Table of Contents
שבר דוטלי הוא מצב כשלון קריטי בחומרי הנדסה, המתרחש לאחר עיוות פלסטי משמעותי.בניגוד שבר שחצץ, אשר מתפרס במהירות עם אזהרה קטנה, שבר דוקטרילי כרוך בתהליך מתקדם של הצטברות נזק. בלב תהליך זה הוא היווצרות, צמיחה, ופריסת חומרי גלם מיקרוסקופיים הידועים כמיקרו-ריקות.
הבנת מיקרו-חלל בחומרי הדוכס
המונחים: Physical Nature
מיקרו-חלבונים הם חללים תת-מילימטריים אשר מתפתחים בתוך חומר דוקטרי במהלך עיוות. הם בדרך כלל נעים בין פחות מיקרון לעשרות מיקרונים בקוטר ולעתים קרובות בלתי נראים לעין העירומה. אלה ריקנים מתעוררים מן הפסקות מקומיות במבנה המיקרו, כולל הכללות לא-מטאליות, חלקיקים דו-פציאליים, גבולות דגנים, וטרכי-תי-תי-תירקטים מוחלים אלה, מעדיפים מקומות אלה.
מדוע מיקרו-חלל משנה לחדירה
נוכחותם של מיקרו-רִיק משנה ביסודו את מצב הלחץ המקומי בתוך חומר.כל רִיק פועל כמצמר לחץ, העלאת הלחץ האפקטיבי ברצועה הקרובה.כאשר מספר רִיק גדל וקישור יחד, הם יוצרים סדק מקרוסקופי.התהליך כולו תלוי מאוד בדלנות החומרית, רמת הלחץ המשולש, וקצב הניקוי של טיהור אל תוך רִיקֶרְרִיקְרִיקְרִיקְרִיקְרִיקְרִיקְרִיקְרִיקְלְרִיקְרִיקְרִיקִילְרִיקְרִיקְלְרִיקִיתִיתִילְלְרִיקְרִיקְלְלְלְרִיקְלְלְלְלְלְלְלְלְלְלֶתִילְלֶתִילְלְלְלְלְלְלְלְלֶתִילְלְלְלְלְרִיקְרִיקְלְלְלְלְלְרִיקְלְרִיקְרִיקְרִיקְלְלְלְרִיקְטְלְרִיק
מכניזם של מיקרו-בלי נקלציה
המונחים: non-Metallic Inclusions
המקור הנפוץ ביותר של microfrees הוא debonding או שבר של קשיח, הכללות בולט במריצה דק יותר דקר. in Steels, למשל, sulfide מניגאני (MnS) וחלקים חד-חמצני הם לעתים קרובות אתרי טיהור משותף.תחת עומס Tenile, הממטריקס זורם באופן מפלסטיק סביב הכללה, ומייצר מתחים בין-גזעיים גבוהים כאשר הם מעל ממשק משותף (אורד) או ממתכת בנפרד.
צומת משחקים בGirin Boundaries and Triple Junction
בחומרים טעונים, גבולות דגנים משמשים כחסמים לפירוק תנועה.לסגור ערמות גבולות יכולים לייצר ריכוזי מתח מקומיים מספיק כדי ליזום ריקות, במיוחד בצומת משולש שבו שלושה גרגרי דגנים נפגשים.מנגנון זה פעיל במיוחד בטמפרטורות גבוהות שבו הגבול דגנים הופך להיות מצופה.
מתח המדינה וטריאקסיאליות מתח
הסבירות של טיהור ריק מושפעת מאוד על ידי triaxiality הלחץ, המוגדר כיחס של לחץ הידרוטי למשמעות של לחץ פון מיז. triaxiality גבוה, כפי שנמצא לפני סנטימטר או בבר רביר, מקדם טיהור על ידי הגדלת המתח הניטריסט שנפתח חללים.
גידול של מיקרו-חלולים תחת עומס מתמשך
מכניזם של Void growth
לאחר שנרקד, מיקרו-רִיק גדל על ידי עיוות פלסטיק של הממטריקס שמסביב.הריק מתרחב לכיוון הלחץ הראשי המקסימלי תוך הרחבה מאוחר יותר.קצב הצמיחה נשלט על ידי הן את גודל הלחץ רחוק-שדה ואת השדה המקומי. Void צמיחה ניתן לתאר באמצעות מודל אורז קלאסי-טריבי, אשר מתייחס לקצב הצמיחה של ריבוע מבודד למתח המהיר, עם קצב משולש מהיר, עם קצב משולש גבוה, עם קצב משולש גבוה.
Void Shape Evolution
בתחילה מיקרולקלים מפוצצים הופכים מוארכים ומעוותת כמו עיוות מתקדם. במבחן לא-שיאלי של עשרות, רִיק מחלחל לאורך ציר ההטעינה, יצירת צורה דמוית מוטה.תחת הרהר, רִיק מסתובבים ומתמוטטים לתוך ellipses.הצורה המשתנה משפיעה על האינטראקציה בין ריקנים שכנים לבין הנזק הכולל.
Coalescence: ממיקרו-חלל ל- Macrocracks
צוואר פנימי
Coalescence הוא השלב הקריטי שבו microרִיק בודדים להתחבר יחד כדי ליצור סדק מתמשך.המנגנון הפלימיזציה הנפוץ ביותר בחומרים דוקטריליים הוא צוואר פנימי. כמו שני רִיק סמוכים לגדול, הligament ביניהם דקים.הזן הפלסטי המקומי ברצועה זו, מה שגורם לו לצוואר באופן אנלוגי לדגימה זעירה של עשרות אלפיות.
Void Sheet Coalescence
בסגסוגת מסוימת, במיוחד אלה עם צפיפות גבוהה של חלקיקים קטנים אחרים, microfrees פחמה על ידי יצירת "לוחם ריק" כאן, חללים ראשוניים גדולים להיות מקושרים על ידי מערך מתכנן של חללים קטנים יותר כי nucleate וצמח באזור ביניהם. מנגנוני רִיק גיליון מתרחשת לעתים קרובות בזנים גבוהים ואחראי על משטחים מתפתלים נראים בכישלונות רבים.
Shear Coalescence
תחת קטיעת מתח נמוכה או שלילית, הפלימיזציה יכולה להתרחש על ידי להקות הינריזציה של Shear המחברות ריקנים. בלהקות אלה, החומר עובר עיוות עז כי דמעות את הממטריקס בין רִיק מבלי לדרוש צמיחה נרחבת. Shear פחם הוא נפוץ ב torsion ובשלבים האחרונים של שבר במכות דוקטרליות מאוד כמו נחושת.
מודלים קוונטיים של נזקי מיקרו-ריק
מודל גורסון-טרברגהארד-נדלמן (GTN)
המודל הפורשי ביותר לנזקים דוקטרי הוא מודל גורסון, שמאוחר יותר ע"י Tvergaard ו- Needleman.מודל GTN מציג שבריר נפח ריק:0GirFLT:1 כמשתנה פנימי של מדינה מתפתחת עם לחץ פלסטיק וטריאקציה הלחץ.
גישה נוספת ל-CDM
חלופי לדגמי מיקרו-מכניקה, מכניקת הנזק הרצינית מתייחסת לנזק כתחום מדרג או רב-תחומי, המקטין את הנוקשות החומרית.מודלים של CDM משתמשים לעתים קרובות במשתנה משתנה משתנה:0DigFLT:1, החל מ- Zero (העברה) לאחד (נכשלים), ומגדירים את חוקי האבולוציה בהתבסס על פירוק אנרגיה.
סימלוציות מיקרו-מכניות עם אלמנטים נבחרים
(הדלנות גבוהה של ייצור נזק מיקרו-ריק מעסיקה כיום סימולציות של אלמנטים מרכזיים (RVEs) המכילים חללים מפורשים.סימולציות אלה ללכוד את האינטראקציות המקומיות בין ריקות, כולל ההשפעות של צורה רִיק, ספיגה וכיוון.ניתוחי RVE גילו כי רִיק מזרז באופן משמעותי את הפחם וכי חלקיק הנפח לבדו אינו מספיק לנבא - התפלגות התפלגות LT חשובה באותה מידה: 1.
אופי ניסיוני של מיקרו-חלל
סורק אלקטרון מיקרוסקופיה (SEM) ו- Fractography
השיטה העיקרית להתבוננות במיקרו-רִיק היא לסרוק מיקרוסקופיות אלקטרוניות של משטחים שבורים.דקיליים מציג משטח מלוטש, כל אחד מהם מתאים למיקרו-ריק שנפתח ומפוזרים. הגודל, העומק והפצה של דיפרונים חושפים את אתרי הניקיון ואת ההיסטוריה של הפלמדומים.
ב-Situ Tensile Testing ב-SEM
כדי ללכוד את הדינמיקה של אבולוציה של רִיק, החוקרים מבצעים בדיקות פילים בתוך SEM עם שלב טעינה זעיר.טכניקה זו מאפשרת תצפית ישירה של nucleation, צמיחה, ופחם על פני השטח או, באמצעות קרן יון ממוקדת (FIB) צולבת, בצלם מפוכח זמן, מאשר חשוף את קצבי צמיחה ותחומים מקומיים באמצעות תמונה דיגיטלית (Dcle) רקמות על פני השטח של מודלים אלה, מאשר חשוף צבעים).
X-Ray Microtomography
(Synchrotron מבוסס X-ray microtomography מספק הדמיה תלת-ממדית של microfrees בתוך חומרים גדולים בהחלטות המתקרבות 0.5-1 מיקרון.טכניקה לא-הרסנית זו עוקבה אחר האבולוציה של אותם רִיק בשלבים שונים של עיוות על ידי סריקה של הדגימה בעומס בתשלומים. Tomography הראה כי רִיקֶטֶטֶטֶטֶטֶטֶטֶטֶטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטַטַבְטַטְטְטְטְטְטַן לעתים קרובות צורה לעתים קרובות בדרך כלל מְטַבְטְטְטְטְטְטַבְטְטְטְטַבְטַבְטַבְטַבְטַבְטְטְטַבְטַבְטְ
אסטרטגיות עיצוב חומריות ל- Mitigate Microfree damage
בקרת הקירור והשליטה של ה-Inlusion Control
צמצום הגודל ומספר חלקיקי הכללה היא הדרך הישירה ביותר לעכב את שיטות ייצור נקיות.ניקוי נקי, כגון טיפול סידן כדי לשנות את הכללות sulfide, ואבקים לתוך תוכן חמצן נמוך יותר, לייצר חומרים עם פחות אתרי נינקיה.בנוסף, מחדש את גודל דגנים להגדיל את מספר הגבולות דגנים, אשר יכול להפיץ נזק אחיד יותר מדכא מוקדם של פיזור למעשה.
טכניקות עיבוד כדי להפחית את ה-Triaxiality מתח
עיצוב רכיבים עם רדיוני מילוי נדיב, הימנעות מזנים חדים, ולשלוט פרמטרים של נביחות להפחית את העודף הלחץ באזורים קריטיים. triaxiality מדכא את שערי הצמיחה נטולי כפי שתואר על ידי יחסי רייס-טריטורי.טיפולי חום להקל על מתחים שאריות גם לעזור על ידי הורדת הלחץ המקומי כי מניע התרחבות ללא תשלום.
Multiphase Micro Structures and Damage-Tolerant design
פלדה גבוהה גבוהה סגסוגת אלומיניום לעתים קרובות להשתמש כפול-phase או mtensitic-austenitic micro Structure אשר מעכב רִיקescence. לדוגמה, TRIP (פלסטיקה מושרה) פלדה מכילים מכניקה metastable-austeniite אשר הופך למתחים מסיביים תחת עיוות, יצירת מתחים סביב רִיק ו סדקים בוטה, חיזוי בשלב זה יכול להבטיח את מעגל קריטי של פעילות גופנית, אך לא יכול להיות מפצה של תפקוד הדם.
מחקרים: מיקרו-חלולים בכישלונות הנדסיים
כשל אלומיניום אווירי
ב סגסוגת אלומיניום של 7xxx בשימוש במבנים מטוסים, microרִיק מחלחל חלקיקים בין-מטליק עשיר ברזל ובגבולות דגנים. צמיחת סדק איטי במהלך טעינה עייפות מאפשר לריקים אלה לצבור באזור פלסטיק סדקים-טיפ. כאשר השבר הריק מגיע לרמה קריטית (ply 0.1 עד 0.2), קפיצות קדימה, מוביל לעיכובים מהירים של סגסוגת מחדש של החיים.
קוסמטיקה דונטל בPipeline Steels
צינורות שידור גז הפועלים תחת לחץ גבוה רגישים שבר דוקטרילי פועל למרחקים ארוכים.מיקרול נזק חמור במיוחד באזור המושפע החום של גלימות החתומות שבו קיימים הכללות קורקציה.מודל GTN שימש כדי לדמות צינורות, לחזות את יכולת המעצר של פלדות דיודות גבוהה.
המונחים: car Sheet Metal
במהלך ציור עמוק או בולים, מתכת גיליון עובר מתיחה כי מקדם nucleation microfree carbides ו הכללות. הדיאגרמה המגדירה (FLD) עבור פלדה נתונה קשורה ישירות להתנגדות של החומר לריק צמיחה ופחם. פלדות מתקדמות עם דקטינות משמעותית, כגון DP780, עיכוב צוואר בגלל המבנה הכפול שלהם מאפשר לדגמי גלאי אפילו לנבאדמים מתקדמים יותר.
כיוונים עתידיים במיקרו-בלי מחקר
מודלים בקנה מידה גדול של Atomistic to Continuum
הגבול הבא הוא קישור סימולציות אטום של nucleation â € ¢ עם מודלים של נזק מתמשך.הכחשה תיאוריה פונקציונלית ודינמיקה מולקולרית יכול לחזות נקודות חוזק בין-גזעיות ואת ההשפעה של ⁇ אלמנטים על הכללה debonding. נתונים אלה אטום יכול לשמש כדי פרמטר GTN או תקליטורים מודל CDM, צמצום הצורך עבור מובנים מרובים מקיפים.
למידה ממוחשבת לחיזוי נזקים
נתונים ניסיוניים וסימולציות של אבולוציה מיקרו-לקלק גדלים במהירות.האלגוריתמים של למידת מכונות, במיוחד רשתות עצביות ויערות אקראיות, יכולים לזהות התנגשויות בין תכונות מיקרו-מבנה (גודל ההפחתה, התכווצות, צורה) וזן קצרי-העת שבר.
ריפוי של מיקרו-חלבונים
חומרים של פיגור עצמי כוללים microcapsules מוטבעים כי לשחרר סוכן ריפוי כאשר רִיק צורה, חותם את הכובד לפני שהוא יכול לפחם. עבור מתכות דונם, מחקר הוא חקר חוטי זיכרון צורה כי החוזה כאשר מחומם, סוגר ריקות שנפתחו במהלך עומס יתר.
מסקנה
מיקרו-חלבונים אינם רק פגמים אלא משתתפים פעילים בתהליך השברים הדוקטרילי שלהם.ההה, הצמיחה וההתחילה מגדירים את תחילת הסדקים ואת הכישלון האולטימטיבי של חומרים. הבנה עמוקה של המנגנונים האלה – שמקורם במיקרו-מכניקה, מודלים מתקדמים ואפיון מתקדם - מהנדסים מסוגלים לעצב חומרים בטוחים, קשים יותר וחיזוי דיוק גדול יותר מייצור נקי, להמשיך לפתח את הסימולציות קריטיות של חומר מחקר, להמשיך לפתח.