Ruperea materialelorRuperea reprezinta fenomenul de fragmentare a unui corp solid sub actiunea unortensiuni interne sau externe aparute in urma unor sarcini constante sau crescatoare. Oricefenomen de rupere prezinta doua etape distincte: initierea unei fisuri si propagarea sa peintreaga sectiune a produsului.Fenomenul de rupere poate fi poate fi clasificat dupa urmatoarele criterii:1. dupa modul cristalografic de producere, se intalneste rupere prin clivaj si rupere prinforfecare. Ruperea prin clivaj consta in distrugerea legaturilor dintre atomii adiacentiplanului de clivaj, sub actiunea tensiunilor normale la aceaste plane. Planele de clivaj suntplane cristalografice de mica densitate atomica si sunt caracteristice pentru fiecarestructura cristalina in parte. Ruperea prin forfecare consta in distrugerea legaturii intreatomii situati pe plane adiacente de mare densitate atomica, sub actiunea tensiunilortangentiale.

σ

σ

τ

σ

τ

Ruperea prin clivaj Ruperea prin forfecare

Rupere intercristalinăRupere intracristalină

2. dupa traiectoria urmata de fisura, se distinge ruperea transgranulara(intragranulara) daca fisura strabate grauntele, sau intergranulara daca grauntii nu se fisureaza, ci aluneca intre ei, dupa limitele de graunte.

3. dupa deformarea plastica ce precede ruperea aceasta poate fi:fragila(casanta), suprafata de rupere fiind cristalin stralucitoare, fara odeformare plastica vizibila sau ductila, insotita de o deformare plasticaapreciabila, suprafata de rupere fiind mat-fibroasa daca rupere.

a b c a) rupere ductila; b) rupere parţial ductilă; c) rupere fragilă

Studiul la microscopul electronic al caracterelor suprafetelor de rupere poarta denumirea de microfractografie.

Nivel de marire Rupere fragila Rupere ductila

Macroscopic Fara deformare plastica Cu deformare plastica

Microscopie optica Suprafata plana Graunti deformati

Microscopie electronica Suprafata de clivaj Suprafata cu gropite

Ruperea prin alunecare (forfecare) este datorată tensiunilor tangenţiale şi înurma examinării la măriri mici ale unui stereomicroscop are un aspect mat,fibros.

Ruperea prin clivaj este produsă de tensiunile normale şi în aceleaşi condiţiide examinare microscopică prezintă un aspect strălucitor datorită reflectăriiluminii pe suprafeţele de clivaj. Deoarece asupra pieselor finite acţioneazăsimultan atât tensiuni normale cât şi tangenţiale, obişnuit suprafeţele derupere prezintă atât aspecte mat –fibroase cât şi aspecte cristalin –strălucitoare.

Ruperea fragila nu este însoţită de deformaţii macroplastice, fisurapropagându-se foarte rapid, cu o viteză apropiată de cea a sunetului astfel călucrul mecanic absorbit este aproape nul . Acest tip de rupere apare în cazulreţelelor CVC (de exemplu la oţeluri cu conţinut redus de carbon) şi mai cuseamă în reţelele HC (spre exemplu la zinc).

Ruperea ductilă este precedată de deformaţii plastice mari, deci secaracterizează printr-o viteză mică de deplasare a fisurii, respectiv valori mariale energiei absorbite pentru propagarea acesteia.

Rupere fragila

Rupere ductila

Ruperea prin obosealăApare in cazul a 90 % din ruperi si este specifică organelor de maşini supuseunor sarcini variabile în timp, atât ca mărime cât şi ca sens. În aceste condiţii,materialul cedează uneori la o tensiune inferioară chiar limitei de curgere.Ruperea materialului sub acţiunea tensiunilor repetate sau alternante se numeşteoboseală, iar capacitatea sa de a rezista ruperii prin oboseală poartă numele deanduranţă.

De cele mai multe ori ruperea prin oboseală nu este însoţită de vreo modificareaparentă a formei sau a aspectului piesei.Prin examinarea macroscopică a unei asemenea suprafeţe de rupere seconstată existenţa a două zone: suprafaţa primei zone este netedă, rodată, eanumindu-se zonă de oboseală (zonă de amorsare). A doua zonă este rugoasă şicorespunde ruperii finale bruşte.

Factorii de anduranţă ai organelor de maşini sunt: factori legaţi de material(natura materialului, modul de elaborare); factori geometrici (forma şidimensiunile pieselor); calitatea fizică a suprafeţei (natura şi starea suprafeţei);condiţiile de exploatare (nivelul tensiunii, frecvenţa şi natura tensiunii,temperatura, coroziunea, etc.).

În cazul acestui tip de rupere pot fi distinse trei stadii ale procesului

Stadiul I corespunde amorsării unei microfisuri ca urmare a deformaţiilorplastice repetate care duc la ecruisarea materialului într-un anumitmicrovolum. Microfisura apare în momentul în care materialul din aceastăzonă, datorită ecruisării, nu se mai poate deforma plastic. În general,amorsarea ruperii prin oboseală are loc pe suprafaţa piesei.

Stadiul II al ruperii începe în momentul în care microfisura devinenormală pe direcţia tensiunii principale (devenind macrofisură) şicorespunde propagării pe planele de alunecare, formate ca urmare aextinderii fenomenului de ecruisare. Suprafaţa de rupere formată în aceststadiu prezintă o succesiune de striuri.

1 2Ruperea prin oboseală

Stadiul III corespunde ruperii finale şi se produce înmomentul în care piesa fisurată are o secţiune mairedusă decât cea necesară pentru a suporta valoareamaximă a sarcinii aplicate. În funcţie de naturamaterialului, suprafaţa de rupere formată în aceststadiu poate avea aspect ductil sau fragil.

http://www.met-tech.com/fractured-input-shaft.html

Fragilitate, fragilizare, rupere fragila

Fragilitatea FA este susceptibilitatea unui material de a se rupe fara deformatieplastica semnificativa.Faptul ca un material se rupe fragil este determinat de conditiile in care estesolicitat mecanic.In cazul otelurilor probabilitatea ruperii fragile creste cu:

- descresterea temperaturii T la care se afla materialul solicitat mecanic;- cresterea vitezei de solicitare;- cresterea triaxialitatii tensiunilor aplicate

Actiunea acestor factori este reversibila adica daca materialul este descarcatdin situatia data el revine la starea initiala. Prin descarcare se intelege revenireatemperaturii T la valori deasupra pragului de fragilitate, scaderea vitezei desolicitare sub valoare critica, respectiv scaderea corespunzatoare a triaxialitatiitensiunilor aplicate.

Fragilizarea FZ este pierderea ireversibila a plasticitatii de catre un anumitmaterial sub actiunea unor tratamente.Tratamentele pot fi de natura termica, mecanica, chimica sau combinatii intre ele.Sudarea, lipirea si taierea termica pot fi cauza fragilizarii locale.Fragilizarea mareste posibilitatea ruperii fragile. Fragilizarea poate fi agravata dedefecte cu ar fi: fisurile, porozitatile, golurile, etc defecte ce maresc triaxialitateatensiunilor mecanice aplicate materialului.

In cazul otelurilor tratamentele tipice care pot provoca fragilizarea sunt:- tratamente mecanice: deformare plastica la rece si imbatranirea tenso-termica- tratamente termice: revenirea sau detensionarea pot fragiliza otelul mai alesdaca el are ceva austenita reziduala sau daca are loc segregarea incluziunilor lamarginea grauntilor cristalini, revenirea structurilor calite, recristalizarea saurecoacerea indelungata prin marirea grauntilor cristalini, calirea otelurilor cu ptuincarbon datorita segregarii si precipitarii carburilor si nitrurilor aflate in solutiisuprasaturate.- tratamente diverse: coroziunea, modificarea compozitiei chimice datorataprecipitarilor, microfisurarea sub actiunea gazelor aflate in solutii suprasaturate…Deci fragilitatea si fragilizarea sunt fenomene care determina cresterea tendinteispre ruperea fragilaa materialelor insa nu pot produce ruperi daca sunt prezentenumai ele. Ruperea se produce numai daca se estimeaza tensiuni de intindere,date fie de incarcarile externe ale structurii, fie de tensiuni reziduale de diferiteproveniente.La nivelul cunoasterii actuale este imposibil ca pe baza unei singure incercari sa

se prezica daca un material dat se va rupe sau nu in mod fragil.

Factori esentiali prezenti in cazul ruperii fragile si utilizati pentru analizade avarii

Tendinta spre ruperea fragila creste si datorita unor defecte ce accentueazatriaxialitatea tensiunilor aplicate. Fenomenul de accentuare a triaxialitatii sedesfasora prin concenrarea locala a tensiunilor.Din acest motiv defectele amintite sunt cunoscute sub numele de concentratoride tensiune.Concentratorii de tensiune pot fi de natura geometrica: increstari, variatiibruste ale dimensiunilor pieselor, defecte de tip fisura; de natura metalurgica,structuri fragile concentrate intr-un volum mic, etc.A. Factorii de increstare

A1. Increstari ce nu se datoareaza fabricatiei1.1 Increstari datorate conceptiei si proiectarii gresite1.2 Increstari de oboseala1.3 Increstari de coroziune

A2 . Increstari datorate fabricatiei2.1 Increstari de fabricatie care se datoreaza sudurii2.2 Fisuri in zona influentata termic ZIT2.3 Fisuri in crestatura2.4 Alte defecte de sudare

B. Factorii de incarcareB1. Solicitari externeB2. Tensiuni termiceB3. Tensiuni reziduale

C. Caracteristici ale materialului de bazaC1. Caracteristici in stare de livrare

1.1 Compozitie chimica, sensibilitate la increstare, temperatura defragilizare1.2 Structura metalografica

C2. Transformari in oteluri2.1 Fragilizarea tenso-termica2.2 Tratamente termice2.3 Calirea si intarirea prin precipitare2.4 Alte cauze

D. Caracteristici ale materialului de adaos/caracteristici improprii alematerialului de adaos