U inženjerskoj praksi često se pretpostavlja da će materijali, bez obzira na mjesto primjene, pokazivati isto ponašanje. Međutim, postoji skrivena osobina čega se naziva temperatura prijelaza iz plastičnosti u krhkost (TPPK). Kad se metal pređe iz ovog temperature, on se iz izdržljivog, rastežućeg materijala pretvara u onaj koji se naglo slomi bez upozorenja. Razumijevanje ovog fenomena ključno je za sprječavanje nesreća koje mogu koštati živote i milijarde dolara.
Što je temperatura prijelaza iz plastičnosti u krhkost?
Metali se tradicionalno dijele na plastične i krhke. Plastični metali, poput običnog čelika, mogu proći kroz značajnu plastičnu deformaciju prije nego što se slome. Krhki metali, poput gvožđa, naglo se slome bez ili s minimalnom plastičnom deformacijom. TPPK je temperatura ispod koje metal koji je inače plastičan postaje krhki. Iznad TPPK metal može apsorbirati energiju, savijati se i čak se produžiti. Ispod TPPK isti metal postaje podložan brzom širenju pukotina i katastrofalnom propadanju.
Zašto se to događa?
Promjena u ponašanju metala uzrokovana je promjenama u kristalnoj strukturi i raspodjeli unutarnjih naprezanja. Na nižim temperaturama, čestice u metalu manje se kreću, što otežava stvaranje i širenje pukotina. U takvim uvjetima, pukotine se mogu proširiti vrlo brzo, a metal se ne može „popraviti“ dodatnim deformacijama. Na višim temperaturama, čestice imaju više energije, što omogućuje metalu da se deformira i „popravi“ pukotine prije nego što dođe do potpune sloma.
Faktori koji utječu na TPPK
- Vrsta legure i udio dodatnih elemenata (npr. ugljik, mangan, nikl)
- Proces obrade (termička obrada, glatkoća površine)
- Prisustvo nečistoća i mikrostruktura
- Stanje naprezanja u materijalu
- Temperatura okoline i brzina promjene temperature
Posljedice u praksi: poznate nesreće
Ignoriranje TPPK može imati katastrofalne posljedice. Evo nekoliko dokumentiranih incidenata u kojima je prijelaz iz plastičnosti u krhkost