ΑΣΤΟΧΊΑ ΤΩΝ ΥΛΙΚΏΝ Ι ΘΡΑΎΣΗ

Transcript

1 ΑΣΤΟΧΊΑ ΤΩΝ ΥΛΙΚΏΝ Ι ΘΡΑΎΣΗ

2 Θραύση με ψαθυρό τρόπο λόγο διάδοσης ρωγμής

3

4 ΓΙΑΤI ΜΕΛΕΤAΜΕ ΤΗΝ ΑΣΤΟΧIΑ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Αστοχία των τεχνικών υλικών - ανεπιθύμητο γεγονός -> έκθεση ανθρώπινων ζωών σε κίνδυνο, οικονομικές απώλειες, παρέμβαση στη διαθεσιμότητα προϊόντων και υπηρεσιών Ο μηχανικός πρέπει να ελαχιστοποιήσει την πιθανότητα αστοχίας Να κατανοήσουμε τους μηχανισμούς των διάφορων τύπων αστοχίας: θραύση, κόπωση, ερπυσμό Να εξοικειωθούμε με τις κατάλληλες αρχές σχεδιασμού που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να αποτραπεί αστοχία κατά την διάρκεια λειτουργιάς

5 ΕΙΣΑΓΩΓΉ Αιτίες : - επιλογή ακατάλληλων υλικών - ακατάλληλη επεξεργασία - ανεπαρκής σχεδιασμός του εξαρτήματος - κακή χρήση Βλάβη σε δομικά τμήματα κατά την λειτουργική ζωή -> τακτική επιθεώρηση, συντήρηση ή αντικατάσταση Θέματα που θα συζητηθούν : - απλή θραύση (όλκιμος και ψαθυρός τύπος) - θεμελιώδεις αρχές μηχανικής θραύσεων (θραυστομηχανικής) - δοκιμές θραύσης με κρούση - μετάβαση από όλκιμη σε ψαθυρή συμπεριφορά

6 ΘΡΑΎΣΗ 1. ΘΕΜΕΛΙΩΔΕΙΣ ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΘΡΑΥΣΗΣ Απλή θραύση = διαχωρισμός ενός σώματος σε δύο ή περισσότερα κομμάτια α) αποτέλεσμα μιας επιβαλλόμενης στατικής τάσης (σταθερής ή πολύ αργά μεταβαλλόμενης με το χρόνο), σε Τ<<Τ m β) λόγο κόπωσης (για κυκλικές τάσεις) και ερπυσμού (παραμόρφωση χρονικά εξαρτώμενη, σε αυξημένες θερμοκρασίες) Περιοριζόμαστε σε θραύσεις από μονοαξονικά εφελκυστικά φορτία Δύο τύποι θραύσης : - όλκιμος - ψαθυρός Η διαδικασία θραύσης - δύο στάδια : (1) τον σχηματισμό της ρωγμής (2) την διάδοση της ρωγμής

7 Η όλκιμη θραύση χαρακτηρίζεται από : - εκτεταμένη πλαστική παραμόρφωση στην περιοχή μιας αναπτυσσόμενης ρωγμής - Η διαδικασία εξελίσσεται σχετικά αργά - Σταθερή ρωγμή - αντιστέκεται σε περαιτέρω επέκταση εκτός εάν υπάρχει μια αύξηση στην εφαρμοζόμενη τάση - η παρουσία της πλαστικής παραμόρφωσης προειδοποιεί ότι επίκειται θραύση, επιτρέποντας προληπτικά μέτρα που πρέπει να ληφθούν - Απαιτείται περισσότερη ενέργεια παραμόρφωσης καθόσον αυτά τα υλικά είναι γενικά πιο δύσθραυστα - στα περισσότερα μεταλλικά κράματα και στα πολυμερή

8 Η ψαθυρή θραύση χαρακτηρίζεται από : - Οι ρωγμές εξαπλώνονται εξαιρετικά γρήγορα - με πολύ μικρή συνοδευτική πλαστική παραμόρφωση - Ασταθείς ρωγμές - η διάδοση τους συνεχίζεται αυθόρμητα χωρίς αύξηση σε μέγεθος της εφαρμοζόμενης τάσης - εμφανίζεται ξαφνικά και καταστροφικά χωρίς καμία προειδοποίηση - στα κεραμικά και πολυμερή

9 2. ΌΛΚΙΜΗ ΘΡΑΎΣΗ Συμπεριφορά θραύσης : Ισχυρά Όλκιμη Μέτρια Όλκιμη Ψαθυρη Large (a) Moderate (b) Small (c) (a) 100% μείωση εμβαδού επιφάνειας σε : ιδιαίτερα μαλακά μέταλλα (π.χ. χρυσός, μόλυβδος σε Τ δωματίου ) - άλλα μέταλλα, πολυμερή, ανόργανους υάλους σε υψηλότερες Τ

10 Στάδια στη θραύση τύπου κυπέλλου κώνου : (α) Αρχική στένωση. (b) Σχηματισμός μικρών κοιλοτήτων. (c) Συνένωση κοιλοτήτων και σχηματισμός ρωγμής. (d) Διάδοση ρωγμής μέσω διατμητικής παραμόρφωσης σε ~45 0 με το άξονα εφελκυσμού (τ 45 =τ max ) (e) Τελική διατμητική θραύση σε γωνία 45 ο ως προς την διεύθυνση της εφελκυστικης τάσης με επιφάνεια με ινώδη κεντρικό εσωτερικό τμήμα (ενδεικτικό της πλαστικής παραμόρφωσης)

11 2.6 ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ ΤΩΝ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΤΗΣ ΤΑΣΗΣ Το είδος της τάσης εξαρτάται από τον προσανατολισμό των δυνάμεων σε σχέση με τα επίπεδα πάνω στα οποία δρουν σ εφελκυστικη τάση εφαρμοζόμενη παράλληλα προς τον άξονα -> εφελκυστικη δύναμη : F t = σ Α 0 Στο επίπεδο PP έχουμε (γωνία θ με το επίπεδο της εξωτερικής πλευράς του δοκιμίου) : - εφελκυστικη δύναμη, κάθετα στο ΡΡ F t = F t cosθ - διατμητικη δύναμη, παράλληλα στο ΡΡ F s = F t sinθ

12 R 0 R 0 R =R 0 cosθ Α 0 =π R 0 2 Α=π R 0 R 0 cosθ - εφελκυστικη τάση, κάθετα στο ΡΡ σ = F t Α = σ cos2 θ = σ 1+cos 2θ 2 - διατμητικη τάση, παράλληλα στο ΡΡ τ = F s =σ sin θ cos θ = σ Α sin 2θ 2

13 ΌΛΚΙΜΗ ΘΡΑΎΣΗ VS ΨΑΘΥΡΉ ΘΡΑΎΣΗ Θραύση τύπου κυπέλλου κώνου στο αλουμίνιο Ψαθυρή θραύση σε χάλυβα μέτριας περιεκτικότητας σε άνθρακα

14 ΘΡΑΥΣΤΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΜΕΛΈΤΕΣ (a) Θραυστογραφία ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης που δείχνει σφαιρικές μικρές κοιλότητες στην ινώδη κεντρική περιοχή μιας επιφάνειας όλκιμης θραύσης, που προκύπτει από μονοαξονικά εφελκυστικά φόρτια. Κάθε μικρο-κοιλότητα είναι το μισό ενός μικροκενού που σχηματίστηκε και διαχωρίστηκε κατά την θραύση

15 ΘΡΑΥΣΤΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΜΕΛΈΤΕΣ (b) Θραυστογραφία ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης που δείχνει κοιλότητες παραβολικού σχήματος, χαρακτηριστικές της όλκιμης θραύσης που προκύπτει από διατμητική φόρτιση.

16 3. ΨΑΘΥΡΗ ΘΡΑΥΣΗ Η ψαθυρή θραύση λαμβάνει χώρα - χωρίς καμία αισθητή παραμόρφωση - με γρήγορη διάδοση της ρωγμής Η διεύθυνση κίνησης της ρωγμής - σχεδόν κάθετη στην διεύθυνση της εφαρμοζόμενης εφελκυστικής τάσης Σχετικά επίπεδη επιφάνεια θραύσης Οι επιφάνειες ψαθυρής θραύσης - διακριτά χαρακτηριστικά σχεδία : (α) συχνά διακρίνονται με γυμνό μάτι (β) στα πολύ σκληρά και λεπτόκοκκα μέταλλα, τα σχεδία δεν είναι ευδιάκριτα (γ) στα άμορφα υλικά, όπως τα υαλογραφικά - γυαλιστερή και λεία επιφάνεια.

17 Τα σημάδια σχήματος V χαρακτηριστικά ψαθυρής θραύσης (π.χ. σε μερικά χαλύβδινα κομμάτια). Τα βέλη υποδεικνύουν τα σημεία σχηματισμού της ρωγμής.

18 Φωτογραφία επιφάνειας ψαθυρης θραύσης που δείχνει ακτινωτές γραμμές η αυλακώσεις στη μορφή «ανεμιστήρα». Το βέλος υποδεικνύει το σημείο σχηματισμού της ρωγμής.

19 Στα περισσότερα ψαθυρά κρυσταλλικά υλικά, η διάδοση ρωγμών αντιστοιχεί στο διαδοχικό και επαναλαμβανόμενο σπάσιμο ατομικών δεσμών κατά μήκος συγκεκριμένων κρυσταλλογραφικών Σχηματική αναπαράσταση επίπεδων. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται σχισμός και το είδος θραύσης αποκαλείται ενδοκοκκώδης (η ενδοκρυσταλλική) - οι ρωγμές θραύσης περνούν μέσα από τους κόκκους. Θραύστογραφια ηλεκτρονικής μικροσκοπίας

20 Σε ορισμένα κράματα, η διάδοσης ρωγμών γίνεται κατά μήκος των ορίων των κόκκων Αυτή η θραύση ονομάζεται περικρυσταλλική. Σχηματική αναπαράσταση Η τρισδιάστατη φύση των κόκκων είναι ορατή Θραυστογραφία ηλεκτρονικής μικροσκοπίας

21 4. ΑΡΧΈΣ ΘΡΑΥΣΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ Η θραυστομηχανική - ποσοτικοποίηση των σχέσεων μεταξύ : - των ιδιοτήτων των υλικών - του επίπεδου τάσης - της παρουσίας ατελειών που δημιουργούν ρωγμές - των μηχανισμών διάδοσης ρωγμών

22 Leonardo da Vinci (πριν 500 χρόνια) - όσο μεγαλύτερο είναι το σύρμα, τόσο μικρότερο είναι το φορτίο για την θραύση Αιτία : οι ατέλειες προκαλούν θραύση - μεγαλύτερα δείγματα περιέχουν περισσότερες ατέλειες

23 ΣΥΓΚΈΝΤΡΩΣΗ ΤΆΣΕΩΝ Οι μετρούμενες τιμές αντοχής θραύσης για τα περισσότερα υλικά είναι σημαντικά χαμηλότερες από εκείνες που προβλέπονται από θεωρητικούς υπολογισμούς, οι όποιοι βασίζονται στις ενέργειες ατομικών δεσμών - η θεωρητική συνεκτική αντοχή ενός ψαθυρού στέρεου Ε/10 - οι πειραματικές τιμές [η θεωρητική τιμη/10, η θεωρητική τιμη/1000] 1920 Α. Α. Griffith : Η διαφορά αυτή εξηγείται από την παρουσία των μικροσκοπικών ατελειών ή ρωγμών στην επιφάνεια και εντός του εσωτερικού ενός υλικού Η εφαρμοσμένη τάση μπορεί να ενισχυθεί/συγκεντρωθεί στο άκρο της ατέλειας Το μέγεθος ενίσχυσης εξαρτάται από το προσανατολισμό και τη γεωμετρία ρωγμής

24 Γεωμετρία επιφανειακών και εσωτερικών ρωγμών Κατανομή της τάσης διάμεσου μιας κάθετου διατομής ( x-x ) που περιλαμβάνει εσωτερική ρωγμή - Το μέγεθος της τάσης μειώνεται με την απόσταση από το άκρο της ρωγμής - Οι ρωγμές ενισχύουν την εφαρμοζόμενη τάση - αποκαλούνται ανυψωτές τάσεων

25 Για μια ρωγμή με ελλειπτικό σχήμα, προσανατολισμένη κάθετα στην εφαρμοζόμενη τάση, η μέγιστη τάση στο άκρο της ρωγμής, σ m σ m = σ α ρ t 1/2 σ 0 - το ονομαστικό μέγεθος της εφαρμοζόμενης εφελκυστικης τάσης ρ t - η ακτίνα καμπυλότητας της αιχμής της ρωγμής α - ποσότητα που αναπαριστά το μήκος επιφανειακής ρωγμής η το ήμισυ του μήκους μιας εσωτερικής ρωγμής

26 Για μια σχετικά μεγάλη σε μήκος μικρορωγμή με ελλειπτικό σχήμα, που έχει μικρή ακτίνα καμπυλότητας στο άκρο της : σ m = 2 σ 0 α ρ t 1/2 Ο συντελεστής συγκέντρωσης τάσεων, Κ t = μετρό του βαθμού ενίσχυσης μιας εξωτερικά εφαρμοζόμενη τάσης στο άκρο της ρωγμής : Κ t = σ m σ 0 = 2 α ρ t 1/2

27 Η ενίσχυση των τάσεων σε μακροσκοπικές εσωτερικές ασυνέχειες (π.χ., κενά ή εγκλείσματα), αιχμηρές γωνίες, χαραγές και εγκοπές Συντελεστής συγκέντρωσης τάσης, K t 2.5 w 2.0 αύξηση w/h r h r/h

28 Η ανύψωση τάσεων - πιο σημαντική σε ψαθυρά υλικά απ ότι στα όλκιμα υλικά Ψαθυρό Όλκιμο Ο Griffith πρότεινε: όλα τα ψαθυρά υλικά περιέχουν ένα πληθυσμό μικρών ρωγμών και ατελειών -> η θραύση θα συμβεί όταν σ m > θεωρητική αντοχή του υλικού Αν δεν υπάρχουν ατέλειες -> η αντοχή σε θραύση = θεωρητική συνεκτική αντοχή (π.χ. μικρές μεταλλικές και κεραμικές βελόνες χωρίς ατέλειες)

29 Αρχές της θραυστομηχανικής (Griffith) Κατά την διάδοση ρωγμής : (1) Απελευθέρωση ενέργειας που αποθηκεύτηκε κατά την ελαστική παραμόρφωση (2) Αύξηση της επιφανειακής ενέργειας με την δημιουργία νέων ελεύθερων επιφανειών Ισορροπία (1) με (2) -> διάδοση ρωγμής -> η κρίσιμη τάση που απαιτείται για την διάδοση ρωγμής σε ψαθυρό υλικό : Ε - μέτρο ελαστικότητα α - το ήμισυ του μήκους εσωτερικής ρωγμής γ s ειδική επιφανειακή ενέργεια - δεν εξαρτάται από την ακτίνα ρ t - Θεωρείται ότι ρ t διατομική απόσταση

30 Τα ψαθυρά υλικά περιέχουν έναν πλήθος μικρών ρωγμών και ατελειών διαφορετικών μεγεθών, γεωμετριών και προσανατολισμών. Όταν το μέγεθος της εφελκυστικής τάσης στην αιχμή μιας ατέλειας υπερβάλει το σ c η ρωγμή διαδίδεται προκαλώντας θραύση. Για τα περισσότερα μέταλλα και πολλά πολυμερή : ελαστική + πλαστική παραμόρφωση σ c = 2E(γ s+γ p ) πα 1/2 γ p αναπαριστά την ενέργεια πλαστικής παραμόρφωσης Για ιδιαίτερα όλκιμα υλικά, γ p >> γ s σ c = 2Eγ p πα 1/2

31 ΠΑΡΆΔΕΙΓΜΑ ΠΡΟΒΛΉΜΑΤΟΣ 1 Υπολογισμός του Μέγιστου Μήκους Ατέλειας Ένας σχετικά μεγάλος επίπεδος δίσκος γυαλιού υπόκειται σε τάση εφελκυσμού 40 ΜΡα. Εάν η ειδική επιφανειακή ενέργεια και μέτρο ελαστικότητας της γυαλιού είναι 0.3 J / m 2 και 69 GPa, αντίστοιχα, προσδιορίστε το μέγιστο επιτρεπτό μήκος επιφανειακής ατέλειας, ώστε να μην επέρχεται θραύση.

32 ΑΝΆΛΥΣΗ ΤΆΣΕΩΝ ΣΤΙΣ ΡΩΓΜΈΣ Κ συντελεστής έντασης τάσεων => η κατανομή των τάσεων γύρω από μια μικρο-ατέλεια Κ = Yσ πα Υ - αδιάστατη παράμετρος ή συνάρτηση που εξαρτάται από τις διαστάσεις και την γεωμετρία τόσο της ρωγμής όσο και του δοκιμίου, και από τον τρόπο εφαρμογής του φορτίου. Κ - μονάδες MPa m Κ K t!!!

33 ΔΥΣΘΡΑΥΣΤΟΤΗΤΑ ( ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΘΡΑΥΣΗΣ) Η θραύση επέρχεται όταν σ > κρίσιμη τιμή σ c -> κρίσιμη τιμή του συντελεστή έντασης τάσεων Κ c Κ c - δυσθραυστοτητα (αντίσταση θραύσης) = μέτρο αντίστασης ενός υλικού σε ψαθυρή θραύση όταν υφίσταται ρωγμή Θραυστομηχανικη -> εξάρτηση δυσθραυστότητας από την κρίσιμη τάση για διάδοση ρωγμών και από το μήκος της ρωγμής Κ c = Yσ c πα

34 Υπάρχουν τρεις τύποι εφαρμογής φορτίων σε ρωγμή -> διαφορετική μετατόπιση της επιφάνειας της ρωγμής (α) Τύπος Ι, ανοικτός (β) Τύπος II, τύπος (γ) Τύπος ΙΙΙ, η εφελκυστικός τύπος ολίσθησης αποσχιστικός τύπος (συχνότερα απαντώμενος)

35 Για επίπεδα δοκίμια με ρωγμές το μήκος των οποίων είναι πολύ μικρότερο από το πλάτος του δοκιμίου, το Υ προσεγγίζει την μονάδα (α) Υ = 1.0 (β) Υ 1.1 K c για σχετικά λεπτά δοκίμια, εξαρτάται από το πάχος του δοκιμίου - ανεξάρτητος από το πάχος, αν το πάχος του δοκιμίου >> διαστάσεις της ρωγμής Συνθήκη επίπεδης τάσης - λεπτό δοκίμιο σε σχέση με τις διαστάσεις ρωγμής -> σ z = 0 Συνθήκη επίπεδης παραμόρφωσης σχετικά παχύ δοκίμιο -> ε z = 0 z διεύθυνση κάθετη στις δυο επιφάνειες της διαμπερούς ρωγμής (εμπρόσθιων και όπισθεν)

36 K c K Ιc Συμπεριφορά επίπεδης τάσης Συμπεριφορά επίπεδης παραμόρφωσης Πάχος Β K Ic δυσθραυστότητα σε κατάσταση επίπεδης παραμόρφωσης ( τύπου Ι ) Κ Ιc = Yσ c πα

37 Ψαθυρά υλικά - χαμηλές τιμές K Ic, ευπρόσβλητα σε καταστρεπτική αστοχία Όλκιμα υλικά σχετικά υψηλές τιμές K Ic K Ic εξαρτάται από θερμοκρασία ( K Ic φθίνει όταν Τ μειώνεται) - ρυθμός παραμόρφωσης (όταν αυξάνεται, K Ic φθίνει) - μικροδομή Η αύξηση της αντοχής διαρροής με διαδικασίες ενδοτραχινσης, στερεού διαλύματος, η διασποράς προσθέτων => μείωση του K Ic αυξάνεται με την μείωση των κόκκων Μέτρηση του K Ic - τεχνικές δοκιμών

38 ΣΧΕΔΙΑΣΜΌΣ ΜΕΣΩ ΤΗΣ ΘΡΑΥΣΤΟΜΗΧΑΝΙΚΉΣ Τρεις μεταβλητές σχετίζονται με την πιθανότητα θραύσης (υποθέτοντας ότι Υ έχει προοριστεί) : (1) η δυσθραυστοτητα (K c ) ή η δυσθραυστότητα σε κατάσταση επίπεδης παραμόρφωσης (Κ Ic ) (2) η επιβαλλόμενη τάση (σ) (3) το μέγεθος της ατέλειας (α) Η επιλογή υλικών (και εξ αυτού του K c ή Κ Ic ) υπαγορεύεται από παράγοντες όπως η πυκνότητα ή τα χαρακτηριστικά διάβρωσης από το περιβάλλον Γνωρίζοντας 2 παραμέτρους, υπολογίζουμε τον τρίτο : σ c = Κ Ιc /(Y πα) α c = 1/π Κ c Yσ 2

39 Μη καταστροφικοί μέθοδοι δοκιμής ( NonDestructive Test NDT) για ανίχνευση και μέτρηση τόσο των εσωτερικών όσο και των επιφανειακών μικροατελειών, κατά τη διάρκεια του λειτουργικού χρόνου ζωής η ως μέσω ποιοτικού έλεγχου κατά τις διαδικασίες βιομηχανικής παραγωγής

40 5. ΔΟΚΙΜΈΣ ΔΥΣΘΡΑΥΣΤΟΤΗΤΑΣ ΔΟΚΙΜΈΣ ΘΡΑΎΣΗΣ ΜΕ ΚΡΟΎΣΗ Τα αποτελέσματα των δοκιμών εφελκυσμού (σε χαμηλό ρυθμό φόρτισης) δεν μπορούν να προβλέψουν τη συμπεριφορά θραύσης Π.χ. : κάτω από ορισμένες περιστάσεις, τυπικά όλκιμα μέταλλα θραύονται απότομα και με πολύ μικρή πλαστική παραμόρφωση υπό την επίδραση υψηλού ρυθμού φόρτισης Δοκιμές κρούσης : (1) παραμόρφωση σε σχετικά χαμηλή θερμοκρασία (2) υψηλός ρυθμός παραμόρφωσης (3) τριαξονική κατάσταση τάσης (που εισάγεται από την παρουσία εγκοπής).

41 Δύο τυποποιημένες δοκιμές : Charpy και Izod, χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της ενέργειας κρούσης (δυσθραυστοτητας εγκοπής) Τα δοκίμια έχουν σχήμα ράβδου τετραγωνικής διατομής, πάνω στα οποία έχει χαραχτεί εγκοπή σχήματος - V Μεταβλητές που επηρεάσουν τα αποτελέσματα των δοκιμών : - το μέγεθος του δοκιμίου - το σχήμα του δοκιμίου - η διαμόρφωση και το βάθος της εγκοπής

42 Izod Η εγκοπή δρα ως σημείο συγκέντρωσης τάσεων για το υψηλής ταχύτητας κρουστικό χτύπημα Charpy final height initial height

43 Impact Energy ΜΕΤΆΒΑΣΗ ΑΠΌ ΤΗΝ ΌΛΚΙΜΗ ΣΕ ΨΑΘΥΡΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΆ Οι δοκιμές Charpy και Izod προσδιορίζουν : - αν ένα υλικό υφίσταται μετάβαση από την όλκιμη σε ψαθυρη συμπεριφορά με την μείωση της θερμοκρασίας - το εύρος των θερμοκρασιών στο οποίο εμφανίζεται FCC metals (e.g., Cu, Ni) BCC metals (e.g., iron at T < 914 C) polymers Brittle More Ductile High strength materials ( σ y > E/150) Ductile-to-brittle transition temperature Temperature

44 Η εμφάνιση της επιφάνειας αστοχίας είναι ενδεικτική της φύσης της θραύσης : - όλκιμη θραύση -> επιφάνεια εμφανίζεται ινώδη ή θολή (79 0 C) - ψαθυρή θραύση -> επιφάνειες με κοκκώδη υφή (-59 0 C) - κατά την μετάβαση από όλκιμη σε ψαθυρή -> χαρακτηριστικά και των δύο τύπων (-12 0 C, 4 0 C, 16 0 C και 24 0 C). Φωτογραφίες επιφανειών θραύσης του Α36 χάλυβα σε δοκίμια Charpy V-εγκοπής (CVN- Charpy V-notch) που εξετασθηκαν στις θερμοκρασίες που σημειώνονται (σε 0 C).

45 Η θερμοκρασία μετάβασης = η θερμοκρασία στην οποία η ενέργεια CVN παίρνει κάποια τιμή (π.χ., 20 J) ή που αντιστοιχεί σε κάποια δεδομένη όψη θραύσης (Π.χ. 50% ινώδη θραύση) Δομές κατασκευασμένες από κράματα που παρουσιάζουν την μετάβαση όλκιμη-ψαθυρη θραύση, πρέπει να χρησιμοποιούνται μόνο σε θερμοκρασίες πάνω από την θερμοκρασία μετάβασης για την αποφυγή ψαθυρής και καταστροφικής αστοχίας. (Π.χ. Κατά τη διάρκεια του Β Παγκόσμιο Πόλεμο, ένας αριθμός φορτηγών πλοίων ξαφνικά χωρίστηκε στη μέση, μακριά από τη μάχη κατασκευασμένα από κράμα χάλυβα όλκιμο σε θερμοκρασία δωματίου και ψαθυρό σε περίπου 4 C. Ρωγμή θραύσης που δημιουργήθηκε σε κάποιο σημείο συγκέντρωσης τάσεων και διαδόθηκε γύρω από ολόκληρη την περίμετρο του πλοίου.)

46 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Εισαγωγή Αιτίες της αστοχίας - ακατάλληλη επιλογή και επεξεργασία υλικών - ανεπαρκή σχεδιασμός του εξαρτήματος - κακή χρήση Θραύση - όλκιμη θραύση - ψαθυρή θραύση Αρχές θραυστομηχανικής Διαφορά μεταξύ πραγματικής και θεωρητικής αντοχής σε θραύση Η μέγιστη τάση που μπορεί να εφαρμοστεί στην αιχμή μιας ρωγμής εξαρτάται από : - το μήκος της ρωγμής - την ακτίνα καμπυλότητας της αιχμής - την εφαρμοζόμενη εφελκυστική τάση Οι αιχμηρές γωνίες - σημεία συγκέντρωσης τάσεων

47 Τρεις τρόποι μετατόπισης επιφανειών ρωγμής: - ανοικτός η εφελκυστικός - ολίσθησης - αποσχιστικός Δυσθραυστότητα = αντίσταση σε ψαθυρή θραύση όταν υφίσταται ρωγμή Εξαρτάται από - την εφαρμοζόμενη τάση - το μήκος της ρωγμής - την αδιάστατη παράμετρο κλίμακας Y Δοκιμές δυσθραυστότητας Παράγοντες που προκαλούν μετάβαση όλκιμο-> ψαθυρό : - έκθεση σε τάσεις σε χαμηλές θερμοκρασίες - υψηλοί ρυθμοί παραμόρφωσης - παρουσία αιχμηρών εγκοπών Δοκιμές κρούσης : Charpy και Izod