Kiinteä materiaali on haurasta , jos se murtuu, kun sen elastinen raja on saavutettu. Hauraus vastustaa sitkeyttä . Hauras ei pidä sekoittaa kanssa alhainen lujuus , mikä tarkoittaa, että materiaali on vain vähän vastusta etenemiselle halkeamia .
Nykyisessä käytössä ja erityisesti metallurgiassa puhumme hauraasta materiaalista, kun murtumisrasitus on alhainen, sitkeys alhainen ja murtovoima pieni. Itse asiassa, kun hauras-sitkeä siirtymälämpötila ylitetään , murtovenymä, sitkeys ja murtumienergia vähenevät yhdessä. Emme kuitenkaan voi yleistää ajatusta kaikkiin materiaaleihin: yhdellä materiaalilla voi hyvinkin olla pienempi sitkeys, mutta suurempi rikkoutumisenergia kuin toisella. Jopa metallien kohdalla sitkeys / sitkeys -suhde ei päde: kulta on yksi sitkeimmistä metalleista, mutta on paljon vähemmän sitkeää kuin useimmat teräkset.
Jos katsomme Ashby-kaaviota sitkeydestä , on melko selvää, että sitkeimmät materiaalit ovat sitkeitä metalleja. Siitä huolimatta noin 10 MPa. siellä on sekä teknistä keramiikkaa että tavallisia metalleja. On kuitenkin totta, että suurimmalla osalla keramiikasta, hauraista materiaaleista on alhainen sitkeys ja alhaiset murtovoimat, ja monilla sitkeillä metalleilla on korkea sitkeys ja suuri murtovoima. Arjen kielessä hauraus ja heikko sitkeys liittyvät siten usein. Uusien hauraiden ja erittäin sitkeiden materiaalien kehittäminen tarkoittaa, että on tehtävä ero sitkeän ja sitkeän materiaalin välillä. Aikana, jolloin muutamia hauraita mutta sitkeitä materiaaleja oli olemassa, murtumismekaniikka kehittyi ja tässä mekaniikassa ajatus siitä, että hauras murtumistila on murtumistila ilman plastista muodonmuutosta. Haurasta murtumaa kuvaavien jatkuvien väliaineiden mekaniikan mallikaavoissa yhtälön arvolla ei ole merkitystä. Hauras murtumismalli on sellainen, että siinä ei ole plastisia muodonmuutoksia sitkeydestä ja murtumienergiasta riippumatta.
Vaikka on totta, että puhumme usein metallurgiassa, kun materiaalin sitkeys vähenee (lämpökäsittelyllä tai muulla tavalla) "haurastumisesta", kun puhumme "hauraasta käyttäytymisestä", viittaamme vikaantumiseen ilman plastista muodonmuutosta, ei riippumatta siitä kuinka paljon energiaa se maksaa.
Esimerkiksi karbidien (volframikarbidit) kaltaiset materiaalit ovat suhteellisen sitkeitä (volframikarbidi on kymmenen kertaa kovempaa kuin lasi), mutta eivät selvästikään ole sitkeitä ollenkaan : niitä ei voida deformoida pysyvästi huoneenlämpötilassa. Ne ovat hauraita. Karbidiseokset voivat lähestyä 20 MPa. sitkeydessä, kun taas lyijy (pallografiittimateriaalin arkkityyppi) saavuttaa tuskallisen 15 MPa. . Tina-lyijyseosten sitkeys on alle 5 MPa. , ovat sitkeitä (useita prosentteja plastista muodonmuutosta ennen repeämistä), mutta vähemmän sitkeitä kuin useimmat hauraat tekniset alumiinioksidit (ei plastista muodonmuutosta repeämässä).
Silikaattilasit ovat herkkiä huoneenlämmössä. Ne hajoavat ilman minkäänlaista plastisuutta, puhtaana joustavuutena. Niiden sitkeydet ovat alle 1 MPa. . Vakiolasi, jopa lämpökarkaistu, ylittää harvoin = 120 MPa: n murtumisjännityksen . Kanssa Youngin suuruusluokkaa E = 70 GPa, saadaan tallennettua mekaanista energiaa vika luokkaa:
Siitä huolimatta optinen kuitu, jolla ei ole lainkaan pintavikoja, voi saavuttaa murtumisjännityksen, joka on luokkaa 12 GPa, ts .
Sen sijaan laajalti käytetty 316L-teräs on pallografiittia. Se sietää jopa 40% muovin muodonmuutoksia ennen murtumista, sitkeys on yli 200 MPa. . Materiaalin arkkityyppi viittaa siihen, että sitkeys ja sitkeys ovat samanarvoisia. Suurin jännitys ennen murtumista on kuitenkin luokkaa 490 MPa, melkein 25 kertaa pienempi kuin lasikuitu ja kymmenen kertaa vähemmän kuin kemiallisesti karkaistu lasi (älypuhelimen näytön lasi). Tämä johtaa katkoviivoihin luokkaa eli viisi kertaa vähemmän kuin optinen kuitu.
Siksi on tarpeen erottaa selvästi sitkeyden, mekaanisen kestävyyden , murtovoiman ja haurauden käsitteet . Samoin meidän on tehtävä ero sietokyvyn ja haurauden välillä. Otetaan huomioon G. Charpyn omat sanat: ”Lovitettujen näytteiden testit eivät ole hauraita murtumistestejä. Se on vain testi, jonka avulla voidaan luokitella metallit, joilla on korkea tai matala sietokyky ”.
Charpy taivutus siis mitataan, onko materiaalilla on alhainen dynaaminen murtoenergia K C (virheellisesti kutsutaan " kimmoisuus ") eikä sen haurautta.
Hauras murtuma-kasvohoito (lasi); koska lasi on amorfinen, fasit ovat sileät, mutta kaarevat, siinä ei ole viisteitä.
Rikkoutunut näyte hauraasta materiaalista (valurauta)
Deformaatiokäyttäytymisen näkökulmasta hauras materiaali rikkoutuu elastisessa domeenissa, se ei ole sitkeää . Siksi meillä on epäonnistumiset, joissa on sileä pinta,
Hauras materiaali voidaan helposti erottaa sitkeästä materiaalista, kun se rikkoutuu. Hauraalle materiaalille, kun "liimataan" palat yhteen, löydämme alkuperäisen rakenteen, ei muodonmuutoksia (maljakko, jonka hajotimme pelatessamme jalkapalloa talossa). Pallomateriaalille löydämme melkein epämuodostuneen rakenteen juuri ennen vikaantumista.
Herkkyys voidaan arvioida:
Haavoittuvuutta voidaan mitata eri tavoin. " Haurausindeksi" on otettu käyttöön kirjallisuudessa. Yksi näistä indekseistä on Vickersin kovuuden ja sitkeyden suhde avoimessa tilassa. Kova materiaali on todellakin sellainen materiaali, joka ei juurikaan kykene plastiseen muodonmuutokseen. Jos se ei myöskään ole kovin sitkeä, sillä on korkea haurausindeksi.
Herkkyys tai sitkeys riippuu paitsi atomien välisestä sitoutumisvoimasta myös energian haihtumisen mahdollisten ilmiöiden vaikutuksesta: plastisuus , mikrohalkeaminen , vaihemuutos , dynaaminen uudelleenkiteytyminen ... joiden vaikutus kasvaa merkittävästi, itsepäinen aineet, domeenin tilavuus, jossa halkeaman kärjessä atomisidokset vastustavat sen etenemistä tukemalla suurinta vetojännitystä .
Lämpötila ja venymisnopeus ovat siis erityisen tärkeitä . Erityisesti :
Mitä tulee energian hajaantumiseen plastisen muodonmuutoksen avulla, ensimmäinen kriteeri on von Mises-kriteeri, joka osoittaa, että kiteinen materiaali on luonnostaan hauras, jos sillä on vähemmän kuin 5 liukumoodia (liukuva taso-liukumissuunta, katso Dislokaatio ). Rakeiden välinen hauraus voi syntyä vieraasta atomia ja joka erottaa raerajoilla, kuten fosforia tai rikkiä on terästä . Yleensä kiteinen materiaali on usein vähemmän hauras, sitä puhtaampaa se on. Viljan rajoja voidaan vahvistaa lisäämällä seosaineita epäpuhtauksien vangitsemiseksi tai vahvistamaan raerajoja erottamalla ne ( boori ). Vety on myös heikentyminen elementti; metallien kaasunpoisto sulamisen aikana on siksi välttämätöntä.
Herkkyys voi johtua myös reaktiosta ympäristön kanssa. Erityisesti vesi voi uppoutumisen tai ilman kosteuden tapauksessa reagoida metallin kanssa ja tuottaa vetyä, joka heikentää metallia.
Mekaaninen kestävyys on yksilö kuormitettuna on suurin jännitys R m tukee näytteen ennen murtuma. Toisin kuin sitkeys, joka on luontainen määrä , mekaaniseen kestävyyteen liittyy atomisidosten voimien lisäksi testikappaleen muoto ja mitat, sen pinnan kunto ja jännitystyyppi. Esimerkiksi havaitaan, että juuri vedettyjen lasikuitujen mekaaninen lujuus on noin sata kertaa suurempi kuin saman lasin tavallisilla esineillä, joille on tehty useita hankauksia . Särkyvistä materiaaleista valmistettujen esineiden mekaanista kestävyyttä parannetaan asettamalla pintakompressointia lämpö- tai kemiallisilla käsittelyillä .
Lopuksi on muistettava, että lasifilamentteja, tyypillisesti hauraita aineita, käytetään yleisesti monien polymeerien ja sementtien vahvistamiseen .
Emme saa sekoittaa haurautta ja haavoittuvuutta : hauraus on usein haavoittuvuutta raskauttava olosuhde.