Upload
others
View
0
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
��
������������������ ������ �����������������0542.4291 �
�������������� ������������ ���������������������������� ������������������������ ������� ��������������������������������������� ��� ����� ������������ ����������������������� �������
��
��������� ������� �����
�
��������������������� ������ ������������������������� ���������������������������� �� ����
�������� ������ �� � ������� � ������������ � ������������ ���� �� � ��������� ����� � �����
�������������������������������� ����������������������������� �������������� ������������������������������������������������ ��������������������
����� ������������� ������� ������ ������������
�������������� ������ ����� ������ ���� ����������� � ����� ��� ���������������� �����������
(Liberty)� ������ !����� ������� ����� ������ ���� ���� �� � ���� ��� ��� ����� ������� �� � ������� �������� �� ���������������������������������������������� ����� �� ������������
������������������������������������������������������(Mild Steel)������������������������������ �"���� ������������������������������������������������ �������������������
!������������� ���� ������������������������� ����� ���������������� �� � ������ ���� ��� ����������� ����������
������(Titanic) �� �� ����� �������� �������� ���#$#%�&��� �� � ������� �� ��� ������� ����������&������������������������� ������������ ����������
�� ������������� ������� ������� ��������������������������������������������������� �������������������� ������������������� ��� ���������������������������� �
���������������� ��� �� ������ ����������!������������������������������������������� � �������������������������������� ���������� � �������������� �����
�� ���������� ������ �� ��� ������ ��� ����� ����������� ������������������� ����� ����������� ����� ������ ���������� ������ ������� ������� ����� �� � ��� �� � ����� ���� ���
������ ���������� ����� ����� ��� �� ����� ���������� � �� �������������(Olympic)���������������� ������� ��������������������� ������������ ���%'��� �� ���������� �
������������������ ����� �(���(��(Challenger)����%)"#")*������������������������������
� ���O-ring����� ���� ������� ������������� ����� �������������������������� ��������� ���������������
������������������������������ ����� ��������������������#���
#���+������������������ �"�������%����� ����������������������� ������������ �"�������,����������������&����������������� ��������� �"�������-������������������������������������� ����
���� ���������� ������� ������������������� ���������������� �����������������
������������������������������UTS������������������������� ��� ��� ����������� ��� �������� ��������������� ��������������������� ������ ������ �� �����������������������
����� � ��� ��� �� ����� �����,�%���� ���� �� � ������� �.����� .����� ����� ���� ������ ��������������� ��� ���+������������� ��������������������������������� �����
���������������������,�#��������������������������������������
����������� ������� ��������������������������������������������� ����������������� ����� ������ ����� ���� �� ���� ������������ ���� ������ ������ � ��� ���� � ������ ����
������������� �������������� ��������� ������������������������ ������ ������� ��
��
����������� ���� ������ ����������� �� ����������%� ����� ������������������� ������� ������������ ������������������������� ���������������� ����� ��������������
� �������������� ���������������������������������� �������������������������������� ��
��
�
��
������ ������������������ ���������
����
����������
��������
�������
�� ��
�������
��
����������
��������
�������
�� ��
�������
��
���
�����!��������������� ����������������
���� "��� ��)toughness(��
�������������������� �������� �������������������� ���������� �������������������������� ����������� ������� ��������������������� ������ ������ ���������
����������"������ ������� ���� �������������������� ���������������������������� ���� ����������������
������������������� ��������������������������������� ���
(1) ��f�
��0
dW
�
������W�����������������f�����������������+���������������������������� �������
��� ����� ������ ��������� �+�� ������ ���� ����� �������������� ��� ��� ��� � ����������������������� ��������������� ���� ����� ������������ ��������������� ��������
������������������ �������������������������������������������������� ������� ������������� ����������������������������������������������������� ������������� ��
+��������������������������� �����,������,��(���,��(����� ��� ���� ������ ������������,��(��� ��� ������ ����� ���������������� ��������������������� ���������������
,��(������ �� ����,��(�����������,��(� ����������� �����������������,��(� ����� �������� ��� ��������������������������������������� �� ������������ ���������� ��
� ���� ����� !�������� ������ ����� �������� ������ ������ �������� ���� ����� � ��� ����� ����������
������������������� ����� ��� �������+�����������������������������������
������ ����� � ������ ����� ������ � �� ��������� �������� ����� ����������� �������
������������������������������#������ �������%��� �������;��,������������
��
�� ����"��� ���� ������� � ���� ��� ���� ���� �������������+��� �������� ��� ��������
����������� ��� ����� ����&���������� ������� �� �������;�� �� ��� ����� ���� ����� ��
����;��������������������� �������� ��#� � ����������� ���� ���� ����� ������� � � ����������������+����� �������� �
������ +�� ��� ������ ���� � � ��� ������ ���������� �������+��� ������� ����� �� �������������� ���+����������������� ����&� ���������������
�%��� ���������� �� ������� ���������������� ��������� ����� ���������������� �������
������������ ����������� �� ��������
,� � ��������� ���� ��������� ����C50o����C250o� � ���������������������� ����������� ������� ��������� ��������������������������������������������� �� ����������
������ ������������������������������ �������������������������������
������������������������������������� ��������������� �� ��������� ����������� ������������ ��� ���
��������� ��������� ���� ��������� ����������� ������������������������������ �� ������������������������������������������������ ���������� ������ ������ �����
�����������
��� ���������������������������������� ������������������������ ���������������������������
���������� 4a����4b�����
���������������������� ������� ����� ����������������������������������������������������������� ����������������
���
��
��
�����#���������������
���� �������������������������������������)E( 1�� ����������������� ��������
(2) 11 mghE �
����1E��������� �������������������m�������� ���1h���������� ������� ��������� ���� ����
�
����� ������ ������ ��� ������� ������� ������� ����� � ��� ��������� �� �� ������ �v�������������
(3) /2mvE 2k ���� .
������������ ������� ���� ��� ����� �������� ������� � ��� ������ ���� ������ ������
����� ��� ������������ ������������������ ����������������������������������� �����
�� � ���������&��������2h���������������������������������� �� ������2E�������������� ���������������� ��������
(3) 22 mghE � . �
����������������������������������)(E1� ��� �� � �����)(E 2������������������� �
������������������ �������������������� ������� �E� � � ��� �������������������������
�����.3b���
��������������� ���E������������
21211 mghmghEEE ����
(3) cosB)mg(�)cosmg(E ���� ����
�)cos(cosBmgE �� �
��
�
� ����� ����m,��� � ����� � ����g �������� ����� ���� �� ������� ��������� ������ ������ ��
����� �� ,������������������������������� ��������� ��������������� ������E����
�� �� � ������� ������� ������ ������ �� ������������ ���� ������ ������ ��� � ����� ������-����
�
�� ��� ���(� ��)Charpy(�&���� ����� � ���� ���� �� ���� +��� ���� �� � � �� � ��� ������������������ ����������+���� ������ ������� � ������ ������� ��� �������������� �� ����
����������������4c���� ������� �����)Izood(�&�������������������������� ����� ������(����������+������
�������������� ������� ��������������������������������������� ��������������������
�������������������� ���4d���
���������� ������ ������ �� ��� �� �� �� ������������������������ ������� ������
�����������+��.��������.���+��.V�.�+���.U.������������������ ���5���
�$�������������$���V��$���U� �$�������������$���V��$���U��
�����"�%�������� ������ ��� ������������
��+���������������������� ��� ��������+����������� ������������� ��������� ���� ��
������������������� ��������������������������������� ������ �������� ������ �+���� ����� ������ � ����� � �� �� � ����� ���� ������ ����� � ��� +���� �� �� ���������� ���
�+����� ���������������U�������� �0.75 mm������������� ���������+���� �������������������������� ���� ���������������+���� ������������ ��������������������������
������������
������������������������ ������ ������ ���� ������ ���� ������� ���������� � ����� ��� �� � ����� �����
������ ���������� �� ����� ���� � �� ����� �� � ������ ������*� � ����� ����� ��� ���������������������������������� ��������������������������� �������������� �
�����������
�
�
�����&������������������������������������� ��� ����������
�
��������������� �������cT���������,�*������������ �� �����������
������� ����������������������
(6) 2
TTT minmax
c
�
������ ���������������������
(7) �
� �
� ��
2EE
T)Eaverage(TT minmaxc
�������������������������������������������������������������/'0��������/'0������
������������������������������� ��� ������������������������cT���
�� ������������������������������ �������������� ������+����������������������������������� ��������������� ��������������
� ����,�1� ���� ���� � ���� � ������ ����BCC������� ��� ������� ����� ����� ��� ������������������
�
��
�����'���������������������������� �� ���������������������������
� ���� ���� � ���� �� � ��������� �����BCC� �� ���� ���� � ���FCC�� ��� ���� � ����� � ���
���������������������� ��������� ��������������� �����������������������FCC�����
���������� ���BCC����� ������� ���������������� ��������������������������������
������ !���� ������ ������ � ����� !���� ������ ���� �� ����FCC� ��� ������ � ��� � � �
�������������������BCC���� ����������������������������������FCC�����������������
���������BCC�������������#� ���%������� ����������������������������������� ����
����FCC �������������������� �� ����� ������� ������������
����� ����������� ��� ��� �� ������������ ���+���������������
�
Critical resolved shear stress
)m/N( 2c��
Slip systems
�� ��� ������������� ����������
�Material�
�
)C25(101 O6��101�� �111�Copper (FCC)�
�
)C25(107 O7��
�
111
111�
� �112�
� �110�
Molybdenum (BCC) below C650O above C650O�
)C25(106 O5��0211�� �0001�Cadmium (HCP)�
�111�� �110�Silicon (diamond cubic)�
)C1100(101 O5��101�� �111�TiC (NaCl cubic)�
)C1500(104 O7��0211�� �0001�32OAl (hexagonal)�
-�001 �� �0hk�Polyethylene�
�
��������#����%� �cJ�� ��������������� ����������������������� ���+�� �����
(Critical Resolved Shear Stress)���
�
�����!����������� ��� ��� �� ������������ ���+���������������
�
Critical shear stress,
g/mm2�
�Slip�
direction�
�Slip plane�
Purity
%�
�Crystal
structure�
�Metal�
18�� �0211�)0001( �99.999�hcp�Zn�
77�� �1120�)0001(�99.996�hcp�Mg�
58�� �0211�)0001(�99.996�hcp�Cd�
1,400 9,190�
� �0211 � �0211�
)1010( )1010(�
99.99�hcp�Ti �
48 73
131�
� �110 � �110 � �110�
)111( )111( )111(�
99.99 99.97 99.93�
�fcc�
�Ag��
65 94�
� �110 � �110�
)111( )111(�
99.999 99.98�
fcc�Cu �
580�� �110�)111(�99.8�fcc�Ni 2,800�� �111�
�
)110(�)112(�)123(�
�99.96��
�bcc� �
�Fe �
5,000�� �111�)110(�…�bcc�Mo�
��
������������������������������������������(� ��������������
��������������������������������������������������������(����
������������������� �������������������������������� �����������������������������������������������������������
������������������������������������ ������������ �����������������������������������������������!��������������������������������� �����
���� ����� ����� !��� ������� ����������(Impact Fracture Energy)� �������������������������������������������
����������� ����������������������������� �������������� �
���������
�������������������%.50�����)1050SAE (������ � ��� ����� ���� ����� ������ ���� ��� ������� ����� ������ � ��� �� � � � ���� ����
������������������������������� ����� �� �������������� �����)(mm551010 3������������
����+���0.75 mm������#��������������������������������������������
%���� ����������� � ��������840 oC������������ ��������������������
,������ � ������ �����������840 oC�������! ����������������625 oC��� ��������� ��������������
������������������������������������������� �� ����m = 4.3 kg������ �����m4.0�������������� ���� 160��
�����
�����������������%.150�����)1015SAE (����������������!��������������������� �������������������������������� ��������
��������������������������� ���������� ����+���,"U"���������� ��������������������� �� ������������� ����)����
�
������(���������������������������������0.15%������
��
����� ���� ����� ����0.15%��� ����� ������ ���� � ����� ����� ���� � ����C75o������
C75o���
�� ���������������������������������������� �C75o����������������������2��������
C40 o�����C20 o
���� ��� ���� ��� ��������� 2�� �� ������� �������� ��� ���� ����� �C0 o�
�����������������������C25 o�������������������C75 o���������� ������������
�������������� ����������������������������m = 4.3 kg������ �����m4.0������� ����������� 160��
��
������������������������
����!� ���������������������������������II��������������������������� ��IV-VI���
��������������� �������������������������� ���������������������������������������������������� ������������� �����������������������������
�������
�� �������� ����� ���� ������ ���� ������������������� ��� � ���� ����� �� � �������������������� �������������� ������������������������
�������������� ������������� ���������������
�������������� ����������������������������������FCC��������BCC��������������������������������� ��������������������(111),(110),(100)���������
[111],[110],[100]����������������������������������� �����3�
� ����� �� � !��� ���� ����������� ���������� ������ ����� ������ ���������� �������� ����
���������������0.15%�������
������� ������������ ����������������������������� �������0.5%����������������� ��������������������������������������������������������������� ��� ������ �
���������������������������
�
��)�����������
� ��������� ������� �������������������.��%,'�&��������������#$$-���
� ����������.�� ���������������&��������������� ���������������������(��(�3.��������
&�������������������������#',����+�%''1���� ���%'���,-� ��
��������������� ��������� �����������������������������#$1-����
ASM Handbook, vol. 11, Failure Analysis and Prevention, ASM International, Materials Park, OH (1986). ASM Handbook, vol. 9, Fractography, ASM International, Materials Park, OH (1987). Anderson, T.L., Fracture Mechanics Fundamentals and Applications, CRC Press, Inc., Cleveland, Ohio (1991). Brock, D., Elementary Engineering Fracture Mechanics, Fourth edition, Martinus Nijhoff Publishers, Dordrecht (1986), pp. 33-74. Callister, N.D., Materials Science & Engineering an Introduction, Fifth Edition, John Wieley & Sons, Inc., N.Y. (1999). Dieter E, G., Mechanical Metallurgy, SI Metric Edition, McGraw-Hill, London (1988), pp. 241-272. Hertzberg, R.W., Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials, third edition, John Wiley & Sons, N.Y. (1989), pp. 325-352.
�)�������������������
failures-material-investigating/polymorphismmyhomepage/site/com.google.sites://http��
http://dana.ashkenazi2.googlepages.com/Galileo103Fracture2007.pdf �
related=g&feature04_xjl276N=watch?v/com.youtube.www://http�
�
asp.180ISO-256d-izod/tests/testlopedia/com.ptli.www://http �
html.1cracks/advanced/cracks/org.simscience.www://http �
properties-chanicalme/danamaterials/site/com.google.sites://http �
:52:122022%01-10-2007=&LastView2=&NewOnly2885=story?id/il.co.haayal.www://http �
:13:522018%30-06-2007=&LastView2=&NewOnly2868=story?id/il.co.haayal.www://http �
�
�
�
�
�
�
�
����� ��� ������� ������� ������������ �
��� ����������������������������� ���������+�����������������������;��� ����� ���������������� �����"����� ���
�$���)(������ �����������
�
�������������*�����������(E)���� ����������������+������ ���������+��������������� � �� � ���������������� �������������� ����������� ��� ������� �����������
������� ���������
��� ���������������������������� �����������FCC!��������������� ���������� ���������
������������ � ����������� ����BCC ������������� �������������������������������� ���������� (� � � ������� (������������������������ � �������� ��������
����(�������������������������������� ������ ������������������(���������������
�������������������� ���� ��� ������ ����� �� ������+��������� �������� � ��������������������������������������������� ������� �������������+�������������
�������������������������� ������������ ����������������������
�����*�����)(�� ������ !���� �� � ������� ������� ����� � ���� ����� ������ ������ ����+����������
���� �������������������� ������������ ���������� ����������������� ������� ����
�� ����������.����������.����� ������������������������� ���������� ���������������������������� ���� ���� ������������� �������� �� ��������� ��� �������������
�����������������������������+�������UTS����������������������������
����������������� ���� � ��������������� ������� ������� ������������������ ���� ������������������������ ��������� ��� ��������� �������������� ��������� ����������
�� �� ����������!� ��������������������;���� ��� � ���������
���� ���� ��� ���� � � ����� ������ ����� ��� ������ � ��� ����� � ��� � � ����� ���� ������ �� � ��� �� ��� ������ � ��� ����� ����� ������� ������� ����� ������ ���
�����������������
BCC (Body Centered Cubic)�&�%���������������
FCC (Face Centered Cubic)�&���-��������� �������
HCP (Hexagonal Closed Packed)�&�%��������� ��������