Pękanie rozszczepieniowe materiałów metalowych

Forma pękania materiałów metalowych, która rozdziela się wzdłuż określonej płaszczyzny krystalicznej pod wpływem naprężenia rozciągającego, nazywana jest pękaniem rozszczepieniowym. Płaszczyzna, na której występuje to pękanie, nazywana jest płaszczyzną rozszczepienia.

Pękanie rozszczepieniowe jest pękaniem kruchym. Pękanie rozszczepieniowe nie występuje często we wszystkich metalach, ale jest powszechne w metalach opartych na sieciach regularnych przestrzennie centrowanych (BCC) i heksagonalnych gęsto upakowanych (HCP).

Proces pękania rozszczepieniowego

Początkowe pęknięcie występujące w pękaniu rozszczepieniowym jest związane z odkształceniem plastycznym, czyli jest związane ze ślizgiem dyslokacji.

Biorąc za przykład metale o sieci BCC, ponieważ ślizg dyslokacji wzdłuż płaszczyzny gęsto upakowanej napotyka najmniejszy opór, płaszczyznami ślizgu są (011), (0-11) i inne płaszczyzny krystaliczne.

Te dwie płaszczyzny tworzą pewien kąt, a podczas ślizgu dyslokacji w miejscu ich przecięcia występuje koncentracja naprężeń. Jeśli wytrzymałość materiału jest wysoka, naprężenie nie może zostać uwolnione poprzez odkształcenie plastyczne w punkcie koncentracji naprężeń, a początkowe pęknięcie powstanie na płaszczyźnie krystalicznej (001). Patrz Rysunek 1.

Płaszczyzna krystaliczna (001) ma stosunkowo dużą odległość między atomami, a propagacja pęknięcia jest stosunkowo łatwa. Ta płaszczyzna (001) jest płaszczyzną rozszczepienia. Płaszczyzna rozszczepienia metalu heksagonalnego gęsto upakowanego to płaszczyzna {0001}.

Mikroskopowa morfologia przekroju rozszczepieniowego ferrytu pokazana jest na Rysunku 2.

Początkowe pęknięcie rozszczepieniowe powstaje w krysztale, ponieważ naprężenie ograniczające w krysztale jest duże i trudno jest się odkształcić.

Pęknięcie rozszczepieniowe często kończy się na granicy ziarna, a czasami na granicy ziarna powstają prążki wgłębień. Ponieważ ułożenie atomów na granicy ziarna jest stosunkowo nieuporządkowane, występuje wiele defektów, takich jak wakansy, a ograniczenie jest niewielkie, stopień swobody tych części wzrasta w stosunku do kryształu.

Mikroskopowa morfologia pękania rozszczepieniowego często występuje w postaci wzoru rzecznego, a czasami w postaci wzoru językowego, jak pokazano na Rysunku 3.

Istotą wzoru rzecznego są stopnie między równoległymi, ale różnymi pod względem wysokości płaszczyznami rozszczepienia. W rzeczywistych materiałach metalowych ułożenie sieci nie jest idealne, ale występują granice podziarn i dyslokacje, co prowadzi do pewnych przesunięć podczas układania wielu płaszczyzn krystalicznych.

Powoduje to powstanie serii stopni podczas ekspansji pęknięcia rozszczepieniowego. Stopnie te łączą się ze sobą, tworząc tak zwany wzór rzeczny, jak pokazano na Rysunku 4.

W analizie awarii kierunek pęknięcia jest często określany na podstawie kierunku wzoru rzecznego, co pozwala na wnioskowanie o pochodzeniu pęknięcia.