Что такое хрупкость кратко

Обновлено: 05.07.2024

ХРУПКОСТЬ, свойство материала разрушаться при небольшой (преим. упругой) деформации под действием напряжений, средний уровень к-рых ниже предела текучести. Образование хрупкой трещины и развитие процесса хрупкого разрушения связано с образованием малых зон пластич. деформации (см. Прочность). Относительная доля упругой и пластич. деформации при хрупком разрушении зависит от свойств материала (характера межатомных или межмолекулярных связей, микро- и кристаллич. структуры) и от условий его работы. Приложение растягивающих напряжений по трём главным осям (трёхосное напряжённое состояние), концентрация напряжений в местах резкого изменения сечения детали, понижение темп-ры и увеличение скорости нагружения, а также повышение запаса упругой энергии нагруженной конструкции способствуют переходу материала в хрупкое состояние. Напр., существенно упругий материал - мрамор, хрупко разрушающийся при растяжении, в условиях несимметричного по трём главным осям сжатия ведёт себя как пластичный материал; чем выше концентрация напряжений, тем сильнее проявляется X. материала, и т. д. Поэтому X. следует рассматривать в связи с условиями работы материала.

Условием роста хрупкой трещины является нарушение равновесия между освобождающейся при этом энергией упругой деформации и приращением полной поверхностной энергии (включая и работу пластич. деформации тонкого слоя, примыкающего к краям трещины). Хрупкая прочность элемента с трещиной обратно пропорциональна У I , где /-полудлина трещины. В линейной теории механики упругого разрушения вводится константа материала К_с(вязкость разрушения), характеризующая сопротивление развитию трещины в условиях плоской деформации. Хрупкая трещина распространяется с большой скоростью (около 1000 м/сек в стали, что составляет примерно 4 /5 от скорости распространения упругой волны сдвига).

Склонность материала к хрупкому разрушению оценивают обычно по температурным зависимостям работы разрушения или характеристик пластичности, позволяющих определить критич. темп-ру хрупкости Г., т. е. темп-ру перехода из пластич. состояния в хрупкое. Чем выше Г_кр, тем более материал склонен к хрупкому разрушению.

При рассмотрении макроскопич. закономерностей хрупкого разрушения необходимо учитывать две независимые характеристики - сопротивление пластич. деформации (предел текучести a_s) и сопротивление хрупкому разрушению (хрупкая прочность, сопротивление отрыву SOT). При понижении темп-ры испытания, введении надрезов - концентраторов напряжения, увеличении скорости деформации a_s возрастает быстрее, чем SOT, вследствие чего происходит переход от вязкого разрушения к хрупкому (рис.).

Схема перехода каменной соли из вязкого состояния в хрупкое при понижении температуры испытания на растяжение (по А. Ф. Иоффе).

Представление о возникновении хрупкого разрушения как результате небольшой предварительной пластич. деформации лежит в основе дислокационной теории разрушения. Зарождение хрупких трещин связывают с плоским скоплением линейных дефектов кристаллич. решётки - дислокаций - перед к.-л. препятствием, к-рым могут служить границы зёрен или субзёрен, различные включения и т. п. При этом возникает высокая концентрация напряжений, пропорциональная касательному напряжению от внешней нагрузки и длине скопления дислокаций.

Характерной особенностью хладноломких переходных металлов (см. Переходные элементы, Хладноломкость) является резкий рост предела текучести при понижении темп-ры ниже 0,2 от темп-ры плавления и при повышении скорости деформации. Увеличение сопротивления пластич. деформации затрудняет релаксацию напряжений в металле под нагрузкой как на стадии возникновения трещины (перед скоплением дислокаций), так и на стадии её развития (в пластин, зоне перед кончиком растущей трещины), способствуя переходу металла в хрупкое состояние.

Вместе с тем X.- структурно-чувствит. свойство. Неоднородности структуры и состава металлов, рост размеров зёрен, содержание вредных примесей, выделение хрупких фаз, особенно по границам зёрен, повышают Г_КР. Атомы элементов, образующие твёрдые растворы внедрения, взаимодействуют с дислокациями, уменьшая их подвижность и способствуя переходу вещества в хрупкое состояние. Очистка металлов от атомов внедрения (С, О, N) понижает Т_№. Легирование может как повышать, так и понижать Г_кр вследствие изменения фазового состава и структуры металлов, а также в результате влияния на подвижность дислокаций в металле. Облучение металлов частицами высоких энергий вызывает увеличение сопротивления движению дислокаций, повышает степень закрепления последних и приводит к возрастанию Т_кр. Упорядочение в расположении атомов также обусловливает повышение Т_кр.

Исследования поверхности разрушения (фрактография) указывают на то, что трещина хрупкого разрушения в металлах и сплавах распространяется вдоль простых кристаллографич. плоскостей (скола) либо по границам зёрен. Последний случай обусловлен адсорбционным обогащением границ зёрен вредными примесями (Р, S, Sb и др. элементами в сталях), резко снижающими силы сцепления между зёрнами.

Специфич. виды X.- водородная X. и замедленное разрушение стали и сплавов - проявляются только при очень низких скоростях нагружения или при длительном воздействии статич. нагрузки ниже предела текучести. Металл в этих случаях может не обнаруживать повышенной склонности к хрупкому разрушению при обычных ударных испытаниях. Разрушение развивается в три стадии - инкубационный период, стадия медленного роста хрупкой трещины и быстрый долом после достижения трещиной критич. длины. Медленный скачкообразный рост хрупкой трещины в закалённой стали связан с тем, что при закалке возникают упругие микронапряжения, облегчающие рост трещины при невысоких напряжениях, приложенных извне. Облегчение же роста трещины в случае водородной X. вызывается диффузией Н в область напряжённого состояния перед растущей трещиной.

Лит.: Дроздовский Б. А., Ф р и д-м а н Я. Б., Влияние трещин на механические свойства конструкционных сталей, М., 1960; Атомный механизм разрушения, пер. с англ., М., 1963; Черепанов Г. П., Механика хрупкого разрушения, М., 1974. С. И. Кишкина, В. И. Саррак.

свойство материала разрушаться при небольшой (преим. упругой) деформации под действием напряжений, средний уровень к-рых ниже предела текучести. Образование хрупкой трещины и развитие процесса хрупкого разрушения связано с образованием малых локальных зон пластич. деформации (см. ПРОЧНОСТЬ). Относит. доля упругой и пластич. деформации при хрупком разрушении зависит от св-в материала (характера межат. и межмол. связей, микро- и кристаллич. структуры) и условий его работы. Приложение растягивающих напряжений по трём главным осям (трёхосное напряжённое состояние), концентрация напряжений в местах резкого изменения сечения детали, понижение темп-ры и увеличение скорости нагружения, а также повышение запаса упругой энергии нагруженной конструкции способствуют переходу материала в хрупкое состояние. Напр., существенно упругий материал — мрамор, хрупко разрушающийся при растяжении, в условиях несимметричного по трём гл. осям сжатия ведёт себя, как пластичный материал; чем выше концентрация напряжений, тем сильнее проявляется X. материала, и т. д. Поэтому X. следует рассматривать в связи с условиями работы материала.

Условием роста хрупкой трещины явл. нарушение равновесия между освобождающейся при этом энергией упругой деформации и приращением полной поверхностной энергии (включая и работу пластич. деформации тонкого слоя, примыкающего к краю трещины). Хрупкая прочность элемента с трещиной обратно пропорц. ?l, где l — полудлина трещины.

Склонность материала к хрупкому разрушению оценивают обычно по температурным зависимостям работы разрушения или хар-к пластичности, позволяющих определить критич. темп-ру хрупкости Ткр, т. е. темп-ру перехода из пластич. состояния в хрупкое. Чем выше Tкр, тем более материал склонен к хрупкому разрушению.

При рассмотрении макроскопич. закономерностей хрупкого разрушения необходимо учитывать две независимые хар-ки — сопротивление пластич. деформации (предел текучести ss) и сопротивление хрупкому разрушению (хрупкая прочность, сопротивление отрыву Sот). При понижении темп-ры испытания, введении надрезов — концентраторов напряжения, увеличении скорости деформации ss возрастает быстрее, чем Sот, вследствие чего происходит переход от вязкого разрушения к хрупкому (рис.).

Схема перехода каменной соли из вязкого состояния в хрупкое при понижении темп-ры испытания на растяжение (по А. Ф. Иоффе).

Представление о возникновении хрупкого разрушения как результате небольшой предварительной пластич. деформации лежит в основе дислокац. теории разрушения. Зарождение хрупких трещин связывают с плоским скоплением линейных дефектов крист. решётки — дислокаций — перед к.-л. препятствием, к-рым могут служить границы зёрен или субзёрен, различные включения и т. п. При этом возникает высокая концентрация напряжений, пропорциональная касательному напряжению от внешней нагрузки и длине скопления дислокаций.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1983 .

-свойство материала разрушаться при небольшой (преим. упругой) деформации под действием напряжений, ср. уровень к-рых ниже предела текучести. Образование хрупкой трещины и развитие процесса хрупкого разрушения связаны с появлением малых локальных зон пластич. деформации (см. Прочность твёрдых тел). Относит. доля упругой и пластич. деформации при хрупком разрушении зависит от свойств материала (характера межатомных и межмолекулярных связей, микро- и кристаллич. структуры) и условий работы. Приложение растягивающих напряжений по трём гл. осям (трёхосное напряжённое состояние), концентрация напряжений в местах резкого изменения сечения детали, понижение темп-ры и увеличение скорости нагружения, а также повышение запаса упругой энергии нагруженной конструкции способствуют переходу материала в хрупкое состояние. Напр., существенно упругий материал мрамор, хрупко разрушающийся при растяжении, в условиях несимметричного по трём гл. осям сжатия ведёт себя как пластичный материал; чем выше концентрация напряжений, тем сильнее проявляется X. материала, и т. д.

Условием роста хрупкой трещины является нарушение равновесия между освобождающейся при этом энергией упругой деформации и приращением полной поверхностной энергии (включая и работу пластич. деформации тонкого слоя, примыкающего к краю трещины). Хрупкая прочность элемента с трещиной обратно пропорциональна , где l -полудлина трещины. Склонность материала к хрупкому разрушению оценивают обычно по температурным зависимостям работы разрушения или характеристикам пластичности, позволяющим определить критич. темп-ру хрупкости T кр , т. е. темп-ру перехода из пластич. состояния в хрупкое. Чем выше Т кр , тем более материал склонен к хрупкому разрушению.

При рассмотрении макроскопич. закономерностей хрупкого разрушения необходимо учитывать две независимые характеристики-сопротивление пластич. деформации (предел текучести s s ) и сопротивление хрупкому разрушению (хрупкая прочность, сопротивление отрыву S от ). При понижении темп-ры испытания, введении надрезов-концентраторов напряжения, увеличении скорости деформации S от возрастает быстрее, чем S от , вследствие чего происходит переход от вязкого разрушения к хрупкому (рис.).

Представление о возникновении хрупкого разрушения как результате небольшой предварит. пластич. деформации лежит в основе дислокац. теории разрушения. Зарождение хрупких трещин связывают с плоским скоплением линейных дефектов кристаллич. решётки - дислокаций - перед к.-л. препятствием, к-рым могут служить границы зёрен или субзёрен, разл. включения и т. п. При этом возникает высокая концентрация напряжений, пропорциональная касательному напряжению от внеш. нагрузки и длине скопления дислокаций.

Лит.: Дроздовcкий Б. А., Фридман Я. Б., Влияние трещин на механические свойства конструкционных сталей, М., 1960; Черепанов Г. П., Механика хрупкого разрушения, М., 1974; Разрушение, ред. Г. Либовиц, пер. с англ., т. 1-7, М., 1973-77.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

ХРУ́ПКОСТЬ, свойство материала разрушаться при небольшой (преим. упругой) деформации под действием напряжений, средний уровень которых ниже предела текучести. Образование хрупкой трещины и развитие процесса хрупкого разрушения связаны с образованием малых зон пластич. деформации (см. Разрушение , Прочность ). Относит. доля упругой и пластич. деформации при хрупком разрушении зависит от свойств материала (характера межатомных или межмолекулярных связей и кристаллич. структуры) и внешних условий. Приложение растягивающих напряжений по трём главным осям, концентрация напряжений в местах резкого изменения сечения детали, понижение темп-ры и увеличение скорости нагружения, а также повышение запаса упругой энергии нагруженной конструкции способствуют переходу материала в хрупкое состояние. Напр., существенно упругий материал – мрамор, хрупко разрушающийся при растяжении, в условиях несимметричного по трём главным осям сжатия ведёт себя как пластич. материал; чем выше концентрация напряжений, тем сильнее проявляется Х. материала.

Хрупкость — свойство материала разрушаться без образования заметных остаточных деформаций. Является противоположным свойству пластичности. Материалы, обладающие этим свойством, называются хрупкими. Для таких материалов удлинение при разрыве не превышает 2…5 %, а в ряде случаев измеряется долями процента. К хрупким материалам относятся высокоуглеродистая инструментальная сталь, стекло, кирпич, камни и др. Диаграмма растяжения хрупких материалов не имеет площадки текучести и зоны упрочнения.

Сопоставление предела прочности хрупких материалов при растяжении σ_в.р с пределом прочности при сжатии σ_в.с показывает, что эти материалы обладают, как правило, более высокими прочностными показателями при сжатии, нежели при растяжении. Отношение k = σ B . p σ B . c _>_>>> для керамических материалов в пределах 0,1…0,2.

Очень большое влияние на проявление свойств пластичности и хрупкости оказывают скорость нагружения и температура. При быстром нагружении более резко проявляется свойство хрупкости, а при медленном — свойство пластичности. Например, хрупкое стекло способно при длительном воздействии нагрузки при нормальной температуре получать остаточные деформации. Пластичные же материалы, такие как малоуглеродистая сталь, под воздействием резкой ударной нагрузки проявляют хрупкие свойства. При понижении температуры хрупкость материалов увеличивается, а при повышении температуры увеличивается свойство пластичности.

Одной из основных технологических операций, позволяющих изменять в нужном направлении свойства материала, является термообработка. Закалка резко повышает прочностные характеристики стали и одновременно снижает её пластические свойства.

Читайте также: