books آليات ذاتية
If you do not find what you're looking for, you can use more accurate words.
آليات ذاتية (Info)
الآليات الذاتية لزيادة المتانة هي عمليات تؤثر على المنطقة الواقعة أمام حافة الصدع لزيادة متانة المادة. تتعلق هذه الآليات عادةً بالبنية الهيكلية وروابط المادة الأساسية، بالإضافة إلى خواص البنية الميكروية (الصغرية) والإضافات الملحقة بها. تشمل الأمثلة عليها:
- حرف الصدع (تغيير اتجاهه) بواسطة أطوار ثانوية
- تشعب الصدع إلى صدعين نتيجة البنية الحبيبية الناعمة
- تغيرات في مسار الصدع بسبب حدود الحبيبات
يمكن اعتبار أي تغيير يزيد مطيلية المادة الأساس على أنه زيادة ذاتية للمتانة.
الحدود الحبيبية
يمكن أن يؤثر وجود الحبيبات في مادة على متانتها أيضًا من خلال التأثير على طريقة نمو الصدع. يمكن أن توجد منطقة لدنة أمام الصدع عندما تبدأ المادة بالانسياب (الخضوع). وراء تلك المنطقة، تبقى المادة مرنة. المنطقة الأكثر عرضةً لشروط الانكسار تكون عند الحدود بين هذين المنطقتين المرنة واللدنة، لذا غالبًا ما تبدأ الصدوع من خلال تشقق الحُبيبة عند تلك المنطقة.
عند درجات الحرارة المنخفضة، حين تصبح المادة هشة تمامًا، كما في معدن بنيته البلورية على شكل مكعب متمركز حجميًّا (بي سي سي)، تتقلص المنطقة اللدنة حتى تختفي، وتوجد المنطقة المرنة لوحدها. في هذه الحالة، سينمو الصدع من خلال التشققات المتتابعة للحبيبات. عند درجات الحرارة المنخفضة هذه، تكون مقاومة الخضوع (الانسياب) مرتفعةً، لكن انفعال الانكسار ونصف قطر حافة الصدع يكونان منخفضين، ما يؤدي إلى انخفاض المتانة.
عند درجات حرارة أعلى، تتناقص مقاومة الخضوع، وتؤدي إلى تشكيل منطقة لدنة. من المرجح أن يبدأ التشقق عند الحد بين المنطقة المرنة والمنطقة اللدنة، وثم يعود ليرتبط بحافة الصدع الرئيسي. يكون هذا عادةً مزيجًا من تشققات الحبيبات، وانكسار مطيلي للحبوب يعرف باسم الوصلات النسيجية. تزداد النسبة المئوية لهذه الوصلات بازدياد درجات الحرارة حتى يصبح الوصل نسيجيًّا بكامله. في هذه الحالة، حتى ولو كانت مقاومة الخضوع أقل، يؤدي الانكسار المطيلي وازدياد نصف قطر حافة الصدع للتشقق إلى متانة أعلى.
الشوائب
تتصرف الشوائب في المادة كالجزيئات من طورٍ ثانٍ بشكل يشابه الحبيبات الهشة التي يمكن أن تؤثر على نمو الصدع. إما أن ينتج الانكسار أو التفكك عند الشوائب عن الإجهاد الخارجي المطبق أو عن إزاحات تولدها حاجة الشوائب للمحافظة على التماس مع مصفوفة المادة المحيطة بها. كما في الحبيبات، فإن المنطقة الأكثر عرضة لحدوث الانكسار تكمن في الحدود بين المنطقة المرنة والمنطقة اللدنة. عندها يمكن أن يعود الصدع للارتباط مع الصدع الرئيسي. إذا كانت المنطقة اللدنة صغيرة أو كانت كثافة الشوائب منخفضة، يرجح أن يتصل مسار الانكسار مع حافة الصدع الرئيسي. إذا كانت المنطقة اللدنة كبيرة، أو كانت كثافة الشوائب مرتفعة، يمكن أن تحدث تشققات إضافية ناتجة عن الشوائب ضمن المنطقة اللدنة، ويحدث الاتصال من خلال التقدم من الصدع إلى أقرب شائبة متصدعة ضمن المنطقة.
زيادة المتانة بالتحول الطوري
زيادة المتانة بالتحول الطوري ظاهرة تصف خضوع مادة إلى تحول طوري مارتنسيتي (إزاحي، غير انتشاري) واحد أو أكثر ما يؤدي إلى تغير شبه لحظي في حجم تلك المادة. ينتج هذا التحول عن تغير في الحالة الإجهادية للمادة، كحدوث زيادة في إجهاد الشد، ويؤثر بعكس جهة الجهد المطبق. لذا يؤدي خضوع المادة إلى إجهاد محلي، عند حافة الصدع النامي على سبيل المثال، إلى احتمال تعرضها لتحول طوري يزيد حجمها، ما يخفض إجهاد الشد المحلي ويثبط تقدم الصدع في المادة. تستغَل هذه الآلية لزيادة متانة المواد السيراميكية، خصوصًا في الزركونيا المعالجة بالإتريا لتطبيقات كالسكاكين السيراميكية والطلاء العازل للحرارة على شفرات المحركات النفاثة.
