Введение

Потеря пластичности материала, делая его хрупким. Хрупкость - это значительное снижение пластичности материала, что делает материал хрупким. Фрагментация используется для описания любого явления, при котором окружающая среда нарушает механические характеристики подвергнутого стрессу материала, такие как температура или состав окружающей среды. Это часто нежелательно, поскольку хрупкий перелом происходит быстрее и может гораздо легче распространяться, чем гибкий перелом, что приводит к полному отказу оборудования. Различные материалы имеют разные механизмы хрупкости, поэтому она может проявляться различными способами, от медленного роста трещин до снижения натяжной пластичности и прочности.

Механизмы

Ухудшение является серийным сложным механизмом, который не полностью изучен. Механизмы могут зависеть от температуры, напряжения, границ зерна или состава материала. Однако, изучая процесс хрупкости, можно принять превентивные меры для смягчения последствий. Существует несколько способов изучения механизмов. Во время хрупкости металла (ME) можно измерить скорость роста трещин. Компьютерные моделирования также могут быть использованы для просвещения механизмов, лежащих в основе ухудшения. Это полезно для понимания хрупкости водорода (HE), поскольку диффузия водорода через материалы может быть смоделирована. Упругость не играет роли в окончательном переломе; она в основном отвечает за распространение трещин. Сначала трещины должны образоваться. Большинство механизмов хрупкости могут вызывать перелом трансгранулярно или межгранулярно. Для хрупкости металла подвержены только определенные комбинации металлов, напряжений и температур. Это контрастирует с коррозионным трещинами, где практически любой металл может быть восприимчивым при правильном окружении. Тем не менее, этот механизм намного медленнее, чем у жидкого металла, предполагая, что он направляет поток атомов как в сторону трещины, так и от нее. Для нейтронной хрупкости главным механизмом являются столкновения внутри материала от побочных продуктов деления.

Колючесть водорода

Одним из наиболее обсуждаемых и вредных видов хрупкости является водородная хрупкость в металлах. Существует несколько способов, которыми атомы водорода могут диффузировать в металлы, в том числе из окружающей среды или во время обработки (например, в процессе разделения). электропластика). Точный механизм, вызывающий хрупкость водорода, до сих пор не определен, но многие теории предлагаются и все еще находятся на стадии проверки. Атомы водорода, вероятно, диффундируют к границам зерна металлов, что становится барьером для дислокационного движения и создает напряжение вблизи атомов. Когда металл подвергается напряжению, напряжение концентрируется вблизи границ зерна из-за атомов водорода, что позволяет трещине нуклеироваться и распространяться вдоль границ зерна, чтобы снять накопившееся напряжение. Существует множество способов предотвратить или уменьшить воздействие водородного хрупкости в металлах. Одним из более обычных способов является нанесение покрытий вокруг металла, которые будут действовать как диффузионные барьеры, препятствующие введению водорода из окружающей среды в материал. Другой способ - добавлять ловушки или абсорбторы в сплав, который принимает атом водорода и образует другое соединение.

Фрагментирование при 475 °C

Дуплексная нержавеющая сталь широко используется в промышленности, потому что обладает отличной устойчивостью к окислению, но она может иметь ограниченную прочность из-за большого размера ферритного зерна и тенденций к хрупкости при температуре от 280 до 500 °C, особенно при 475 °C, где происходит спинодальное разложение перенасыщенного твердого раствора феррита в богатую Fe нанофазу и богатую Cr нанофазу, сопровождаемое осаждением фазы G, что делает ферритную фазу предпочтительным местом инициирования микропорожней.

Радиоразрушение

Радиационная хрупкость, также известная как нейтронная хрупкость, является явлением, чаще всего наблюдаемым в реакторах и атомных электростанциях, поскольку эти материалы постоянно подвергаются постоянному количеству радиации. Когда нейтрон облучает металл, в материале создаются пустоты, которые известны как пустота. Если материал подвергается ползучести (при низкой скорости деформации и высокой температуре), пустоты сливаются в пустоты, что снижает механическую прочность заготовки.

Другие виды хрупкости

Коррозионная трещина (ККТ) - это хрупкость, вызванная воздействием водных, коррозионных материалов. Он опирается как на коррозионную среду, так и на наличие тягового (не сжимающего) напряжения. Сульфидный стресс-крекинг - это хрупкость, вызванная поглощением сероводорода. Адсорбционная хрупкость - это хрупкость, вызванная влагой. Крупность жидких металлов (LME) - это хрупкость, вызванная жидкими металлами. Металлоиндуцированная хрупкость (MIE) - хрупкость, вызванная диффузией атомов металла, твердого или жидкого, в материале. Например, кадмиевое покрытие высокопрочной стали, которое изначально было сделано для предотвращения коррозии. Сегрегация границ зерна может вызвать хрупкое межзернистое перелом. Во время затвердевания границы зерна в конечном итоге становятся хранилищем примесей в сплаве путем сегрегации. Эта граничная сегрегация зерна может создать сеть путей низкой прочности через материал. Основным механизмом хрупкости пластмасс является постепенная потеря пластификаторов, обычно в результате перегрева или старения. Основной механизм хрупкости асфальта - окисление, которое наиболее выражено в более теплых климатических условиях. Ухудшение прочности асфальтового покрытия (также известное как крокодиловое трещинение) может привести к различным формам трещины, включая продольную, поперечную и блочную (шестиугольную). Окисление асфальта связано с деградацией полимеров, поскольку эти материалы имеют сходство в своем химическом составе.

Ослабление неорганического стекла и керамики

Механизмы хрупкости аналогичны механизмам металлов. Неорганическое стекло может проявляться через статическую усталость. Ухудшение прочности в стеклах, таких как пирекс, является функцией влажности. Скорость роста трещин изменяется линейно с влажностью, предполагая кинетическую связь первого порядка. Статическая усталость пирекса в результате этого механизма требует концентрации раствора на верхушке трещины. Если раствор равномерен по плоским поверхностям трещины, то точка трещины будет тупой. Это притупление может увеличить прочность материала в 100 раз. Расщепление композитов SiC/алюмина служит поучительным примером. Механизм этой системы заключается в диффузии кислорода в материал через трещины в матрице. Кислород достигает волокон SiC и образует силикат. Напряжение концентрируется вокруг вновь сформированного силиката, и прочность волокон деградирует. Это в конечном итоге приводит к переломам при напряжениях, меньших, чем типичное переломовое напряжение материала.

Ослабление полимеров

Полимеры имеют самые разные композиции, и это разнообразие химических свойств приводит к широкому спектру механизмов хрупкости. Наиболее распространенными источниками хрупкости полимеров являются кислород в воздухе, вода в жидком или паровном виде, ультрафиолетовое излучение от солнца, кислоты и органические растворители. Одним из способов, которыми эти источники изменяют механические свойства полимеров, является расщепление цепи и перекрестное соединение цепи. Расщепление цепи происходит, когда атомные связи нарушаются в основной цепи, поэтому среды с такими элементами, как солнечное излучение, приводят к этой форме хрупкости. Расщепление цепи уменьшает длину полимерных цепей в материале, что приводит к снижению прочности. Кружественное соединение цепей имеет противоположный эффект. Увеличение количества перекрестных связей (например, в результате окислительной среды) приводит к более прочному, менее гибкому материалу. Тепловое окисление полиэтилена является качественным примером хрупкости цепного расщепления. Случайный расщепление цепи вызвало изменение поведения от плавных к хрупким, как только средняя молярная масса цепей упала ниже критического значения. Для полиэтиленовой системы, расщепление произошло, когда средняя масса молярная упала ниже 90 кг/моль. Предполагалось, что причиной этого изменения является уменьшение запутанности и увеличение кристалличности. Дюктильность полимеров обычно является результатом их аморфной структуры, поэтому увеличение кристалличности делает полимер более хрупким. В случае с полиэтилентерефталатом гидролиз приводит к расщеплению цепи. Было показано, что ухудшение механических свойств коррелирует с уменьшением подвижной аморфной фракции (MAF), и что переход от пластичности к хрупкости происходит, когда достигается минимальная MAF. Это поддерживает микромеханическую интерпретацию механизма хрупкости, а не молекулярную интерпретацию. Ухудшение прочности силиконовой резины обусловлено увеличением количества перекрестных связей цепи. Когда силиконовая резина подвергается воздействию воздуха при температуре выше 250 °C (482 °F), на метильных боковых группах вдоль основной цепи возникают окислительные реакции перекрестных связей. Эти перекрестные связи делают резину значительно менее пластичной. Разрыв растворителем является важным механизмом хрупкости полимера. Это происходит, когда жидкости или газы поглощаются в полимер, в конечном итоге раздувая систему. Из-за увеличения полимера происходит уменьшение потока сдвига и повышение восприимчивости к трещинам. Разрыв растворителей вследствие стрессовых воздействий органических растворителей обычно приводит к статической усталости из-за низкой подвижности жидкостей. Растрескивание растворителем от газов, скорее всего, приведет к большей восприимчивости к трещинам. Поликарбонат является хорошим примером растрескивания растворителем. Было показано, что многие растворители способны ломкость поликарбоната (например, бензола, толуола, ацетона) через аналогичный механизм. Растворитель диффундирует в массу, раздувает полимер, вызывает кристаллизацию и в конечном итоге создает интерфейсы между упорядоченными и беспорядочными областями. Эти интерфейсы создают пустоты и поля напряжения, которые могут распространяться по всему материалу при напряжениях, намного ниже, чем типичная прочность на растяжение полимера.