يحمل كسر التعب المعدني، مثل الأنواع الأخرى من كسور فشل المعدن، معلومات غنية حول عملية الكسر. فهو يوفر أدلة حول مكان نشأة الكسر، وكيفية انتشاره، وكيف تم كسره في النهاية. يتأثر الشكل على سطح الكسر بعوامل مثل خصائص المواد، وظروف الإجهاد، ومستويات الإجهاد، والعوامل البيئية. ولذلك، يعد تحليل كسر التعب أحد الأساليب الرئيسية لدراسة فشل التعب.
يتكون كسر التعب النموذجي عمومًا من ثلاث مناطق: أصل التعب، ومنطقة انتشار التعب، ومنطقة الكسر النهائية. انظر الشكل 1.
الشكل 1
أصل التعب
أصل التعب هو المنطقة التي يبدأ فيها صدع التعب. غالبًا ما يتم وضعها عند نقاط الضعف في أحد المكونات، مثل الخدوش السطحية، أو الأضرار الميكانيكية، أو حفر التآكل، أو مناطق التغير العرضي المفاجئ، أو العيوب المعدنية الداخلية مثل الشقوق، والشوائب الهشة، والفصل، والمسامية، وما إلى ذلك.
على سطح كسر الكلال، قد يكون هناك مصدر واحد أو أكثر للتعب. على سبيل المثال، في حالة الانحناء المتكرر، يمكن أن يكون هناك أصلان لكلال الانحناء، أو في بيئة متآكلة، قد يؤدي كلال التآكل إلى أصول متعددة.
كلما ارتفع عامل تركيز الإجهاد أو مستوى الإجهاد المتناوب، زاد عدد أصول التعب على سطح الكسر. ويبين الشكل 2 كسر التعب متعدد المنشأ.
الشكل 2
منطقة انتشار صدع التعب
هذه المنطقة هي منطقة انتشار الشقوق دون الحرجة، وهي المنطقة الأكثر تعقيدًا وغنية بالمعلومات على سطح الكسر. تعتبر خصائص هذه المنطقة أساسية في تحديد ما إذا كان الكسر نتيجة للتعب. الميزة الأكثر شيوعًا هي وجود "علامات الشاطئ" المرئية تحت التكبير المنخفض، وخطوط التعب (المعروفة أيضًا بعلامات انتشار التعب) المرئية تحت التكبير العالي. ومع ذلك، قد تفتقر بعض أسطح الكسر إلى هذه الميزات وبدلاً من ذلك تظهر عليها خصائص ناعمة ومصقولة تشبه السيراميك، أو علامات تشوه بالبثق، أو انطباعات تشبه الإطارات، من بين أمور أخرى. ويمكن رؤية التصدعات انتشار التعب في الشكل 3.
الشكل 3
3.منطقة الكسر النهائية
هذه المنطقة هي المكان الذي يخضع فيه الكراك لانتشار سريع وغير مستقر. خلال مرحلة نمو الشقوق شبه المستقرة، يتوسع صدع الكلال تدريجيًا مع كل دورة إجهاد، ولكن معدل النمو بطيء نسبيًا ويتبع نمطًا أكثر اتساقًا ويمكن التنبؤ به. ومع ذلك، بمجرد أن يصل الشق إلى حجم حرج، فإنه سوف يتسارع بسرعة، مما يؤدي إلى الكسر النهائي. تمثل هذه المنطقة الانتقال من نمو الشقوق المستقر إلى الكسر السريع.
مع استمرار زيادة طول الشق، عندما يصل إلى الحجم الحرج c، يصبح تركيز الضغط عند طرف الشق كبيرًا بما يكفي ليتجاوز قوة الكسر للمادة. عند هذه النقطة، يصبح الكراك غير مستقر وينتشر بسرعة. ينكسر الجزء السليم الموجود في مقدمة الشق على الفور تقريبًا.
يكون سطح الكسر في منطقة الكسر النهائية خشنًا نسبيًا، وبما أنه يمثل النقطة الأخيرة للكسر، فإنه غالبًا ما يكون أكثر سطوعًا في اللون. يشبه الكسر في هذه المنطقة بشكل أساسي كسر الحمل الثابت. بالنسبة للمواد الهشة، يُظهر الهيكل المجهري عادةً ميزات الانقسام، بينما بالنسبة للمواد المرنة، يُظهر الهيكل المجهري خصائص الكسر المدمل.
غالبًا ما تقع منطقة الكسر النهائية على الجانب المقابل لأصل التعب. ومع ذلك، إذا تعرضت المادة للانحناء الدوراني، فسيتم إزاحة موضع منطقة الكسر النهائية بزاوية معينة في الاتجاه المعاكس للدوران.
