Ductiele breuk, ook bekend alsplastische breukofbreuk door overbelasting, verwijst naar een type breuk dat optreedt wanneer de belasting die op een metallisch materiaal wordt uitgeoefend de vloeigrens overschrijdt, wat resulteert in aanzienlijke macroscopische plastische vervorming vóór breuk. Daarom wordt het ook wel genoemdductiele overbelastingsbreuk.
Een typisch voorbeeld is de breuk van een glad trekmonster onder uniaxiale statische belasting, zoals weergegeven in de onderstaande figuur. Het breukvlak vertoont een helderinsnoeringfenomeen nabij de pauze. Macroscopisch gezien heeft het breukoppervlak eenkopje-en-kegelvorm: het centrale gebied verschijntvezeligEndonkergrijsin kleur, algemeen georiënteerdloodrechtaan de trekspanningsrichting, terwijl het buitenste gebied zichtbaar islippen scherendie zich vormen bij ongeveer aHoek van 45 gradennaar de trekas.
In praktische toepassingen kunnen de vorm van componenten en de krachten die ze ervaren behoorlijk complex zijn, waardoor de macroscopische kenmerken van de breukmorfologie misschien niet voor de hand liggen. Echter, de primaire basis voor het onderscheid tussenductiele breukEnbroze breukis de aan- of afwezigheid van significante macroscopische plastische vervorming nabij de breuk.
Vanuit het perspectief van het breukmechanisme in metalen materialen zijn er twee hoofdtypen:slip scheidingEnductiele kuiltje breuk.
Slipscheidingverwijst naar het fenomeen waarbij, onder externe kracht, de atomen in de kristalstructuur van het materiaal relatief glijden langs specifieke kristalvlakken en -richtingen als gevolg van schuifspanning, wat bekend staat alsuitglijden. Wanneer deze slip discontinu of ongelijkmatig optreedt, of wanneer deze wordt gehinderd bij korrelgrenzen, fasegrenzen of andere grensvlakken, vormen zich op deze locaties kleine gaten of scheuren, wat leidt totslip scheiding. Pure slip-scheidingsbreuk is relatief zeldzaam in metalen materialen.
Ductiele kuiltjebreukis het meest voorkomende type. Het mechanisme voor scheurvorming en -voortplanting in deze modus is als volgt: metalen materialen bevatten verschillende discontinuïteiten, zoals holtes, insluitsels, deeltjes uit de tweede- fase, korrelgrenzen en fasegrenzen. Bij blootstelling aan overbelasting (die de vloeigrens overschrijdt) ontwikkelen zich in deze lokale regio's spanningsconcentraties, waardoor plastische vervorming ontstaat. Naarmate de vervorming voortschrijdt, vormen zich microholtes op deze discontinuïteiten of grensvlakken. Naarmate de spanning blijft toenemen, groeien de microholten en vloeien samen, waarbij ze zich uiteindelijk verbinden en microscheuren vormen. Onder aanhoudende spanning zetten deze microscheuren langzaam uit totdat ze een kritische grootte bereiken, wat tot breuken leidt. Deze microvoids worden genoemdductiele kuiltjes(ofkunststof putten). De typische morfologie van ductiele kuiltjes waargenomen onder SEM wordt weergegeven in de onderstaande figuur, waar tweede--fasedeeltjes of insluitsels ook te zien zijn aan de onderkant van de kuiltjes.
Onder verschillende stresstoestanden kan de morfologie vanductiele kuiltjesbij een ductiele breuk varieert ook. Over het algemeen kunnen ze in drie typen worden ingedeeld:gelijkassige kuiltjes(onder trekspanning),traan kuiltjes(onder scheurspanning, Modus I), enkuiltjes knippen(onder schuifspanning, Mode II en Mode III).
Bij praktische analyse van de breukmorfologie wordt vaak waargenomen dat alle drie de soorten breuken voorkomenductiel kuiltjemorfologieën kunnen verschijnen. Dit is meestal te wijten aan de complexe spanningstoestand die het materiaal ervaart, of, onder eenvoudige spanningsomstandigheden, terwijl de scheur zich voortplant, treden lokale spanningsveranderingen op, resulterend in verschillen in de morfologie van de kuiltjes.
Bovendien kunnen we niet zomaar vaststellen dat er sprake is van een breukductielgebaseerd op de aanwezigheid van talrijke kuiltjes in het lokale fractuurgebied. Ductiele kuiltjes zijn hiervoor geen noodzakelijke en voldoende voorwaardeductiele breuk, omdat er in echte situaties veel zijngemengde fracturenkan voorkomen, zoalsquasi-decolletéfracturen. Daarom is het nog steeds nodig om zowel macroscopische als microscopische analyses te combineren om het type breuk te bepalen, het faalmechanisme te begrijpen, de hoofdoorzaak van het falen van de breuk te identificeren en suggesties voor te stellen voor het verbeteren van het materiaal, het componentontwerp, de productieprocessen en de gebruiksomgeving.
Onder welke omstandigheden is de kans op een ductiele breuk groter? Elke factor die toeneemtductiliteit(vermindertbroosheid) zal het optreden van ductiele breuken bevorderen. De volgende punten vatten de belangrijkste factoren samen:
Superieure microstructuur:Verschillende microstructuren kunnen onder dezelfde omstandigheden tot verschillende fracturen leiden. Gehard martensiet heeft bijvoorbeeld een betere ductiliteit, terwijl perliet + ferriet een relatief lagere ductiliteit heeft. Bij de eerste is de kans groter dat er sprake is van een ductiele breuk.
Fijne-korrelige structuur:Over het algemeen geldt: hoe fijner de korrels, hoe beter de ductiliteit. Bovendien zijn de defecten in fijnkorrelige structuren vaak kleiner, waardoor er een hogere spanning nodig is voor breuk.
Harde insluitsels of tweede-fasedeeltjes:Harde insluitsels of deeltjes uit de tweede{0}}fase verminderen de ductiliteit van het materiaal doorgaans niet. Soms kan een plastic tweede fase zelfs de taaiheid van het materiaal verbeteren. Zoals blijkt uit het onderstaande diagram, is deductiele kuiltjesbevatten een aanzienlijke hoeveelheid Type A-sulfide-insluitsels, maar het materiaal is nog steeds aanwezigductiele overbelastingsbreuk.
Zuivere grondstoffen:Het verbeteren van de zuiverheid van het materiaal, zoals aandacht besteden aan de introductie van externe onzuiverheidselementen tijdens de staalproductie, het verminderen van schadelijke onzuiverheden in het materiaal en het minimaliseren van de mogelijkheid vanintergranulaire broosheidEntweede-fase brosse insluitsels.
Goed structureel ontwerp:Het vermijden van spanningsconcentraties, zoals het verminderen van scherpe hoeken, inkepingen, etc., en het ontwerpen van een constructie die zorgt voor een uniforme verdeling van de belasting.
Goede werkomgeving (temperatuur, mediumomstandigheden, enz.):Minimalisering van blootstelling aan corrosieve media en omgevingen met lage- temperaturen. Als dergelijke omstandigheden vereist zijn, moet bij het ontwerpen van het materiaal rekening worden gehouden met de omgevingsgevoeligheid.
Voorductiele breukIn praktische toepassingen maakt het aanzienlijke vervorming mogelijk zonder plotselinge breuk. Daarom, vanuit dit perspectief, vergeleken metbroze breukductiele breuk is een meer acceptabele vorm van breuk. Als de materiaalontwerp-, productie- en gebruiksprocessen in elke fase echter goed worden gecontroleerd, kunnen onnodige breukincidenten worden vermeden, waardoor eigendomsverliezen voor zowel bedrijven als landen worden verminderd.
