نوع شکست به چند عامل مانند : نوع ماده ، دما ، شرایط تنش و سرعت بارگذاری بستگی دارد . دو نوع عمده شکست ، شکست ترد و شکست نرم می باشد . شکست نرم با مقدار قابل توجهی تغییر فرم پلاستیک قبل از مرحله پیشرفت ترک و در حین آن مرحله همراه است که در ‏شکل (2-34) می توان مشاهده کرد ]56[ .
مورفولوژی شکست و فرآیند آن در فلزات ]56[.
شکست نرم متداول ترین نوع شکستی است که طی چهار مرحله اتفاق می افتد :
1- بعد از گلویی شدن حفره های ریز در قسمت میانی مقطع(درون دانه ای) همانطور که در (‏شکل (2-35) (ب)) آمده است تشکیل می شوند .
2- با ادامه یافتن تغییر شکل ، این حفره ها بزرگ می شوند و به هم می پیوندند و با هم رشد می کنند تا یک بیضی شکل را بوجود آورند .
3- پس از به هم پیوستن حفره ها ، ترک رشد خود را در جهت موازی با جهت اصلی ادامه می دهد(‏شکل (2-35) (پ)) .
4- نهایتاً شکست با انتشار سریع ترک در محیط خارجی منطقه گلویی ، اتفاق می افتد (‏شکل (2-35) (ت)) که بوسیله تغییر شکل برشی در زوایای 45 درجه نسبت به محور تنش (زاویه ای که تنش برشی تحت آن ، ماکزیمم است) انجام می شود .
بعضی مواقع شکستی که سطح مقطع آن دارای چنین نقش هایی باشند را شکست فنجان – مخروط می نامند . چرا که در این حالت یکی از دو سطح دارای شکل فنجان و دیگری شکل مخروط دارد . در این نوع نمونه شکسته شده (‏شکل (2-36) (الف)) قسمت داخلی مرکزی سطح دندانه ای بی قاعده دارد که نشانگر تغییر شکل پلاستیک است]57[ .
مراحل شکست فنجان و مخروط . (الف) گلویی شدن اولیه (ب) تشکیل شیار کوچک (پ) بهم پیوستن شیارها برای تشکیل یک ترک (ت) اشاعه ترک (ث) شکست برشی نهایی در زاویه 45 درجه نسبت به جهت کشش ]57[ .
نوع دیگر شکست درون دانه ای ناشی از جوانه زنی و رشد حفره ، حفره ای شدن می باشد که در این حالت ترک از سطح به طرف داخل نفوذ می کند .
شکست ترد در فلزات با سرعت سریع پیشرفت ترک و میزان خیلی کم تغییر فرم پلاستیکی صورت می گیرد . جهت حرکت ترک تقریباً عمود بر جهت تنش کششی اعمالی می باشد و نتیجه آن سطوح شکستی نسبتاً مسطح است . با کاهش دما تمایل به شکست ترد افزایش می یابد . همچنین افزایش سرعت کرنش و ایجاد شرایط سه بعدی تنش ، این تمایل را افزایش می دهد، شرایط سه بعدی تنش معمولاً به وسیله شیار به وجود می آید (‏شکل (2-36) (ب)).
(الف) شکست فنجان و مخروط در آلومینیوم . (ب) شکست ترد در یک فولاد نرم ]57[ .
شکست در اثر برش نتیجه لغزش زیادی روی صفحه لغزش فعال می باشد . این نوع شکست با تنش های برشی تسریع می شود . برعکس شکست نوع کلیواژ با تنش های کششی عمود بر صفحه کلیواژ صورت می گیرد . سطح شکست ناشی از برش در بزرگنمایی پایین به صورت الیافی و به رنگ خاکستری است در حالی که سطح شکست ناشی از کلیواژ دانه ای و روشن است . زیرا سطوح کلیواژ پهن و صاف هستند و نور را به خوبی منعکس می کنند . معمولاً سطوح شکست مخلوطی از شکست الیافی و دانه ای می باشند و مرسوم است که درصد هر کدام را در سطح شکست گزارش می دهند . از نظر انرژی شکست نیز این دو نوع شکست با هم اختلاف دارند ، شکست ترد دارای انرژی شکست کمتری است .
همچنین ، در شکست نوع نرم تغییر فرم پلاستیکی اتفاق می افتد در صورتی که در شکست نوع ترد یا اصلاً تغییر فرم پلاستیکی به وجود نمی آید و یا اینکه به مقدار ناچیزی مشاهده می شود . به همین دلیل ، سطوح شکست در نوع شکست نرم روی همدیگر منطبق نمی شوند اما در نوع شکست ترد کاملاً روی همدیگر منطبق می شوند . همین عامل روی سرعت شکست نیز تاثیر می گذارد به طوری که در شکست ترد سرعت بالا و در شکست نرم سرعت پایین است . اختلاف دیگر این دو نوع شکست در صدای شکست نمونه می باشد که در شکست نوع ترد این صدا به مراتب بلند تر است .
شکست ترد به دو صورت کلی اتفاق می افتد : 1- مرزدانه ای ، که با ایجاد فیلم هایی از فازهای ترد و شکننده در مرزدانه ها ، مانند سمنتیت در مرزدانه فولاد یا جدایش عناصری به مرزدانه که انرژی سطحی را کاهش دهند ، مانند جدایش اکسیژن در مرزدانه های فولاد یا چدن و یا تردی ناشی از تمپر کردن فولادهای آلیاژی تشکیل می شود . 2- درون دانه ای ، که با جوانه زنی ترک از حفره ها ، آخال ها یا اطراف ذرات فازهای ثانویه شروع می شود ، یا اینکه برخورد نابجایی ها با موانع مانند فازهای ثانویه یا مرزدانه ها عامل شروع ترک می باشد . همچنین با مکانیزم کلیواژ اتفاق می افتد . در ایجاد ترک در اطراف ذرات فاز ثانویه عواملی نظیر : شکل ذرات ، اندازه ذرات ، مقدار ذرات ، استحکام ذرات و پیوند ذره – زمینه موثر هستند . ‏شکل (2-37) تاثیر مقدار و شکل چند فاز ثانویه را روی انعطاف پذیری شکست نشان می دهد ]1[ .
تاثیر مقدار و شکل چند فاز ثانویه روی داکتیلیتی شکست ]1[ .
درصد شکست ترد یا نرم از طریق بررسی سطح شکست
برای اینکه تعیین شود شکست از نوع برشی یا الیافی و کلیواژ یا دانه ای یا مخلوطی از هر دو می باشد سطح شکست مورد بررسی قرار می گیرد . مدل های مختلف شکست به آسانی حتی بدون بزرگنمایی قابل تشخیص هستند . صفحه های کوچک صاف ناشی از شکست کلیواژ ، انعکاس زیادی را بوجود می آورند و روشن دیده می شوند . در حالی که سطح ناهموار و الیافی شکست نرم ، یک سطح جاذب نور را به وجود می آورد و تیره دیده می شود . معمولاً درصد هر کدام از این نوع سطوح به عنوان مد شکست نمونه گزارش می شود . ‏شکل (2-38) نشان می دهد که چطور با افزایش دما ، سطح شکست از 100 % کلیواژ به 100 % الیافی تبدیل می شود . توجه شود که شکست الیافی ابتدا در اطراف سطح خارجی نمونه که حالت سه بعدی حداقل است ، دیده می شود . درصد سطحی این ناحیه برشی با رابطه ای که در‏شکل (2-38) آورده شده است تعیین می گردد]58[ .
تغییرات سطح شکل ظاهری با دمای آزمایش ضربه ؛ (الف)- شکست واقعی فولاد A36 در جهت عرضی ؛ (ب)- مقایسه استاندارد درصد شکست برشی (نرم) ؛ (پ) – محاسبه درصد شکست برشی (نرم) ]58[
‏جدول (2-7) تبدیل ابعاد سطح شکست اندازه گیری شده به درصد شکست برشی ظاهری را نشان می دهد که با استفاده از آن می توان براحتی درصد شکست نرم(برشی) و همچنین ترد (کلیواژ) را تعیین کرد .
ابعاد سطح شکست اندازه گیری شده به درصد شکست برشی ظاهری برای نمونه های ضربه شارپی شکسته شده(ابعاد بر حسب میلیمتر) ]59[ .
اندازه گیری چقرمگی شکست کرنش صفحه ای (IC K)
آزمایش استاندارد برای چقرمگی شکست کرنش صفحه ای مواد فلزی با کد E399-83 ارائه شده است . استاندارد استفاده از قطعات نشان داده شده در ‏شکل (2-39) را پیشنهاد می کند . روابط مربوط به ضرایب شدت تنش برای این قطعات در ‏جدول (2-8) آورده شده اند . برای حصول اطمینان از این که ترک در محدوده بخصوصی اتفاق می افتد و برای جلوگیری از پراکندگی ، معمولاً از ترک های شروع کننده، از نوع نشان داده شده در ‏شکل (2-40) استفاده می شود . برای شبیه سازی یک ترک صفحه ای ایده آل با شعاع نوک به منظور هماهنگی با فرضیات مکانیک شکست الاستیک خطی (LEFM) در قطعات قبل از آزمایش ترک خستگی ایجاد می کنند]61-59[.
نمونه های توصیه شده توسط ASTM برای ارزیابی مقدار KIC (الف) نمونه دارای شکاف از تک پلو (SENB) (ب) نمونه فشرده کششی(CT) (ج) نمونه قوسی شکل(AT) (د) نمونه فشرده کششی دیسکی(DCT)]59[.
ضریب شدت تنش KI برای نمونه های توصیه شده توسط ASTM جهت ارزیابی چقرمگی شکست کرنش صفحه ای IC K ]61-59[ .