Broosheid van materialen begrijpen

Onder spanning wordt een materiaal bros genoemd als het scheurt met weinig elastische vervorming en weinig of geen plastische vervorming. Zelfs materialen met een hoge sterkte die bros zijn, hebben de neiging om relatief weinig energie te absorberen voordat ze breken. Er is vaak een hard klikkend geluid wanneer er iets breekt.

Het wordt meestal gebruikt voor materialen die falen wanneer er weinig tot geen plastische vervorming is voorafgaand aan falen wanneer het wordt gebruikt in materiaalonderzoek. De gebroken stukken moeten perfect in elkaar passen, aangezien er geen plastische vervorming is opgetreden, wat een manier is om dit te verifiëren.

In dit artikel worden de volgende vragen besproken:

• Wat is broosheid?
• Broosheid in verschillende materialen
• Hoe veranderen materialen in broos?
• Wat is het effect van druk op broosheid?

Wat is broosheid?

De term "brosheid" verwijst naar de neiging van een materiaal om onder spanning te breken, maar slechts licht te vervormen voordat het dit doet. Hoge druksterkte en lage treksterkte zijn kenmerken van brosse materialen, evenals weinig vervorming, slechte weerstand tegen schokken en trillingen van belasting, en hoge druksterkte. De meeste niet-metalen anorganische materialen zijn kwetsbaar.

Onder spanning wordt een materiaal bros genoemd als het scheurt met weinig elastische vervorming en weinig of geen plastische vervorming. Zelfs materialen met een hoge sterkte die bros zijn, hebben de neiging om relatief weinig energie te absorberen voordat ze breken. Er is vaak een hard klikkend geluid wanneer er iets breekt.

Het wordt meestal gebruikt voor materialen die falen wanneer er weinig tot geen plastische vervorming is voorafgaand aan falen wanneer het wordt gebruikt in materiaalonderzoek. De gebroken stukken moeten perfect in elkaar passen, aangezien er geen plastische vervorming is opgetreden, wat een manier is om dit te verifiëren.

Onder een drempeltemperatuur die bekend staat als de glasovergangstemperatuur (Tg) of de ductiel-naar-bros-overgangstemperatuur (DBTT), worden metalen en polymeren bros. Vooral als er krachten op het lichaam komen, is deze snelle verandering desastreus. Er wordt waargenomen dat de breukgroei loodrecht staat op de uitgeoefende krachten die door moleculaire korrels of korrelgrenzen gaan.

In dit geval beïnvloedt de temperatuur de moleculaire structuur van een materiaal op een manier die verhindert dat het zijn flexibiliteit behoudt, wat resulteert in materiaalfalen. Over het algemeen zullen alle materialen uiteindelijk falen wanneer hun limieten worden overschreden, maar broosheid verwijst naar de neiging van een materiaal om te falen voordat het van vorm of grootte verandert.

Het falen van brosse materialen gebeurt onder twee omstandigheden:spanning op het oppervlak van het materiaal en omgevingstemperaturen onder het smeltpunt van het materiaal.

Broosheid in verschillende materialen

De volgende zijn materialen met hun brosheid:

Polymeren

Mechanische eigenschappen van polymeren zijn gevoelig voor temperatuurschommelingen in de buurt van kamertemperatuur. Poly (methylmethacrylaat) is bijvoorbeeld buitengewoon bros bij 4 °C, maar wordt taaier naarmate de temperatuur stijgt.

Amorfe polymeren zijn polymeren die verschillend reageren op temperatuurveranderingen. Bij lage temperaturen kunnen ze zich gedragen als glas (de glasachtige zone), bij tussenliggende temperaturen kunnen ze zich gedragen als een rubberachtige vaste stof (het leerachtige of glasovergangsgebied), en bij hogere temperaturen kunnen ze zich gedragen als een stroperige vloeistof (de rubberachtige stroom en viskeuze stroomgebied).

Visco-elastisch gedrag is de naam die aan deze actie wordt gegeven. Het amorfe polymeer zal hard en bros zijn in de glasachtige zone. Het polymeer wordt minder bros naarmate de temperatuur stijgt.

Metalen

Door hun slipsystemen vertonen sommige metalen brosse eigenschappen. Metaal is minder bros naarmate het meer slipsystemen heeft, omdat verschillende van deze slipsystemen plastische vervorming kunnen ondergaan. Aan de andere kant zal het metaal brosser zijn met minder slipsystemen, omdat er minder plastische vervorming kan plaatsvinden. HCP-metalen (hexagonal close-packed) zijn bijvoorbeeld vaak bros en hebben weinig actieve slipsystemen.

Keramiek

Vanwege de moeilijkheid van dislocatiebeweging of slip, is keramiek meestal broos. Kristallijn keramiek heeft een beperkt aantal slipsystemen, wat vervorming uitdagend maakt en de brosheid van het keramiek vergroot.

Ionische binding is typisch aanwezig in keramische materialen. Slip wordt verder beperkt als gevolg van de elektrische lading van de ionen en hun aantrekking tot andere ionen met vergelijkbare ladingen.

Hoe veranderen materialen in broos?

Door taaiheid kunnen materialen bros of minder bros worden gemaakt. Een materiaal heeft meestal twee opties wanneer het de limiet van zijn sterkte bereikt:vervorming of breuk. Door de mechanismen van plastische vervorming te voorkomen, kan een van nature buigzaam metaal sterker worden gemaakt, maar als dit tot het uiterste wordt gedaan, wordt breuk het meest waarschijnlijke resultaat en kan het materiaal broos worden. Daarom vereist het verhogen van de materiaaltaaiheid een zorgvuldige balancering.

Glas en andere van nature kwetsbare materialen kunnen efficiënt worden gehard. De meeste van deze methoden maken gebruik van een van de twee mechanismen:ofwel om de breukpunt af te buigen of te absorberen terwijl deze zich uitbreidt, ofwel om nauwkeurig gereguleerde restspanningen te genereren die ervoor zorgen dat scheuren van specifieke bekende bronnen worden gesloten.

Gelaagd glas, dat bestaat uit twee glasplaten gescheiden door een polyvinylbutyral tussenlaag, maakt gebruik van het eerste principe. Als visco-elastisch polymeer absorbeert polyvinylbutyral de uitzettende scheur. Gehard glas en voorgespannen beton gebruiken beide de tweede techniek.

Prince Rupert's Drop biedt een illustratie van glasharding. High-impact polystyreen, ook bekend als HIPS, is een goede illustratie van hoe brosse polymeren taaier kunnen worden gemaakt door metaaldeeltjes op te nemen die haarscheurtjes veroorzaken wanneer een monster onder druk wordt gezet. Siliciumcarbide en transformatiegehard zirkoniumoxide zijn de minst kwetsbare structurele keramiek.

Composietmaterialen, waarbij bijvoorbeeld brosse glasvezels zijn verwerkt in een ductiele matrixachtige polyesterhars, hanteren een uitgesproken filosofie. Op het grensvlak glas-matrix ontstaan ​​scheuren onder spanning, maar het zijn er zoveel dat er veel energie wordt geabsorbeerd, waardoor het materiaal duurzamer wordt. Metaalmatrixcomposieten worden gemaakt volgens hetzelfde basisidee.

Wat is het effect van druk op broosheid?

Over het algemeen kan druk worden gebruikt om de brosse sterkte van een materiaal te verhogen. Dit gebeurt bijvoorbeeld in de bros-ductiele overgangszone op een diepte van ongeveer 10 kilometer (6,2 mijl) in de aardkorst, waar gesteente meer kans heeft om ductiel te buigen en minder vatbaar is voor breuk.

Veelgestelde vragen

Wat zijn broosheid en het voorbeeld ervan?

Na over hun elastische limiet te zijn gespannen, beginnen brosse materialen bijna snel te falen in de richting van breuk of scheuren omdat ze een kleine plastic zone hebben. Onder broze materialen vallen zaken als been, gietijzer, porselein en beton.

Wat zijn taaiheid en broosheid?

Terwijl broosheid verwijst naar de neiging van een materiaal om te breken of te breken in plaats van plastisch te buigen onder trekdruk, verwijst ductiliteit naar het vermogen van een vast materiaal om dit te doen.

Wat zijn de soorten broosheid?

Transgranulaire en intergranulaire fracturen zijn de twee belangrijkste vormen van brosse fracturen.

Is broosheid een metaaleigenschap?

Keramiek, glas en koude metalen vormen vaak de meeste brosse materialen. Metaalbrosheid helpt bij het identificeren van de drempelkoeltemperatuur waarbij een ductiel materiaal bros wordt.

Wat is een broos materiaal?

Glas, keramiek, grafiet en sommige legeringen met een zeer lage plasticiteit zijn voorbeelden van brosse materialen. In deze materialen kunnen scheuren beginnen zonder plastische vervorming en snel overgaan tot brosse breuk.

Samengevat

Brosheid is een essentiële eigenschap waarmee rekening moet worden gehouden bij het selecteren van materialen voor een project. Het verwijst naar de neiging van een materiaal om onder spanning te breken, maar slechts licht te vervormen voordat het dit doet. Hoge druksterkte en lage treksterkte zijn kenmerken van brosse materialen, evenals weinig vervorming, slechte weerstand tegen schokken en trillingen van belasting, en hoge druksterkte.

Dat is alles voor dit artikel, waar de antwoorden op de volgende vragen worden gegeven:

• Wat is broosheid?
• Broosheid in verschillende materialen
• Hoe veranderen materialen in broos?
• Wat is het effect van druk op broosheid?

Ik hoop dat je veel van het lezen leert, zo ja, deel het dan met anderen. Bedankt voor het lezen, tot ziens!