12
0542.4291 (Liberty) ! (Mild Steel) " ! (Titanic) #$#% & & ! (Olympic) %’ ( ( (Challenger) %)"#")* O-ring # # + " % " , & " - UTS ,% . . + ,#

 · ˝ ˆ ˝ ˛! ˙ ˆ Critical shear stress, g/mm2 Slip direction Slip plane Purity % Crystal structure Metal Zn hcp 99.999 (0001) 1120 18 Mg hcp 99.996 ( 01) 1120 77 Cd hcp 99.996

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1:  · ˝ ˆ ˝ ˛! ˙ ˆ Critical shear stress, g/mm2 Slip direction Slip plane Purity % Crystal structure Metal Zn hcp 99.999 (0001) 1120 18 Mg hcp 99.996 ( 01) 1120 77 Cd hcp 99.996

��

������������������ ������ �����������������0542.4291 �

�������������� ������������ ���������������������������� ������������������������ ������� ��������������������������������������� ��� ����� ������������ ����������������������� �������

��

��������� ������� �����

��������������������� ������ ������������������������� ���������������������������� �� ����

�������� ������ �� � ������� � ������������ � ������������ ���� �� � ��������� ����� � �����

�������������������������������� ����������������������������� �������������� ������������������������������������������������ ��������������������

����� ������������� ������� ������ ������������

�������������� ������ ����� ������ ���� ����������� � ����� ��� ���������������� �����������

(Liberty)� ������ !����� ������� ����� ������ ���� ���� �� � ���� ��� ��� ����� ������� �� � ������� �������� �� ���������������������������������������������� ����� �� ������������

������������������������������������������������������(Mild Steel)������������������������������ �"���� ������������������������������������������������ �������������������

!������������� ���� ������������������������� ����� ���������������� �� � ������ ���� ��� ����������� ����������

������(Titanic) �� �� ����� �������� �������� ���#$#%�&��� �� � ������� �� ��� ������� ����������&������������������������� ������������ ����������

�� ������������� ������� ������� ��������������������������������������������������� �������������������� ������������������� ��� ���������������������������� �

���������������� ��� �� ������ ����������!������������������������������������������� � �������������������������������� ���������� � �������������� �����

�� ���������� ������ �� ��� ������ ��� ����� ����������� ������������������� ����� ����������� ����� ������ ���������� ������ ������� ������� ����� �� � ��� �� � ����� ���� ���

������ ���������� ����� ����� ��� �� ����� ���������� � �� �������������(Olympic)���������������� ������� ��������������������� ������������ ���%'��� �� ���������� �

������������������ ����� �(���(��(Challenger)����%)"#")*������������������������������

� ���O-ring����� ���� ������� ������������� ����� �������������������������� ��������� ���������������

������������������������������ ����� ��������������������#���

#���+������������������ �"�������%����� ����������������������� ������������ �"�������,����������������&����������������� ��������� �"�������-������������������������������������� ����

���� ���������� ������� ������������������� ���������������� �����������������

������������������������������UTS������������������������� ��� ��� ����������� ��� �������� ��������������� ��������������������� ������ ������ �� �����������������������

����� � ��� ��� �� ����� �����,�%���� ���� �� � ������� �.����� .����� ����� ���� ������ ��������������� ��� ���+������������� ��������������������������������� �����

���������������������,�#��������������������������������������

����������� ������� ��������������������������������������������� ����������������� ����� ������ ����� ���� �� ���� ������������ ���� ������ ������ � ��� ���� � ������ ����

������������� �������������� ��������� ������������������������ ������ ������� ��

Page 2:  · ˝ ˆ ˝ ˛! ˙ ˆ Critical shear stress, g/mm2 Slip direction Slip plane Purity % Crystal structure Metal Zn hcp 99.999 (0001) 1120 18 Mg hcp 99.996 ( 01) 1120 77 Cd hcp 99.996

��

����������� ���� ������ ����������� �� ����������%� ����� ������������������� ������� ������������ ������������������������� ���������������� ����� ��������������

� �������������� ���������������������������������� �������������������������������� ��

��

Page 3:  · ˝ ˆ ˝ ˛! ˙ ˆ Critical shear stress, g/mm2 Slip direction Slip plane Purity % Crystal structure Metal Zn hcp 99.999 (0001) 1120 18 Mg hcp 99.996 ( 01) 1120 77 Cd hcp 99.996

��

������ ������������������ ���������

����

����������

��������

�������

�� ��

�������

��

����������

��������

�������

�� ��

�������

��

���

�����!��������������� ����������������

���� "��� ��)toughness(��

�������������������� �������� �������������������� ���������� �������������������������� ����������� ������� ��������������������� ������ ������ ���������

����������"������ ������� ���� �������������������� ���������������������������� ���� ����������������

������������������� ��������������������������������� ���

(1) ��f�

��0

dW

������W�����������������f�����������������+���������������������������� �������

��� ����� ������ ��������� �+�� ������ ���� ����� �������������� ��� ��� ��� � ����������������������� ��������������� ���� ����� ������������ ��������������� ��������

������������������ �������������������������������������������������� ������� ������������� ����������������������������������������������������� ������������� ��

+��������������������������� �����,������,��(���,��(����� ��� ���� ������ ������������,��(��� ��� ������ ����� ���������������� ��������������������� ���������������

,��(������ �� ����,��(�����������,��(� ����������� �����������������,��(� ����� �������� ��� ��������������������������������������� �� ������������ ���������� ��

� ���� ����� !�������� ������ ����� �������� ������ ������ �������� ���� ����� � ��� ����� ����������

������������������� ����� ��� �������+�����������������������������������

������ ����� � ������ ����� ������ � �� ��������� �������� ����� ����������� �������

������������������������������#������ �������%��� �������;��,������������

Page 4:  · ˝ ˆ ˝ ˛! ˙ ˆ Critical shear stress, g/mm2 Slip direction Slip plane Purity % Crystal structure Metal Zn hcp 99.999 (0001) 1120 18 Mg hcp 99.996 ( 01) 1120 77 Cd hcp 99.996

��

�� ����"��� ���� ������� � ���� ��� ���� ���� �������������+��� �������� ��� ��������

����������� ��� ����� ����&���������� ������� �� �������;�� �� ��� ����� ���� ����� ��

����;��������������������� �������� ��#� � ����������� ���� ���� ����� ������� � � ����������������+����� �������� �

������ +�� ��� ������ ���� � � ��� ������ ���������� �������+��� ������� ����� �� �������������� ���+����������������� ����&� ���������������

�%��� ���������� �� ������� ���������������� ��������� ����� ���������������� �������

������������ ����������� �� ��������

,� � ��������� ���� ��������� ����C50o����C250o� � ���������������������� ����������� ������� ��������� ��������������������������������������������� �� ����������

������ ������������������������������ �������������������������������

������������������������������������� ��������������� �� ��������� ����������� ������������ ��� ���

��������� ��������� ���� ��������� ����������� ������������������������������ �� ������������������������������������������������ ���������� ������ ������ �����

�����������

��� ���������������������������������� ������������������������ ���������������������������

���������� 4a����4b�����

���������������������� ������� ����� ����������������������������������������������������������� ����������������

���

Page 5:  · ˝ ˆ ˝ ˛! ˙ ˆ Critical shear stress, g/mm2 Slip direction Slip plane Purity % Crystal structure Metal Zn hcp 99.999 (0001) 1120 18 Mg hcp 99.996 ( 01) 1120 77 Cd hcp 99.996

��

��

�����#���������������

���� �������������������������������������)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 �� �

Page 6:  · ˝ ˆ ˝ ˛! ˙ ˆ Critical shear stress, g/mm2 Slip direction Slip plane Purity % Crystal structure Metal Zn hcp 99.999 (0001) 1120 18 Mg hcp 99.996 ( 01) 1120 77 Cd hcp 99.996

��

� ����� ����m,��� � ����� � ����g �������� ����� ���� �� ������� ��������� ������ ������ ��

����� �� ,������������������������������� ��������� ��������������� ������E����

�� �� � ������� ������� ������ ������ �� ������������ ���� ������ ������ ��� � ����� ������-����

�� ��� ���(� ��)Charpy(�&���� ����� � ���� ���� �� ���� +��� ���� �� � � �� � ��� ������������������ ����������+���� ������ ������� � ������ ������� ��� �������������� �� ����

����������������4c���� ������� �����)Izood(�&�������������������������� ����� ������(����������+������

�������������� ������� ��������������������������������������� ��������������������

�������������������� ���4d���

���������� ������ ������ �� ��� �� �� �� ������������������������ ������� ������

�����������+��.��������.���+��.V�.�+���.U.������������������ ���5���

�$�������������$���V��$���U� �$�������������$���V��$���U��

�����"�%�������� ������ ��� ������������

��+���������������������� ��� ��������+����������� ������������� ��������� ���� ��

������������������� ��������������������������������� ������ �������� ������ �+���� ����� ������ � ����� � �� �� � ����� ���� ������ ����� � ��� +���� �� �� ���������� ���

�+����� ���������������U�������� �0.75 mm������������� ���������+���� �������������������������� ���� ���������������+���� ������������ ��������������������������

������������

������������������������ ������ ������ ���� ������ ���� ������� ���������� � ����� ��� �� � ����� �����

������ ���������� �� ����� ���� � �� ����� �� � ������ ������*� � ����� ����� ��� ���������������������������������� ��������������������������� �������������� �

�����������

Page 7:  · ˝ ˆ ˝ ˛! ˙ ˆ Critical shear stress, g/mm2 Slip direction Slip plane Purity % Crystal structure Metal Zn hcp 99.999 (0001) 1120 18 Mg hcp 99.996 ( 01) 1120 77 Cd hcp 99.996

�����&������������������������������������� ��� ����������

��������������� �������cT���������,�*������������ �� �����������

������� ����������������������

(6) 2

TTT minmax

c

������ ���������������������

(7) �

� �

� ��

2EE

T)Eaverage(TT minmaxc

�������������������������������������������������������������/'0��������/'0������

������������������������������� ��� ������������������������cT���

�� ������������������������������ �������������� ������+����������������������������������� ��������������� ��������������

� ����,�1� ���� ���� � ���� � ������ ����BCC������� ��� ������� ����� ����� ��� ������������������

Page 8:  · ˝ ˆ ˝ ˛! ˙ ˆ Critical shear stress, g/mm2 Slip direction Slip plane Purity % Crystal structure Metal Zn hcp 99.999 (0001) 1120 18 Mg hcp 99.996 ( 01) 1120 77 Cd hcp 99.996

��

�����'���������������������������� �� ���������������������������

� ���� ���� � ���� �� � ��������� �����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)���

Page 9:  · ˝ ˆ ˝ ˛! ˙ ˆ Critical shear stress, g/mm2 Slip direction Slip plane Purity % Crystal structure Metal Zn hcp 99.999 (0001) 1120 18 Mg hcp 99.996 ( 01) 1120 77 Cd hcp 99.996

�����!����������� ��� ��� �� ������������ ���+���������������

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��

�����

Page 10:  · ˝ ˆ ˝ ˛! ˙ ˆ Critical shear stress, g/mm2 Slip direction Slip plane Purity % Crystal structure Metal Zn hcp 99.999 (0001) 1120 18 Mg hcp 99.996 ( 01) 1120 77 Cd hcp 99.996

�����������������%.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%����������������� ��������������������������������������������������������������� ��� ������ �

���������������������������

Page 11:  · ˝ ˆ ˝ ˛! ˙ ˆ Critical shear stress, g/mm2 Slip direction Slip plane Purity % Crystal structure Metal Zn hcp 99.999 (0001) 1120 18 Mg hcp 99.996 ( 01) 1120 77 Cd hcp 99.996

��)�����������

� ��������� ������� �������������������.��%,'�&��������������#$$-���

� ����������.�� ���������������&��������������� ���������������������(��(�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 �

Page 12:  · ˝ ˆ ˝ ˛! ˙ ˆ Critical shear stress, g/mm2 Slip direction Slip plane Purity % Crystal structure Metal Zn hcp 99.999 (0001) 1120 18 Mg hcp 99.996 ( 01) 1120 77 Cd hcp 99.996

����� ��� ������� ������� ������������ �

��� ����������������������������� ���������+�����������������������;��� ����� ���������������� �����"����� ���

�$���)(������ �����������

�������������*�����������(E)���� ����������������+������ ���������+��������������� � �� � ���������������� �������������� ����������� ��� ������� �����������

������� ���������

��� ���������������������������� �����������FCC!��������������� ���������� ���������

������������ � ����������� ����BCC ������������� �������������������������������� ���������� (� � � ������� (������������������������ � �������� ��������

����(�������������������������������� ������ ������������������(���������������

�������������������� ���� ��� ������ ����� �� ������+��������� �������� � ��������������������������������������������� ������� �������������+�������������

�������������������������� ������������ ����������������������

�����*�����)(�� ������ !���� �� � ������� ������� ����� � ���� ����� ������ ������ ����+����������

���� �������������������� ������������ ���������� ����������������� ������� ����

�� ����������.����������.����� ������������������������� ���������� ���������������������������� ���� ���� ������������� �������� �� ��������� ��� �������������

�����������������������������+�������UTS����������������������������

����������������� ���� � ��������������� ������� ������� ������������������ ���� ������������������������ ��������� ��� ��������� �������������� ��������� ����������

�� �� ����������!� ��������������������;���� ��� � ���������

���� ���� ��� ���� � � ����� ������ ����� ��� ������ � ��� ����� � ��� � � ����� ���� ������ �� � ��� �� ��� ������ � ��� ����� ����� ������� ������� ����� ������ ���

�����������������

BCC (Body Centered Cubic)�&�%���������������

FCC (Face Centered Cubic)�&���-��������� �������

HCP (Hexagonal Closed Packed)�&�%��������� ��������