Duktilt brudd, også kjent somplastisk bruddellerstrekk overbelastningsbrudd, refererer til en type brudd som oppstår når belastningen påført et metallisk materiale overskrider dets flytegrense, noe som resulterer i betydelig makroskopisk plastisk deformasjon før brudd. Derfor omtales det også somduktilt overbelastningsbrudd.
Et typisk eksempel er brudd på en glatt strekkprøve under enakset statisk belastning, som vist i figuren nedenfor. Bruddoverflaten viser en klarhalsingfenomen nær pausen. Makroskopisk har bruddflaten enkopp-og-kjegleform: den sentrale regionen visesfibrøstogmørkegråi farger, generelt orientertvinkelretttil strekkspenningsretningen, mens den ytre regionen harskjære leppersom dannes ved ca45 graders vinkeltil strekkaksen.
I praktiske applikasjoner kan formen på komponentene og kreftene de opplever være ganske komplekse, så de makroskopiske bruddmorfologitrekkene er kanskje ikke åpenbare. Imidlertid er det primære grunnlaget for å skille mellomduktilt bruddogsprø brudder tilstedeværelse eller fravær av betydelig makroskopisk plastisk deformasjon nær bruddet.
Fra perspektivet til bruddmekanismen i metalliske materialer er det to hovedtyper:slip separasjonogduktil fordypningsbrudd.
Slipseparasjonrefererer til fenomenet der, under ytre kraft, atomene i krystallstrukturen til materialet opplever relativ gliding langs spesifikke krystallplan og retninger på grunn av skjærspenning, som er kjent somslip. Når denne glidningen skjer diskontinuerlig eller ujevnt, eller når den hindres ved korngrenser, fasegrenser eller andre grensesnitt, dannes det små hull eller sprekker på disse stedene, noe som fører tilslip separasjon. Ren slipseparasjonsbrudd er relativt sjelden i metalliske materialer.
Duktilt fordypningsbrudder den vanligste typen. Mekanismen for sprekkdannelse og forplantning i denne modusen er som følger: metalliske materialer inneholder ulike diskontinuiteter som hulrom, inneslutninger, andre-fasepartikler, korngrenser og fasegrenser. Når de utsettes for overbelastningsspenninger (som overstiger flytegrensen), utvikles spenningskonsentrasjoner i disse lokale regionene, noe som forårsaker plastisk deformasjon. Etter hvert som deformasjonen skrider frem, dannes mikrohulrom ved disse diskontinuitetene eller grensesnittene. Etter hvert som belastningen fortsetter å øke, vokser og smelter mikrohulene sammen, og til slutt kobles sammen for å danne mikrosprekker. Under vedvarende stress utvider disse mikrosprekkene seg sakte til de når en kritisk størrelse, noe som fører til brudd. Disse mikrohulene blir referert til somformbare groper(ellerplastgroper). Den typiske morfologien til duktile fordypninger observert under SEM er vist i figuren nedenfor, der andre-fasepartikler eller inneslutninger også kan sees i bunnen av fordypningene.
Under ulike stresstilstander, morfologien tilformbare groperpå et duktilt brudd varierer også. Generelt kan de klassifiseres i tre typer:likeaksede groper(under strekkspenning),rive groper(under rivestress, modus I), ogskjære groper(under skjærspenning, modus II og modus III).
I praktisk bruddmorfologianalyse observeres det ofte at alle tre typerduktil fordypningmorfologier kan dukke opp. Dette skyldes vanligvis den komplekse spenningstilstanden som materialet opplever, eller, under enkle spenningsforhold, når sprekken forplanter seg, oppstår lokale spenningsendringer, noe som resulterer i forskjeller i fordypningsmorfologi.
Dessuten kan vi ikke bare fastslå at et brudd erduktilbasert på tilstedeværelsen av mange groper i det lokale bruddområdet. Duktile groper er ikke en nødvendig og tilstrekkelig betingelse forduktilt brudd, fordi i virkelige situasjoner, mangeblandede bruddkan forekomme, som f.ekskvasi-spaltningsbrudd. Derfor er det fortsatt nødvendig å kombinere både makroskopisk og mikroskopisk analyse for å bestemme bruddtypen, forstå feilmekanismen, identifisere grunnårsaken til bruddsvikten og foreslå forslag til forbedring av materialet, komponentdesign, produksjonsprosesser og bruksmiljøer.
Under hvilke forhold er det mer sannsynlig at duktilt brudd oppstår? Enhver faktor som økerduktilitet(reduserersprøhet) vil fremme forekomsten av duktilt brudd. Følgende punkter oppsummerer nøkkelfaktorene:
Overlegen mikrostruktur:Ulike mikrostrukturer kan føre til forskjellige brudd under samme forhold. For eksempel har temperert martensitt bedre duktilitet, mens perlitt + ferritt har relativt lavere duktilitet. Førstnevnte er mer sannsynlig å oppleve duktilt brudd.
Fin-struktur:Generelt, jo finere kornene er, desto bedre er duktiliteten. I tillegg er defektene i finkornede-strukturer ofte mindre, så det kreves høyere spenning for brudd.
Tøffe inneslutninger eller andre-fasepartikler:Tøffe inneslutninger eller andre-fasepartikler reduserer vanligvis ikke materialets duktilitet. Noen ganger kan en andrefase i plast til og med forbedre materialets duktilitet. Som vist i diagrammet nedenforformbare groperinneholder en betydelig mengde type A-sulfidinneslutninger, men materialet vises fortsattduktilt overbelastningsbrudd.
Rene råvarer:Forbedre materialets renhet, som å være oppmerksom på innføring av eksterne urenheter under stålfremstilling, redusere skadelige urenheter i materialet og minimere muligheten forintergranulær sprøhetogandre-skjøre inneslutninger.
God strukturell design:Unngå spenningskonsentrasjoner, som å redusere skarpe hjørner, hakk osv., og utforme en struktur som sikrer jevn lastfordeling.
Godt driftsmiljø (temperatur, middels forhold osv.):Minimerer eksponering for etsende medier og miljøer med lav-temperatur. Hvis slike forhold er påkrevd, bør miljøfølsomheten vurderes ved utforming av materialet.
Tilduktilt brudd, i praktiske applikasjoner tillater det betydelig deformasjon uten plutselige brudd. Derfor, fra dette perspektivet, sammenlignet medsprø brudd, duktilt brudd er en mer akseptabel bruddmåte. Men hvis materialdesign, produksjon og bruksprosesser er riktig kontrollert på hvert trinn, kan unødvendige bruddhendelser unngås, noe som reduserer eiendomstap for både bedrifter og nasjoner.
