שבר (הנדסה)
שבר (fracture) הוא הפרדה מקומית של חומר לשני חלקים או יותר, תחת הפעלת מאמץ. המילה באופן שגרתי מיוחדת לשברים בעצמות או לשברים בגבישים או חומרים גבישיים, כמו מתכות ואבני חן. לעיתים, בחומרים גבישיים, גבישים יכולים להישבר ללא הפרדת הגוף לשני חלקים. בתלות בחומר הנשבר, שבר מפחית את החוזק (ברוב החומרים) או מעכב מעבר אור בחומר.
הבנה מעמיקה של תהליך יצירת השבר ניתן לקבל מתוך למידת תורת מכניקת השבר.
סוגי שברים
שבר פריך - בסוג זה של שבר, לא ניתן לראות דפורמציה פלסטית לפי התרחשות השבר. בגבישים פריכים, השבר יכול להתרחש רק על ידי ביקוע שנוצר כתוצאה ממאמץ הפועל בכיוון נורמלי למישורי הגביש. בגבישים אמורפיים, לעומת זאת, חוסר המבנה הגבישי גורם לשברים בכל הכיוונים, כאשר השברים ממשיכים בכיוון נורמלי ללחץ המופעל.
בתמונת השבר במוט האלומיניום, ניתן לראות בצבעים הבהירים שבר פריך, ובצבעים הכהים שבר שנוצר מהתעייפות החומר.
שבר משיך - בשבר משיך, מתרחשת דפורמציה פלסטית רבה לפני השבירה. מתכות משיכות רבות יכולות להחזיק מעמד בדפורמציה מאד גדולה, של 50-100% מעוות, לפני שמתרחש שבר. המעוות שבו מתרחש השבר תלוי ברמת הניקיון של המתכת. בטמפרטורת החדר, ברזל טהור יכול לעבור דפורמציה של עד 100% מעוות לפני שישבר, לעומת פלדות (המכילות ברזל ופחמן), אשר נשברות כבר ב-3% מעוות. בגלל ששבר משיך כולל דפורמציה פלסטית רבה, צורת ההתנהגות של השבר שונה מאד מזו של שבר פריך. חלק מהאנרגיה הנובעת מריכוז המאמצים בנקודות השבר הופכת לדפורמציה פלסטית לפני שהסדק מתחיל להתקדם. השלבים העיקריים של שבר משיך הם יצירת צוואר (necking), אשר גורם לריכוז המאמצים באזור שבו שטח החתך קטן יותר, יצירת חללים (void formation), יצירת סדקים, התקדמות סדקים, וכישלון (שבר). השלבים הללו בדרך כלל גורמים לתוצאה בה לאחר השבירה ניתן לראות חלק אחד קמור והשני קעור בפני השטח של השבר (cup and cone).
דרכי הפרדת סדק
ישנן שלוש אפשריות להפעלת המאמצים שיגרמו לשבר:
- מצב פתיחה: מאמץ נורמלי למישור הסדק
- מצב החלקה: מאמץ גזירה פועל במקביל למישור הסדק ומאונך לחזית הסדק
- מצב קריעה: מאמץ גזירה פועל במקביל למישור הסדק ומקביל לחזית הסדק
