Brontekst bekijken van Breuk (mechanica)

[[Bestand:Ductility.svg|miniatuur|Verschillende vormen van breuk bij een trekspanning: (a) brosse breuk, (b) enigszins ductiele breuk en (c) geheel ductiele breuk.]]{{Spanning-rekdiagram}}
[[Bestand:Stress strain comparison brittle ductile-NL.svg|miniatuur|369x369px|[[Spanning-rekdiagram]] van in het blauw een [[Taaiheid|taai]] materiaal en in het rood een [[Brosheid|bros]] materiaal. De oppervlakte onder de curve geeft de energie dat het materiaal kan opnemen en dus de taaiheid aan. De hoeveelheid plastische rek die een materiaal kan ondergaan zonder te breken geeft de ductiliteit aan.]]
Een '''breuk''' betekent in de [[materiaalkunde]] en [[mechanica]] dat het [[materiaal]] geen goede samenhang meer heeft en dus geen trekkrachten meer kan opnemen. Men onderscheidt een '''[[Brosheid|brosse]] breuk''' en een '''[[Ductiliteit|ductiele]] breuk'''.<ref>{{Citeer boek|titel=Materials : engineering, science, processing and design|auteur=M. F. Ashby|medeauteurs=Hugh Shercliff, David Cebon|url=https://www.worldcat.org/oclc/1097951622|plaats=Kidlington, Oxford, United Kingdom|datum=2019|ISBN=978-0-08-102376-1|editie=4de druk}}</ref>

== Breukrek ==
De hoeveelheid rek, waarop een breuk in een materiaal onder een [[mechanische spanning]] plaatsvindt, wordt de breukrek <math display="inline">(\varepsilon_{f})</math> genoemd. In het eerste [[spanning-rekdiagram]] rechts is dit de rek bij het kruisje (x) op punt 3. De bijbehorende spanning tijdens breuk heet de breukspanning <math display="inline">( \sigma_{f} )</math>.

== Brosse breuk ==
Brosse breuk komt voor in [[Amorf (materie)|amorfe]] en [[Kristalliniteit|kristallijne]] materialen, die [[Brosheid|bros]] gedrag vertonen onder een [[mechanische spanning]]. Een brosse breuk wordt meestal veroorzaakt door belastingpieken, lage [[Temperatuur|temperaturen]], [[verbrossing]] of restspanningen. Ook hoge treksnelheden zorgen voor [[Brosheid|bros]] gedrag.

Het brosse materiaal kan nauwelijks tot niet plastisch vervormen, daardoor kan een kleine scheur of indeuking direct voor een volledige breuk zorgen. Metalen die zich onder normale gebruiksomstandigheden taai gedragen, kunnen toch bros breken bij verlaagde temperaturen en/of hoge vervormingssnelheden. Het is hierdoor ook moeilijk voorspellingen over het breukgedrag van het materiaal te doen.

Tevens is het bijna onmogelijk de theoretische [[Treksterkte (materiaal)|treksterkte]] <math display="inline">(\sigma_{UTS})</math> bij een brosse breuk te meten aangezien het materiaal allang kapot is voordat het daar in de buurt komt. De [[mechanische spanning]] waarbij de breuk optreedt is ook direct de maximale spanning, die het materiaal kan weerstaan. De rode curve in het tweede spanning-rekdiagram geeft dit brosse gedrag weer door een schuine lijn vanuit de oorsprong, die eventueel licht afbuigt en vervolgens abrupt stopt door breuk. De curve valt dus (bijna) geheel in het [[Elasticiteit (materiaalkunde)|elastische]] gebied, de schuine lijn, en [[Plasticiteit (materiaalkunde)|plastische vervorming]] met [[versteviging]] en [[Insnoering (materiaalkunde)|insnoering]] treden nauwelijks tot niet op (afbuiging).

Verbeteringen aan het materiaal om breuk te voorkomen moet bij brosse breuk vooral worden gezocht in het verhogen van de [[Plasticiteit (materiaalkunde)|plasticiteit]]. Door deze verhoging kunnen kleine scheurtjes beter worden opgevangen waardoor het materiaal niet op deze plekken faalt.

==Ductiele breuk==
Er wordt van een ductiele breuk gesproken bij amorfe en kristallijne materialen die een grote breukrek <math display="inline">(\varepsilon_{f})</math>, een duidelijke vloeispanning <math display="inline">(\sigma_{Y})</math> en vloeitraject vertonen voor breuk. De maximale kracht die het materiaal kan opvangen is die van de [[Treksterkte (materiaal)|treksterkte]] <math display="inline">(\sigma_{UTS})</math>, waarna [[Insnoering (materiaalkunde)|insnoering]] gevolgd door breuk plaatsvindt. Verbetering ten aanzien van een ductiele breuk heeft vooral te maken met het verhogen van de treksterkte.

Een belangrijk kenmerk van een ductiele breuk is dat er eerst nog een stadium van stabiele scheurgroei optreedt, waarbij de spanningen worden herverdeeld in het materiaal. Door de grote mate van [[plastische vervorming]], met eerst [[versteviging]] en dan [[Insnoering (materiaalkunde)|insnoering]], passen de uitgerekte en afgeschoven breukvlakken niet goed meer op elkaar.

== Kristallijne breuk ==
In kristallijn materiaal zijn de atomen, ionen of moleculen opgebouwd in een denkbeeldig [[Kristalstructuur|kristalrooster]]. In een kristallijn materiaal wordt brosse breuk splijtbreuk genoemd en ductiele breuk glijdbreuk. In de [[Allotropie|allotropen]] van het element [[Koolstof|koolstoof]] vindt men extreme voorbeelden van splijtbreuken (diamant) en glijdbreuken (grafiet).

=== Splijtbreuk ===
Brosse breuk wordt in kristallijn materiaal een '''[[splijtbreuk]]''' of '''splijting''' genoemd.<ref name=":02">{{Citeer boek|titel=Mechanica van Materialen|auteur=Prof. dr. ir. Wim van Paepegem|medeauteurs=Prof. dr. ir. Wim de Waele|taal=nl|uitgever=Universiteit Gent|datum=2017}}</ref> Men herkent bij een brosse breuk nauwelijks enig spoor van plastische vervorming: de breukvlakjes (facetten) zijn vlak, glinsterend en bevatten kleine trapjes, die overeenkomen met sprongen in het breukoppervlak. Kenmerkend aan een brosse breuk is dat de breukvlakken nog precies op elkaar passen. In een [[Kristalliniteit|kristallijn]] materiaal de oriëntatie van de splijtingsvlakken is afhankelijk van de [[roosterrichting]].

=== Glijdbreuk ===
Het [[Ductiliteit|ductiele]] type breuk wordt in kristallijn materiaal '''glijdbreuk''' genoemd en vertoont een karakteristiek breukpatroon, het wordt ook wel "kop en schotelbreuk" of schuifbreuk genoemd.<ref name=":02" /> Bij glijdbreuk wordt de samenhang van het materiaal door (te grote) [[Afschuiving (materiaalkunde)|afschuiving]] op atomaire schaal verbroken als gevolg van een aangebrachte spanning die binnenin het materiaal een kritieke waarde van de schuifspanning overschrijdt, waardoor de atoombindingen worden verbroken. Het breukvlak maakt veelal een hoek van ongeveer 45° met de langsrichting, onder zuivere [[trekspanning]]. Dit kan worden bewezen met het [[criterium van Tresca]], waarmee duidelijk wordt dat de maximale schuifspanning optreedt onder een hoek van 45° ten opzichte van de zuivere trekspanning.

Het typische breukvlak kenmerkt zich door een dof en vezelachtig uiterlijk. Voor de ductiele breuk vindt eerst versteviging en insnoering plaats, met een stabiele scheurgroei als gevolg. De insnoering zorgt voor allerlei kleine holtes die vormen in het materiaal onder een hoek van ongeveer 45°, onder zuivere [[trekspanning]]. Deze holtes zullen bij een hogere spanning vergroeien tot een grote scheur, dit verschijnsel heet [[microholte coalescentie]]. Vervolgens scheurt deze groei uit bij hogere belasting en breekt het materiaal.

== Breuktermen overzicht ==
{| class="wikitable"
!
! colspan="2" |Kristallijn materiaal
! colspan="2" |Amorf materiaal
|-
|'''Brosse breuk'''
|[[splijtbreuk]] of [[Splijting (kristal)|splijting]]
|[[Bestand:Fluorita green.jpeg|kaderloos|150x150px]]
|[[Conchoïdaal|conchoïdale]] of schelpvormige breuk
|[[Bestand:13 years of Russian Wikinews in Moscow 18.jpg|kaderloos|150x150px]]
|-
|'''Ductiele breuk'''
|glijdbreuk
|[[Bestand:Ductile failure in pipeline steel (7251419414).jpg|kaderloos|150x150px]]
|''crazing'' (kunststoffen)
|[[Bestand:Crazing in polymers (cropped).jpg|kaderloos|152x152px]]
|}
{{Clearboth}}

== Galerij ==
<gallery widths="300" heights="220" class="center" mode="packed" caption="Breuk in materialen">
Bestand:Stress-strain1.svg|alt=|Weergave van het elastische (blauw) en plastische (groen) gebied met uiteindelijk breuk (rood) in een spanning-rekdiagram.
Bestand:Ductile fracture upd.png|Schematische weergave van het tijdsbeloop in een ductiele breuk (in zuivere [[trekspanning]]). Eerst het ontstaan van [[microholte coalescentie]], die vervolgens uitscheurt tot een breuk.
Bestand:DuctileFailure.jpg|Ductiel breukvlak van een metalen [[Trekproef|trekstaaf]] met een "kop en schotelbreuk"
Bestand:Cast iron tensile test.JPG|Bros splijtvlak van een metalen [[Trekproef|trekstaaf]]
Bestand:Ductile Fracture Surface 6061 Al SEM.xcf|'''Glijdbreuk''', een typische breukvlak voor [[Ductiliteit|ductiel]] en [[Taaiheid|taai]] materiaal. Dit is een 6061 aluminium afbeelding gemaakt met een [[Rasterelektronenmicroscoop|SEM]].
Bestand:The brittle fracture surface of low-carbon steel.jpg|Typisch breukvlak na een abrupte '''[[splijtbreuk]]''' in een bros materiaal. Hier van een laag-koolstofstaal. De egale vlakken (facetten) op het breukvlak zijn duidelijk zichtbaar.
Bestand:Segregation-Intergranular Fracture.svg|Bros-scheurverloop over de korrelgrens in een materiaal, na [[korrelgrens-segregatie]].
</gallery>

== Zie ook ==
* [[Brosheid]]
* [[Taaiheid]]

{{Appendix}}

{{Navigatie bezwijkmechanismen}}
{{Navigatie materiaalconstante}}

[[Categorie:Breukleer]]
[[Categorie:Materiaalkunde]]