Pękanie kruche jest definiowane jako pękanie zachodzące wówczas, jeżeli naprężenie średnie przenoszone przez materiał jest mniejsze niż wartość granicy plastyczności i któremu towarzyszy bardzo małe odkształcenie plastyczne oraz absorpcja energii. Takie pękanie następuje bardzo gwałtownie i prawie bez ostrzeżenia. Jest ono bardzo groźne, gdyż powoduje zwykle duże straty finansowe, a niekiedy również wypadki śmiertelne.
Najbardziej kruchą formą pękania jest pękanie łupliwe, które następuje przez zrywanie wiązań atomowych między określonymi płaszczyznami krystalograficznymi. Skłonność do pękania łupliwego rośnie wraz ze wzrostem szybkości odkształcania, z obniżaniem temperatury odkształcania i ze wzrostem trójosiowości naprężeń rozciągających.

Pękanie kruche wymaga znacznie mniej energii niż pękanie ciągliwe. Żelazo pęka łupliwie po płaszczyznach {100}.

Zdolność materiału do odkształcania plastycznego w sąsiedztwie wierzchołka pęknięcia zapobiega rozprzestrzenianiu się pęknięcia. Każdy mechanizm umocnienia zwiększający granicę plastyczności ogranicza jednocześnie zdolność do odkształcenia plastycznego, a przez to zdolność do stępiania wierzchołka pęknięcia. W stopach o strukturze krystalicznej RPC, np. stalach ferrytycznych, naprężenie Peierlsa rośnie gwałtownie z obniżeniem temperatury, co powoduje gwałtowny wzrost granicy plastyczności w niskich temperaturach.

W materiałach o strukturze RSC składowa Peierlsa w naprężeniach jest mała. Dlatego zależność granicy plastyczności od temperatury jest słaba i takie materiały mogą być stosowane w warunkach kriogenicznych. Metale charakteryzujące się silną zależnością granicy plastyczności od temperatury i szybkości odkształcenia wykazują skłonność do pękania kruchego. W żelazie z obniżeniem temperatury lub ze zwiększeniem się szybkości odkształcenia poślizg poprzeczny dyslokacji śrubowych staje się coraz bardziej trudny i w związku z tym rośnie prawdopodobieństwo rozładowania dużych lokalnych naprężeń przez pękanie. Podczas rozprzestrzeniania się pęknięcia łupliwego w materiale polikrystalicznym na granicach ziarn następuje zmiana kierunku wzrostu pęknięcia, gdyż płaszczyzny {100} w poszczególnych ziarnach mają różne orientacje przestrzenne.

Ponieważ orientacja płaszczyzn łupliwości w ziarnach tworzących granicę jest różna, to rozprzestrzenianie się pęknięcia po przejściu przez granicę jest kontynuowane na wielu płaszczyznach równoległych do siebie, co powoduje tworzenie się uskoków. Z tej przyczyny na powierzchni przełomu łupliwego tworzą się małe nieregularności, gdyż w niektórych ziarnach pęknięcie rośnie jednocześnie na kilku równoległych płaszczyznach krystalograficznych. Takie równoległe pęknięcia są połączone uskokami utworzonymi przez wtórne pęknięcia łupliwe lub przez ścięcie. Uskoki na płaszczyźnie łupliwości mogą również powstawać w rezultacie przecinania dyslokacji śrubowych przez płaszczyznę pęknięcia łupliwego. Zwykle uskoki na powierzchni przełomu łupliwego są równoległe do kierunku rozprzestrzeniania się pęknięcia i prostopadłe do makroskopowej płaszczyzny pęknięcia.

Schematyczne przedstawienie tworzenia się uskoków podczas pękania łupliwego:

  • a – połączenie równoległych pęknięć (A, A) przez pękniecie łupliwe B lub ścięcie C,
  • b – zapoczątkowane przez dyslokację śrubową tworzenie się uskoku,
  • c – tworzenie się uskoków po przejściu wierzchołka pęknięcia przez granice skręcenia.

Bardzo często w obszarze jednego ziarna w miarę rozprzestrzeniania się pęknięcia następuje łączenie się małych uskoków w większe, co pozwala ustalić kierunek w jakim następował wzrost pęknięcia łupliwego w materiale. Metale o strukturze krystalicznej RSC nie pękają łupliwie, gdyż w nich występuje znaczne odkształcenie plastyczne zanim naprężenie osiągnie wystarczającą wartość dla pękania łupliwego. Pękanie łupliwe występuje natomiast często w metalach o strukturze krystalicznej RPC i HZ.

Różnice między pękaniem kruchym i ciągliwym:

Kruche Ciągliwe
Naprężenie Pękanie zachodzi przy naprężeniach niższych od wymaganych do płynięcia plastycznego na całym przekroju poprzecznym Pękanie zachodzi przy naprężeniach odpowiadających granicy plastyczności dla całego przekroju poprzecznego
Energia Pękanie jest procesem niskoenergetycznym Pękanie jest procesem wysokoenergetycznym
Szybkość wzrostu pęknięcia Duża Mała

O autorze

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *