Почему при сгибании таблетки могут сломаться?

У большинства людей был опыт перемещения язычка алюминиевой банки туда-сюда, пока она не сломалась. Обычно требуется всего несколько полных движений назад и вперед, пока не сломается вкладка.

Алюминиевая банка с фиксатором

Что является основной причиной обрыва вкладки?

Возможные причины:

Усталостный перелом.
Перенапряжение металла.
В результате пластической деформации.

Но какой это?

— Хаззей
источник

Я почти уверен, что это в основном связано с реакцией напряжения на деформацию материала при циклическом нагружении, которое превышает предел текучести, но, возможно, мне придется купить банку чего-то по дороге домой, чтобы экспериментально проверить свои мысли.

— Тревор Арчибальд

Ответы:

Каждый раз, когда вы сгибаете алюминий ниже температуры рекристаллизации, макроскопические зерна становятся меньше: это называется холодной работой. Стороны язычка либо растянуты, либо сжаты. Эффект такой же, как и в приведенном ниже примере. Это действительно пластическая деформация: язычок остается на месте, не сгибается и остается на месте.

холодная работа

Источник

Вы только что сделали так, чтобы этим зернам было труднее соскальзывать друг с другом, делая материал более твердым и увеличивая его прочность. Вы также сделали его менее пластичным (и более хрупким). Если вы согнете ложку, трудно согнуть ее обратно до правильной формы. Это потому, что эта область была подвергнута холодной обработке и более жесткая, чем окружающий металл.

график

Источник

То же самое происходит с вашей алюминиевой вкладкой, за исключением того, что наступает момент, когда она защелкивается. Вы можете думать об этом как о луче ниже: Вы сгибаете его с фиксированным отклонением, которое соответствует определенному углу θ. В какой-то момент, когда ваша пластичность падает, вы превысите предел деформации, и он сломается.

изгиб

Источник

Хотя это может показаться усталостью, с технической точки зрения это не совсем правильный термин для использования. Усталость используется для описания проблем, обычно возникающих после нескольких тысяч циклов нагрузки.

— BeyondLego
источник

Я хочу +1, но я думаю, что есть несколько заблуждений, которые необходимо прояснить. (1) Зерна не становятся меньше, объем (приблизительно) сохраняется при пластической деформации. Они только меняют форму. (2) Зерна не скользят относительно друг друга. Вместо этого атомные равнины в отдельных зернах проскальзывают из-за дислокаций. Дислокации накапливаются по мере скольжения, вызывая упрочнение работы, о чем следует упомянуть. Это вызывает изменения формы зерна. (3) Закалка при работе приводит к увеличению прочности и снижению пластичности, см. Вики

— воин

(4) По мере того, как пластическая деформация продолжается выше предела прочности металла, начинается сужение. Теория, лежащая в основе того, что происходит дальше на уровне микроструктуры, не совсем ясна, но считается, что по мере образования шеек дислокации в наномасштабе накапливаются до такой степени, что они начинают формировать микромасштабные поры и места зарождения трещин. Как только это происходит, поры действуют как концентраторы напряжений, создавая дальнейшую деформацию около пор, заставляя их расширяться и в конечном итоге соединяться или соединяться. По мере слияния пор образуются макромасштабные трещины.

— воин

По мере увеличения пор меньше материала соединяет две стороны зоны шейки, и напряжение продолжает концентрироваться на оставшемся материале, ускоряя деформацию при постоянной силе. Вы можете почувствовать, что это происходит, когда вкладка согнута назад и вперед. В конце концов, последние связи между двумя частями разрываются, что приводит к окончательному разрыву макромасштаба, и вкладка разрывается.

— воин

Усталость - это нагрузка на материал из-за циклической нагрузки. Лучшее сравнение - резинка. Когда вы натягиваете его снова и снова, оно растягивается, потому что усталость приводит к тому, что эластичность изнашивается, и она становится все более пластичной, пока лента не защелкнется. Хотя технически язычок ломается из-за пластической деформации, усталостное разрушение было бы более правильным, если бы пластическая деформация не вызывала разрушения до тех пор, пока язычок не будет загружен значительно больше раз, чем намеревается жизненный цикл.

— C0V3RT_KN1GHT
источник

Я не согласен, я не думаю, что усталость действительно важна, когда эта часть длится 3 цикла. Циклическая нагрузка является фактором, но это больше, потому что пластическая деформация сохраняется после того, как язычок возвращается в свое естественное положение.

— Тревор Арчибальд

@TrevorArchibald, возможно, мы здесь раскалываем волосы, но то, что вы описываете, похоже на то, что называется «усталостью от низкого цикла» .

— Дан

Эта ссылка говорит "усталость низкого цикла". 10000 циклов или меньше. 3 на самом деле меньше 10 000, но я все еще думаю, что мы находимся в диапазоне пластической деформации, пока она не сломается. Усталостная нагрузка по-прежнему не будет превышать UTS или предел удлинения материала, я думаю, что этот режим отказа делает.

— Тревор Арчибальд

Усталость (насколько мне известно) применима только в том случае, если нагрузка ниже предела текучести материала, что, безусловно, не так, поскольку она пластически деформируется при каждом изгибе.

— BeyondLego

Величина этой деформации находится в совершенно другом масштабе, чем можно было бы ожидать в сценарии с циклической нагрузкой. Вы можете сломать вкладку, даже не выполнив полный цикл. Ответ на холодную обработку / охрупчивание идет непосредственно к основной причине, не требуя особого случая циклической загрузки, поэтому я думаю, что это немного лучше объяснения.

— эфир

Почти все отчасти правы. Вы можете прервать натяжение кольца простой перегрузкой за один «цикл» или накопить пластическую деформацию за три или четыре цикла. Обычно это не считается даже усталостью с низким циклом, но я не знаю, есть ли нижний предел того, сколько циклов может применяться Парижский закон.

— rdt2
источник