שבר רקיע, המכונה גםשבר פלסטיקאוֹשבר עומס מתיחה, מתייחס לסוג של שבר המתרחש כאשר העומס המופעל על חומר מתכתי עולה על חוזק התפוקה שלו, וכתוצאה מכך דפורמציה פלסטית מקרוסקופית משמעותית לפני שבר. לכן, זה מכונה גםשבר עומס יתר רקיע.
דוגמה טיפוסית היא שבר של דגימת מתיחה חלקה תחת עומס סטטי חד צירי, כפי שמוצג באיור למטה. משטח השבר מציג ברורמִזמוּזתופעה סמוך להפסקה. מבחינה מקרוסקופית, למשטח השבר יש אכוס-וחרוט-צורה: האזור המרכזי מופיעסִיבִיואפור כההבצבע, מכוון בדרך כללאֲנָכִילכיוון מתח המתיחה, בעוד שהאזור החיצוני מופיעלגזור שפתייםזה טופס בערך בזווית של 45 מעלותלציר המתיחה.
ביישומים מעשיים, צורת הרכיבים והכוחות שהם חווים יכולים להיות מורכבים למדי, כך שמאפייני המורפולוגיה המקרוסקופיים של השברים עשויים שלא להיות ברורים. עם זאת, הבסיס העיקרי להבחנה ביןשבר רקיעושבר שבירהוא נוכחות או היעדר של דפורמציה פלסטית מקרוסקופית משמעותית ליד השבר.
מנקודת המבט של מנגנון השבר בחומרים מתכתיים, ישנם שני סוגים עיקריים:הפרדת החלקהושבר גומה רקיע.
הפרדת החלקהמתייחס לתופעה שבה, תחת כוח חיצוני, האטומים במבנה הגבישי של החומר חווים החלקה יחסית לאורך מישורי גבישי וכיוונים ספציפיים עקב מתח גזירה, הידוע בשםלְהַחלִיק. כאשר החלקה זו מתרחשת באופן בלתי רציף או לא אחיד, או כאשר היא מופרעת בגבולות התבואה, גבולות הפאזות או ממשקים אחרים, נוצרים פערים קטנים או סדקים במקומות אלו, מה שמוביל להפרדת החלקה. שבר הפרדת החלקה טהור נדיר יחסית בחומרים מתכתיים.
שבר גומה רקיעיתהוא הסוג הנפוץ יותר. המנגנון להיווצרות והתפשטות הסדקים במצב זה הוא כדלקמן: חומרים מתכתיים מכילים אי-רציפות שונים כגון חללים, תכלילים, חלקיקי שלב שני, גבולות גרגרים וגבולות פאזה. כאשר נתון ללחץ עומס יתר (העולה על חוזק התפוקה), מתפתחים ריכוזי מתח באזורים מקומיים אלה, הגורמים לעיוות פלסטי. ככל שהדפורמציה מתקדמת, נוצרים מיקרו-חללים בחוסר המשכיות או בממשקים אלה. ככל שהמתח ממשיך לגדול, המיקרו-חללים גדלים ומתלכדים, ולבסוף מתחברים ליצירת סדקים מיקרוניים. תחת לחץ מתמשך, המיקרו-סדקים הללו מתרחבים לאט עד שהם מגיעים לגודל קריטי, מה שמוביל לשבר. מיקרו-חללים אלה מכוניםגומות רקע(אוֹבורות פלסטיק). המורפולוגיה האופיינית של גומות רקע הנצפות תחת SEM מוצגת באיור שלהלן, שבה ניתן לראות חלקיקים או תכלילים מהשלב השני גם בתחתית הגומות.
תחת מצבי לחץ שונים, המורפולוגיה שלגומות רקעעל שבר רקיע גם משתנה. באופן כללי, ניתן לסווג אותם לשלושה סוגים:גומות שוות(תחת לחץ מתיחה),גומות דמעות(תחת לחץ קריעה, מצב I), וגזוז גומות(תחת לחץ גזירה, מצב II ומצב III).
בניתוח מורפולוגיה מעשית של שבר, נצפה לעתים קרובות שכל שלושת הסוגים שלגומה רקיעהיכולות להופיע מורפולוגיות. זה נובע בדרך כלל ממצב הלחץ המורכב שחווה החומר, או, בתנאי לחץ פשוטים, כאשר הסדק מתפשט, מתרחשים שינויי מתח מקומיים, וכתוצאה מכך הבדלים במורפולוגיה של הגומות.
יתר על כן, איננו יכולים פשוט לקבוע כי שבר הוארָקִיעַמבוסס על נוכחות של גומות גומות רבות באזור השבר המקומי. גומות רקע אינן תנאי הכרחי ומספיק עבורשבר רקיע, כי במצבים אמיתיים, רביםשברים מעורביםיכול להתרחש, כגוןשברי-מעין שברי מחשוף. לכן, עדיין יש צורך לשלב ניתוח מקרוסקופי ומיקרוסקופי כאחד כדי לקבוע את סוג השבר, להבין את מנגנון הכשל, לזהות את שורש הכשל של השבר ולהציע הצעות לשיפור החומר, עיצוב הרכיבים, תהליכי הייצור וסביבות השימוש.
באילו תנאים יש סיכוי גבוה יותר להתרחש שבר רקיע? כל גורם שעולהמְשִׁיכוּת(מפחיתשְׁבִירוּת) יקדם את התרחשות של שבר רקיע. הנקודות הבאות מסכמות את הגורמים המרכזיים:
מבנה מיקרו מעולה:מבנים מיקרו שונים עלולים להוביל לשברים שונים באותם תנאים. לדוגמה, למרטנזיט מחוסמ יש גמישות טובה יותר, בעוד שלפרליט + פריט יש גמישות נמוכה יחסית. הראשון נוטה יותר לחוות שבר רקיע.
מבנה עדין-:ככלל, ככל שהגרגרים עדינים יותר, כך השיכות טובה יותר. בנוסף, הפגמים במבנים עדינים- לרוב קטנים יותר, ולכן נדרש מתח גבוה יותר לשבר.
תכלילים קשים או חלקיקי-שלב שני:תכלילים קשים או חלקיקי שלב שני- בדרך כלל אינם מפחיתים את משיכות החומר. לפעמים, שלב שני מפלסטיק יכול אפילו לשפר את משיכות החומר. כפי שמוצג בתרשים שלהלן, הגומות רקעמכילים כמות משמעותית של תכלילים גופרתיים מסוג A, אך החומר עדיין מוצגשבר עומס יתר רקיע.
חומרי גלם טהורים:שיפור טוהר החומר, כגון שימת לב להחדרת יסודות זיהומים חיצוניים במהלך ייצור הפלדה, הפחתת זיהומים מזיקים בחומר ומזעור האפשרות שלשבירות בין-גרגיריתותכלילים שבירים של-שלב שני.
עיצוב מבני טוב:הימנעות מריכוזי מתח כגון הפחתת פינות חדות, חריצים וכדומה ותכנון מבנה המבטיח חלוקת עומס אחידה.
סביבת הפעלה טובה (טמפרטורה, תנאים בינוניים וכו'):צמצום החשיפה לחומרי מאכל וסביבות-בטמפרטורה נמוכה. אם תנאים כאלה נדרשים, יש לקחת בחשבון את הרגישות הסביבתית בעת תכנון החומר.
עֲבוּרשבר רקיע, ביישומים מעשיים, הוא מאפשר עיוות משמעותי ללא שבר פתאומי. לכן, מנקודת מבט זו, לעומתשבר שביר, שבר רקיע הוא שבר מקובל יותר. עם זאת, אם תהליכי התכנון, הייצור והשימוש בחומר נשלטים כראוי בכל שלב, ניתן למנוע אירועי שברים מיותרים, ולהפחית את אובדן הרכוש עבור עסקים ומדינות כאחד.
