موضوع مقاله: فرکتوگرافی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # فرکتوگرافی | مقدمه: هاشورها خطوط روی سطح شکستگی هستند که می توان آن‌ها را تا منشاء شکستگی ردیابی کرد. | ## بخش 1: فرکتوگرافی | شکست‌نگاری بخشی از دانش ماده‌شناسی یا متالورژی به‌شمار می‌آید که معمولاً برای شناخت دلایل شکست و نتیجه‌گیری از آن برای به دست آوردن ویژگی‌های مختلف مانند نسبت پواسون، مدول یانگ و غیره استفاده می‌شود. فرکتوگرافی علمی است که به وسیله تکنیک‌های مختلف محاسباتی و عملی می‌تواند مشخص کند اجسام چگونه و در چه جهتی می‌شکند. مانند خم کردن یا عیوب سطحی یا ترک همچنین فرکتوگرافی می‌تواند تنش شکست و اطلاعاتی از این دست مانند نقطه تسلیم و بیشینه کشش را نیز در اختیار کارشناس قرار دهد. اما در برخی موارد این آزمایش‌ها نیازی نیست و فقط اندازه الگوها شکل‌هایی که در محل شکست رخ می‌دهد جمع‌آوری می‌شود.George D. اگر چه روزانه میلیاردها سرامیک یا مواد شیشه ای در دنیا می‌شکنند، تنها شکست‌های ریز در این علم آزمایش و بررسی می‌شود. فرکتوگرافی نیاز به توانمندی‌هایی مانند موادشناسی میکروسکوپ‌شناسی مکانیک (تنش و کرنش) و رهیافت حل مسئله دارد. این علم مانند حل پازل و معما نیازمند تفکر و حل مسئله از طریق داده‌های نامنظم است. وی معتقد بود می‌توان از طریق بررسی سطح شکست به آهنی بودن یا نبودن یک جسم (معمولاً قلع یا مس) پی برد. در سال ۱۵۷۴ نیز Lazarus Ercker از طریق آزمایشی بر روی سطح شکسته‌ای که از طریق یک ضربه عرضی ایجاد شده بود به این مسئله پی برد که کیفیت مس را می‌توان از این طریق آزمایش کرد. همچنین آزمایش‌های مشابهی بر روی برنج نیز نشان داد که سطح خاکستری شکست در اثر رشد ترک در آن در حین کار ایجاد می‌شود. همچنین شکست تردنقره نیز به ناخالصی در سرب و قلعی که در فرایند کاربرد دارد بر می‌گردد. در سال 1627 Louis Savot تشریح کرد که می‌توان از تست شکست به عنوان راهی برای کنترل کیفیت آلیاژ مس-قلع- بیسموت که در فرایند ریخته‌گری و ساخت ناقوس کاربرد دارد استفاده کرد. او مشاهدات خود از اندازه دانه‌های سطح شکست نمونه‌ها را جمع‌آوری کرد تا بتواند مقاومت ناقوس کلیساها را دربرابر شکسته شدن در اثر برخورد با یکدیگر را بالا ببرد. یکی دیگر از دانشمندانی که در زمینهٔ شکست فلزات تحقیقات گسترده‌ای انجام داده‌است de Réaumur نام دارد. وی در سال ۱۷۲۲ کتابی منتشر کرد که در آن به میکروسکوپی و ماکروسکوپی ظاهر سطح شکست اشاره کرد. مبانی شکست شکست به صورت ساده، جدایش یک قطعه به دو یا جند بخش در پاسخ به تنش استاتیک اعمالی (یعنی تنشی که ثابت است یا به آهستگی بت زمان تغییر کند) در دماهایی که نسبت به دمای ذوب ماده پایین هستند، می‌باشد. | ## بخش 2: فرکتوگرافی | تنش اعمالی می‌تواند کششی، فشاری، برشی یا پیچشی باشد در مواد مهندسی دو حالت، شکست، نرم و ترد، به وقوع می‌پیوندد. تمام فرایندهای شکست شامل دو مرحله تشکیل و انتشار ترک وابسته هستند، که در پاسخ به تنش اعمالی ایجاد می‌شود حالت شکست به شدت به مکانیزم انتشار ترک وابسته است. چنین ترکی، معمولاً پایدار خوانده می‌شود؛ یعنی این ترک در برابر افزایش طول بیشتر مقاومت می‌کند مگر آنکه تنش اعمالی افزایش می‌یابد. همچنین، شواهدی مبنی بر تغییر شکل شدید قابل ملاحظه در سطوح شکست (مثلاً تابندگی و پارگی) وجود درا. از طرف دیگر شکست ترد، ترک به سرعت انتشار می‌یابند و این انتشار ترک همراه با تغییر شکل پلاستیک ناچیزی است. چنین ترک‌هایی ناپایدار می‌باشند و انتشار ترک، بدون افزایش مقدار تنش اعمالی، به صورت خود به خود ادامه یابد. اول آنکه، شکست ترد به صورت ناگهانی و بدون هیچ هشداری روی می‌دهد که علت آن انتشار سریع و خود به خود ترک است. از طرف دیگر، در شکست نرم، حضور تغییر شکل پلاستیک، هشداری مبنی بر شکست قریب‌الوقوع قطعه است و بنابراین می‌توان به اقدامات پیش گیرانه دست زد. دوم آنکه، انرژی کرنشی بیشتری جهت ایجاد شکست نرم لازم است زیرا مواد نرم عموماً چقرمگی بیشتری دارند. همچنین سطح شکست نسبت به قطر اصلی کوچک بوده چون در مرحله گلویی شدن و کشش قطر وسط میله کاهش یافته و به اصطلاح کشیده می‌شود. ورقه ورقه شدن و دانه‌دانه شدن ورقه ورقه شدن معمولاً در مواد FCC و در صفحه (۱۰۰) رخ می‌دهد همچنین این نوع شکست با ترک همراه است. در واقع در هنگام شکست این عیوب سبب می‌شود بین دانه‌های مختلف درون ماده که جهت‌گیری‌های خاصی نیز دارند فاصله بیفتد و شکست رخ دهد. دانه‌دانه شدن معمولاً در آلیاژهای مختلف مخصوصاً فولاد و آلیاژهای مختلف آهن با کروم، مولیبدن، وانادیوم و نیوبیوم رخ می‌دهد. در فولادهای اشباع شده از کربن سخت بودن بیش از حد فولاد سبب ترد شدن بیش از حد آن می‌شود و در این وضعیت مرز بین دانه‌ها محل‌های بحرانی برای رشد ترک و شکست سریع هستند. سطح خوردگی معمولاً شکل دانه‌دانه دارد و گاهی رسوبات ناشی از واکنش با فلز نیز در سطح شکست بر جا می‌ماند. خستگی :مهم‌ترین عامل شکست در فلزات خستگی نام دارد که بر اثر بارگذاری مداوم و تنش‌های دینامی کی ایجاد می‌شود. | ## بخش 3: فرکتوگرافی | این علامت‌ها برای قطعاتی که در آن‌ها مرحله اشاعه ترک متوقف می‌شود قابل رویت خواهد بود. وجود این علائم در سطح شکست خستگی را تأیید می‌کند ولی عدم وجود این علامت‌ها نمی‌تواند دلیلی بر نبودن خستگی باشد. خزش: معمولاً مواد در جاهایی که دما بالاست و قطعه تحت تنش‌های مکانیکی استاتیکی قرار دارد استفاده می‌شود. در دماهای بالا برخی از مکانیزم‌های استحکام بخشی مانند اندازه دانه یا افزایش رسوبات بر اثر افزایش دما از بین می‌رود و سبب می‌شود قطعه در تنشی بسیار پایین‌تر از تنش تسلیم از بین برود. خزش تغییر شکل دائمی تحت نیروی ثابت در زمان طولانی تعریف می‌شود و معمولاً پدیده نامطلوب است و اغلب عامل محدودکننده عمر قطعه است. بر اساس طبقه‌بندی اروین نوع ترک به سه دسته تقسیم می‌شود که مطابق شکل رو به روست. نوع اول به حالت کششی و نیروی کششی بستگی دارد در حالی که در نوع دوم و سوم به حالت و نیروی برشی بستگی دارد. در شکست ناشی از خستگی ابتدا در بخش تشکیل ترک نوع ترک از نوع دوم و برشی است در حالی که در هنگام رشد ترک نوع ترک از نوع اول است. در سال ۱۹۷۳ میلر و براوون مشاهده کردند که محل شکست و ترک به صورت رندوم و اتفاقی نیست و می‌توان آن را پیش‌بینی کرد. همچنین فراکتوگرافی می‌تواند در صنعت برای یافتن ترک‌های موجود در ساختار مواد مخصوصاً موادی که شکست و ترک در آن‌ها سبب بیرون ریختن مواد خطرناک و سمی می‌شود یا سبب فروریختن کل سازه و ازبین رفتن پروژه‌های بزرگ می‌شود کاربرد فراوانی دارد. تا جایی که عدم توجه به این مشکل سبب از بین رفتن سرمایه می‌شود؛ مثلاً در این دانش بررسی می‌شود که یک بطری نوشابه چه مقدار نیرو نیاز دارد تا به‌طور کامل له شود. و بر اساس این اطلاعات و آنالیزهای مختلف برای ایجاد خط تولید و حمل و نقل آن تصمیم‌گیری می‌شود. میکروسکوپی و ماکروسکوپی آنالیز ماکروسکوپی در این روش محل خطوط در صفحه شکست علامت‌گذاری می‌شود و این علائم از طریق رایانه آنالیز می‌شود و نتایج حاصل از آن می‌تواند در این خواص فیزیکی فلز را آشکار کند. از مشکلات این روش این است که سطح شکست معمولاً در اثر حادثه از بین می‌رود پس باید محل شکست از تغییر شکل‌های مختلف مخصوصاً تغییر دما محافظت شود تا بتوان نتایج بهتر و با دقت بالاتری به دست آورد. | ## جمع‌بندی | استفاده از میکروسکوپ‌های نوری با وجود محدودیت‌ها و عمق بسیار کمی که این میکروسکوپ‌ها در اختیار می‌گذارند به دلیل ارزان بودن و سرعت بالا استفاده از این نوع میکروسکوپ‌های نوری همواره مورد توجه بوده‌است به نحوی که بسیاری از آزمایش‌هایی که با چنین میکروسکوپ‌ها انجام شده‌است دارای دقت بالایی بوده و نتایج قابل قبولی را در اختیار محقق می‌گذارد.