn sprunguútbreiðslu.

Brothegðun þess fer eftir þáttum eins og örbyggingu, hitastig, hleðsluhraði, galla, og streitueinbeiting.

Helstu eiginleikar brothættra efna

2. Hvernig tengist brothætti streitu-álagsferlinu?

Brotleiki endurspeglast fyrst og fremst í takmarkað álag og orkugleypni af efni fyrir brot.

Á streitu-álagsferli, brothætt efni sýnir venjulega tiltölulega stutt teygjanlegt svæði og síðan brot, með litla sem enga plastaflögun.

Brotþungi þess er því lítill miðað við sveigjanlegt efni. Svæðið undir ferilnum upp að broti táknar efnisins hörku, þannig að lítið svæði gefur yfirleitt til kynna takmarkað orkuupptöku.

Aftur á móti, sveigjanlegt efni þróar áberandi plastsvæði eftir að það gefur eftir og getur orðið fyrir verulegri aflögun áður en það bilar.

Þannig, streitu-álagsferillinn veitir gagnlegan sjónrænan aðgreining: brothætt efni hafa tilhneigingu til að brotna við litla álag með lítilli plastaflögun, en sveigjanleg efni þola verulegt plastálag fyrir brot.

Mikilvægt, stökkleika ætti ekki að dæma út frá styrkleika eða stífleika eingöngu; efni getur haft mikinn styrk eða háan teygjustuðul á meðan það er enn með brothætta bilun.

3. Brothættir brotakerfi

Brotbrot verður þegar sprunga breiðist út með lítilli tilheyrandi plastaflögun.

Klofnunarbrot

Klofnunarbrot er umkornótt bilunarkerfi þar sem sprunga breiðist út í gegnum korn eftir sérstökum kristallaflötum.

Það er ívilnandi þegar plast aflögun er mjög takmörkuð, eins og við lágt hitastig eða undir miklum þvingunum.

Millikornbrot

Millikornbrot á sér stað þegar sprunga fylgir helst kornmörkum frekar en að skera í gegnum kornin.

Það gefur almennt til kynna að kornmörkin séu orðin vélrænt veikari en korninnréttingin.

Brotbrot í fjölliðum

Fjölliður sýna mismunandi brotaferli vegna þess að sameindabygging þeirra og aflögunarhegðun er í grundvallaratriðum frábrugðin kristallaðum málmum og keramik..

Undir efnissértæku umbreytingarhitastigi, sumar fjölliður verða glerkenndar og missa mikið af getu sinni til að verða fyrir plastaflögun.

4. Hvað veldur því að efni verður brothætt?

Brotleiki ræðst ekki af einum efnislegum eiginleikum. Það stafar af samspili efnasamsetningar, Smásjá, hitastig, hleðsluskilyrði, framleiðslusögu, og galla.

Efni sem hegðar sér sveigjanlega við eitt sett af skilyrðum getur orðið verulega stökkara við annað.

Hitastig

Hitastig er einn mikilvægasti þátturinn sem hefur áhrif á beinbrotahegðun, sérstaklega í mörgum líkamsmiðuðum kúbikum (BCC) málmar.

Þegar hitastig lækkar, hreyfanleiki atóms og hreyfingar frá liðum verða erfiðari, dregur úr getu efnisins til að mæta plastaflögun.

Sum stál sýna því a sveigjanleg til brothætt umskipti (DBT) yfir ákveðið hitastig.

Þessi hegðun er sérstaklega mikilvæg fyrir íhluti sem verða fyrir köldu umhverfi, eins og leiðslur, Þrýstingaskip, flutningstæki, og mannvirki á hafi úti.

Efnisval verður því ekki aðeins að taka tillit til styrkleika við stofuhita heldur einnig tilskilinna höggseigni við lágmarkshitastig.

Efnasamsetning og málmblöndur

Efnafræði álfelgur getur verulega breytt jafnvægi milli styrkleika, sveigjanleika, og brotþol.

Aukið kolefnisinnihald, til dæmis, getur aukið hörku og styrk í stáli en getur dregið úr sveigjanleika og seigleika ef örbyggingin verður of hörð eða brothætt.

Ákveðnir málmblöndur geta bætt hörku eða komið á stöðugleika á æskilegum stigum, meðan óhreinindi eins og brennisteini og fosfór getur stuðlað að stökkleika þegar það er til staðar á óviðeigandi stigi.

Vetni er annað mikilvægt áhyggjuefni vegna þess að það getur dreifst í viðkvæma málma og stuðlað að vetnisbrot, sérstaklega í hástyrktu stáli.

Örbygging og hitameðferð

Innri örbyggingin ákvarðar oft hversu auðveldlega sprunga getur hafið og breiðst út.

Kornastærð, Dreifing áfanga, formgerð karbíðs, útfellingar, innifalið, og leifar álags hafa öll áhrif á beinbrotahegðun.

Hitameðferð er því mikilvæg. Óhófleg herðing getur framleitt mjög sterka en litla seigju örbyggingar, en rétt stjórnað temprun getur bætt viðnám gegn sprunguútbreiðslu.

Í stáli, til dæmis, munurinn á rétt milduðu martensíti og of harðu ótempruðu martensíti getur ráðið úrslitum um áreiðanleika byggingarinnar.

Streitustyrkur og gallar

Brotbrot er mjög viðkvæmt fyrir staðbundnum streitustyrk. Skörp horn, hak, vinnslumerki, svitahola, innifalið, Rýrnunarhol, suðugalla, og sprungur getur magnað staðbundið álag langt umfram nafnálag.

Því skarpari sem gallinn er og því lægri er brotseigja efnisins, því meiri hætta er á að sprungur geti hafist.

Þetta er ástæðan fyrir því að verkfræðihönnun notar oft rausnarlega flakaradíus, stjórnað yfirborðsgæði, og viðeigandi skoðunaraðferðir til að draga úr mögulegum upphafsstöðum fyrir brot.

Framleiðslu- og þjónustuskilyrði

Vinnslusaga getur kynnt þætti sem auka stökkleika, þ.mt afgangsálag, óviðeigandi hitameðferð, aðskilnað, óhófleg kuldavinnsla, suðugalla, og óhagstæðar fasabreytingar.

Umhverfisváhrif geta stuðlað enn frekar að með aðferðum eins og vetnisbroti, tæringarhjálpuð sprunga, eða geislunarskemmdir.

5. Hvaða efni eru venjulega brothætt?

Brotleiki er oftast tengdur við efni sem hafa takmörkuð plastaflögun og tiltölulega lágt brotálag.

Samt, brothætt er ekki alger flokkun: sama efni getur orðið meira eða minna brothætt eftir hitastigi, Smásjá, hleðsluhraði, galla, og umhverfisaðstæður.

6. Hver er munurinn á brothættu og sveigjanleika?

Brotleiki og sveigjanleiki lýsa því hvernig efni bregst við álagi fyrir brot.

Brothætt efni hefur tilhneigingu til að brotna með lítilli plastaflögun, á meðan sveigjanlegt efni getur gengist undir verulega varanlega aflögun áður en það bilar.

Þessir eiginleikar eru nátengdir getu efnisins til að mæta streitu í gegnum plastaflögun.

7. Brothætti vs. Hörku: Hvers vegna munurinn skiptir máli

Seigleiki og stökkleiki eru ekki sami eiginleiki. Brotleiki lýsir tilhneigingu efnis til að brotna með lítilli plastaflögun, en seigja mælir magn orku sem efni getur tekið í sig fyrir brot.

8. Hvernig er hægt að draga úr brothættu?

Oft er hægt að draga úr brothættu með því að breyta efnissamsetningunni, Smásjá, vinnsluskilyrði, rúmfræði íhluta, eða þjónustuumhverfi.

Viðeigandi nálgun fer mjög eftir efniskerfinu og vélbúnaðinum sem ber ábyrgð á brothættum hegðun.

Fínstilltu hitameðferð

Fyrir stál og önnur hitameðhöndluð málmblöndur, stýrð hitameðferð er ein áhrifaríkasta leiðin til að koma jafnvægi á styrk og sveigjanleika.

Til dæmis, Hertu hertu stáli getur dregið úr of mikilli hörku og afgangsspennu á sama tíma og það bætir seigleika.

Markmiðið er ekki endilega að hámarka sveigjanleika, en að koma á viðeigandi samsetningu styrks, hörku, Brot hörku, og víddar stöðugleiki.

Betrumbæta og stjórna örbyggingunni

Örbyggingarfágun getur verulega bætt viðnám gegn brothættum brotum í mörgum málmefnum.

Fínt, jöfn korn geta aukið klofningsþol og dregið úr fjarlægðinni sem óstöðug sprunga getur breiðst út yfir.

Eftirlit með inniföldum, útfellingar, Carbides, og aðskilnaður er ekki síður mikilvægur. Of stórir eða illa dreifðir brothættir fasar geta skapað ákjósanlega sprungubyrjunarstaði.

Breyta álblöndu

Hægt er að nota álhönnun til að bæta hörku en viðhalda nauðsynlegum vélrænni eiginleikum.

Fer eftir efniskerfinu, viðeigandi málmblöndur geta komið á stöðugleika í æskilegum áföngum, betrumbæta korn, bæta harðni, eða draga úr næmi fyrir umhverfisbroti.

Fyrir stál, stjórna skaðlegum óhreinindum og lágmarka aðstæður sem stuðla að stökkvandi vetnis, skapbrot, eða veiking kornmarka getur verið sérstaklega mikilvæg.

Draga úr streitustyrk

Rúmfræði íhluta hefur bein áhrif á brothættu. Skörp horn, skyndilegar kaflabreytingar, djúpar skorur, og illa hönnuð holur geta valdið alvarlegum staðbundnum streitustyrk.

Verkfræðiráðstafanir eins og stærri flakageisla, mýkri umskipti, bjartsýni holu rúmfræði, og bætt yfirborðsgæði geta lækkað staðbundið hámarksálag og dregið úr líkum á sprunguupphafi.

Stjórna framleiðslugöllum

Porosity, innifalið, sprungur, ófullkominn samruni, skemmdir á vinnslu, og aðrir framleiðslugallar geta orðið mikilvægir brotauppruni.

Að bæta steypu, smíða, suðu, hitameðferð, og vinnsluferlar geta því aukið árangursríka brotþol.

Fyrir öryggis mikilvæga íhluti, ekki eyðileggjandi próf (Ndt)-eins og ultrasonic, Röntgenmynd, segul-ögn, eða litarefnisskoðun - getur hjálpað til við að bera kennsl á galla áður en þeir verða þjónustubilanir.

Stjórna hitastigi og umhverfi

Ef stökkleiki tengist lágum hita, að auka rekstrarhitastig eða velja efni með betri hörku við lághita getur komið í veg fyrir sveigjanlegt yfir í brothætt umskipti.

Umhverfiseftirlit er líka mikilvægt. Viðeigandi efnisval, húðun, Yfirborðsmeðferðir, kaþódísk vernd þar sem við á, og aðgerðir til að stjórna vetni geta dregið úr sprungum með aðstoð umhverfisvænna.

9. Hvers vegna brothætt skiptir máli í verkfræði

Brotleiki er mikilvægt verkfræðilegt atriði vegna þess að það hefur bein áhrif bilunarhamur, burðarvirki áreiðanleika, Öryggismörk, og efnisval.

Brothættur íhlutur getur haldið miklu álagi á meðan hann virðist óskemmdur og bilar síðan hratt þegar mikilvægu sprungu- eða streituástandi er náð.

Þessi hegðun á sérstaklega við í mannvirkjum þar sem skyndilegt brot getur leitt til skemmda eða taps á innilokun.

Efnisval

Efnisval ætti að taka mið af öllu þjónustuumhverfi frekar en að treysta eingöngu á togstyrk eða hörku.

Til dæmis, hástyrkt stál getur veitt framúrskarandi burðargetu en getur verið óhentugt til notkunar við lágan hita ef brotseigja þess verður ófullnægjandi.

Byggingar- og íhlutahönnun

Rúmfræði hefur mikil áhrif á hættu á brothættu. Skarpar skorur, skyndilegar kaflabreytingar, göt, Þræðir, og vinnslumerki geta einbeitt álagi og flýtt fyrir sprungubyrjun.

Rétt hönnun felur því í sér slétt umskipti, viðeigandi radíus, stjórnað yfirborðsgæði, og nægilegt brotþol.

Framleiðsla og gæðaeftirlit

Framleiðslugallar geta orðið mikilvægir brotauppruni í brothættum eða brotnæmum efnum.

Steypufróleiki, innifalið, ósamfellur í suðu, hitameðhöndlunargalla, og yfirborðssprungur ætti að stjórna með viðeigandi ferlibreytum og skoðunaraðferðum.

Fyrir mikilvæga hluti, ekki eyðileggjandi próf (Ndt) og samþykkisviðmið sem byggjast á brotatækni geta veitt viðbótarlag af vernd gegn óvæntum bilun.

Öryggis- og bilunarspá

Sveigjanleg efni veita oft sýnilega aflögun fyrir bilun, en brothætt efni geta veitt litla viðvörun.

Þar af leiðandi, hönnun sem felur í sér brothætt efni krefst almennt meiri athygli gallastærð, sprunguvöxtur, rekstrarhitastig, hleðsluskilyrði, og eftirlitstímabil.

Í forritum eins og þrýstihylki, brýr, leiðslur, Aerospace mannvirki, Skurðarverkfæri, og keramikhlutar, skilningur á stökkleika er nauðsynlegur til að koma á viðeigandi öryggisþáttum og koma í veg fyrir skelfilegt beinbrot.

10. Hver er munurinn á „brothættu“ og „brothættu“?

Skilmálarnir "viðkvæmt" Og „brothætt“ eru oft notuð til skiptis í daglegu máli, en þeir hafa mismunandi merkingu í verkfræði.

Brothætt er tæknilegt efnisvísindahugtak sem lýsir tilhneigingu efnis til að brotna með takmarkaðri plastaflögun.

Viðkvæmt, Aftur á móti, er víðtækara lýsandi hugtak sem þýðir venjulega að eitthvað skemmist auðveldlega, brotinn, eða eytt.

Viðkvæmur hlutur getur verið viðkvæmur vegna rúmfræði hans, þynnku, yfirborðsástand, eða smíði - ekki endilega vegna þess að efnið sjálft hefur í eðli sínu litla sveigjanleika.

11. Niðurstaða

Brotleiki er tilhneiging efnis til að brotna með litla sem enga verulega plastfræðilega aflögun.

Það er í grundvallaratriðum frábrugðið styrkleika, hörku, og hörku, þó að þessir eiginleikar geti haft sterk samskipti við að ákvarða raunverulega bilunarhegðun.

Frá verkfræðilegu sjónarhorni, Lykilatriðið er ekki einfaldlega hvort efni sé merkt „brothætt,“ heldur hvernig það mun haga sér við raunveruleg þjónustuskilyrði.

Viðeigandi efnisval, örbyggingarstýring, hitameðferð, geometrísk hönnun, gallavörn, og skoðun getur dregið verulega úr hættu á óvæntum beinbrotum.

 

Algengar spurningar

Hvað er brothætt í einföldu máli?

Brotleiki er tilhneiging efnis til að brotna frekar en plastaflögun þegar það verður fyrir nægilegu álagi.

Brothætt efni brotna almennt skyndilega og gleypa tiltölulega litla orku fyrir bilun.

Er stökkleiki það sama og lítill styrkur?

Nei. Styrkur og stökkleiki eru mismunandi eiginleikar. Efni getur haft mjög mikinn styrk eða hörku en samt brotið með lítilli plastaflögun.

Getur málmur orðið brothættur?

Já. Málmar geta orðið stökkari vegna lágs hitastigs, of mikil herðing, óhagstæð hitameðferð, útsetning fyrir vetni, aðskilnað óhreininda, geislaskemmdir, eða mikilli streituþéttni.

Hvernig er brothætta mæld?

Það er ekkert eitt algilt „brjótleikagildi“.

Verkfræðingar meta það venjulega með því að nota eiginleika eins og beinbrot, lenging, Áhrif hörku, Brot hörku, og sveigjanlegt-til-stökkt umbreytingarhitastig, eftir efni og notkun.

Er hægt að gera brothætt efni harðara?

Í mörgum tilvikum, já. Hægt er að bæta hörku með smásmíði, hámarks hitameðferð, Breyting á málmblöndu, stýrð vinnsla, styrking, og minnkun streitustyrks og galla.

Af hverju verður stál brothætt við lágt hitastig?

Stál verður brothætt við lágt hitastig vegna sveigjanlegra yfir í brothætt umskipti.

Undir breytingahitastigi, efnið þolir ekki álag vegna plastaflögunar og brota á brothættan hátt.

Hvað er sveigjanlegt-til-brjót umbreytingarhitastig (DBTT)?

DBTT er hitastigið undir því sem efni hegðar sér á brothættan hátt og yfir því sem það hegðar sér á sveigjanlegan hátt. Það er mikilvæg færibreyta fyrir notkun við lágan hita.