חקר פני שבר

חקר פני שבר (באנגלית: fractography) הוא תחום החוקר את השברים על פני שטח של חומרים. שיטות פרקטוגרפיות הן בשימוש שגרתי למציאת גורמים לכשל במבנים הנדסיים. במדע החומרים, פרקטוגרפיה משמשת לפיתוח ובחינת מודלים תאורטיים של אופן גדילת סדקים.

אחת המטרות הראשיות של השיטה היא מציאת הגורם לשבר על ידי אנליזה של המשטח בו התרחש. צורות שונות של גדילת סדק (למשל התעייפות החומר, שיתוך, ועוד) יוצרות צורות אופייניות על המשטח שנשבר, וניתן לנתח את הצורות כדי לזהות את צורת הכשל. התבנית הכללית של הסדקים היא לעיתים יותר חשובה מסדק ספציפי, במיוחד בחומרים שבירים כמו חומרים קרמיים וזכוכיות.

שיטות אנליזה

מטרה חשובה של פרקטוגרפיה היא למצוא את המקום בו הסדק החל. זאת משום שאם נמצא היכן הסדק החל, ייתכן שהדבר ייתן לנו רמזים לגבי הסיבה שבגללה הוא נוצר. צפייה ראשונית בסדק בדרך כלל נעשית בשימוש בסקאלה מקרוסקופית, בעזרת מיקרוסקופ אופטי ושיטות הארה מתוחכמות (מכיוונים שונים) כדי לזהות עד כמה הסדק גדול, דרכים אפשריות להתפתחותו, ומקורות אפשריים ליצירתו. במקרים רבים שיטה זו היא מספקת כדי לזהות את אופן הכשל והסיבות ליצירת הסדק וגדילתו. גורמים נפוצים שגורמים להיסדקות הם גבולות גרעין, חללים בחומר, חומרים זרים שנכנסו אליו, ונקודות של ריכוז מאמצים מכניים. כמו כן ניתן לראות "קווי סדק" אשר מראים את כיוון התפתחות הסדק.
שמאל|ממוזער|180px|כשל שנגרם בתהליך התעייפות של החומר. ניתן לראות התקדמות סדק שמתחיל מלמטה באמצע.

בכשל שנגרם מהתעייפות החומר, ניתן לראות סדק שביר מתפשט אל תוך החומר בצעדים קטנים.

שיטות צילום

שמאל|ממוזער|180px|תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים של כשל שנגרם בתהליך התעייפות של החומר. ניתן לראות את התקדמות הסדק.
במקרים רבים השימוש במיקרוסקופ אור אינו מספיק, ונדרש להתבונן בחומר בהגדלה גבוהה יותר. במקרים אלו ניתן להשתמש במיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM). ההפרדה של מיקרוסקופ זה גבוהה בהרבה משל מיקרוסקופ אור, אך הדוגמאות מצולמות ללא צבעים.
בצילום ה-SEM המוצג ניתן לראות כיסוי גומי של בלמים של מכונית. השבר גרם לתאונת דרכים כאשר לפתע הגומי נשבר לחלוטין לאחר תהליך התעייפות ארוך שעבר. החומר שנשבר הוא גומי ניטריל (NBR), פולימר המשמש באופן נפוץ כשנדרשת התנגדות לשמן.

יישומים

שיטת חקר פני שבר נמצאת בשימוש בהנדסת חומרים ומכניקת השבר, כאשר יש לבחון כשלים שהתרחשו. השיטה משמשת חוקרים לבחינת כשלים בחפצים ששימשו כנשק, למשל בקבוקים שבורים. עבור חשוד שטוען שהבקבוק נשבר בטעות כשפגע בקורבן, ניתן לגלות שהטענה שקרית, ושנדרש היה כוח רב כדי לשבור את הבקבוק כדי שאפשר יהיה לתקוף איתו את הקורבן. חורים של כדורי אקדח בשמשות מכוניות או חלונות יכולים גם כן להראות את כיוון הירי ועוצמתו. במקרים כאלה, התבנית הכוללת של הסדקים היא חיונית כדי לשחזר את האירועים שהתרחשו, ולא המאפיינים של סדק ספציפי.

ראו גם
 הנדסת חומרים
 מכניקת השבר
 שיתוך
 התעייפות החומר

קישורים חיצוניים

קטגוריה:ערכים שבהם תבנית בריטניקה אינה מתאימה
קטגוריה:הנדסת חומרים
קטגוריה:הנדסת מכונות