sprøbrudd

For tekniske materialer deles brudd inn i to hovedtyper: duktile brudd og sprøbrudd. Duktile materialer viser stor evne til plastisk deformasjon og stor energiabsorpsjon før brudd oppstår. Ved sprøbrudd er det normalt liten eller ingen plastisk deformasjon og lav energiabsorpsjon.

Ethvert brudd deles inn i to faser: først brudd-dannelse, og så vekst, som respons til en pålagt spenning. Ved et duktilt brudd skjer det en stor plastisk deformasjon nær sprekkspissen, slik at bruddforplantningen skjer relativt langsomt. Et slikt brudd kalles stabilt og kan oppdages før en katastrofe oppstår. Ved et sprøbrudd er det ingen eller liten plastisk deformasjon nær sprekkspissen, og bruddet forplanter seg raskt. Bruddet er ustabilt og vanskelig å oppdage før katastrofen skjer. I konstruksjoner ønsker man derfor ikke å bruke materialer som oppviser sprøbrudd under planlagte bruksforhold.

Utseendet av bruddflatene kan ofte fortelle om bruddet var duktilt eller sprøtt. Et duktilt brudd har en typisk innsnøring nær bruddet («cup and cone» i runde prøvestaver) og fibrig bruddflate. Sprøbrudd har liten eller ingen innsnøring nær bruddet. Bruddflatene er karakteristiske for materialet, men har ofte en flatere struktur, gjerne med markeringer som viser hvor bruddet har startet og vekstretninger («chevron»).

Ikke alle materialer rammes av sprøbrudd. Alumimium- og kobberlegeringer rammes som regel ikke, derimot kan stål rammes avhengig av legeringssammensetning, kornstørrelse, temperatur og deformasjonsforhold. Strukturmessig kan man si at metaller med flatesentrert, kubisk gitterstruktur (som for eksempel aluminium og kobber) sjelden viser sprøbrudd, mens romsentrerte, kubiske materialer (som for eksempel ferrittisk stål) kan være sprø.

De fleste sprøbrudd starter ved en liten kjerv eller sprekk som fører til lokal stor spenningsintensitet. Feil i en sveis kan være en vanlig sprekkstart. Derfor bør sveiste detaljer undersøkes grundig for å sikre at det ikke er skadelig sveisefeil tilstede.

Et sentralt begrep ved sprøbrudd er omslagstemperatur. Eksempelvis kan et stål oppføre seg duktilt ved vanlig romtemperatur, men oppvise sprøbrudd ved lave temperaturer. Overgangstemperaturen kalles omslagstemperatur.

Til konstruksjoner ønskes stål med lav omslagstemperatur. Ved å redusere kornstørrelsen og styre legeringsinnholdet, kan omslagstemperaturen senkes.

Tendensen til sprøbrudd i et materiale kan avdekkes og rangeres av skårslagprøver, se materialprøving. Slagseigheten bestemmes for en serie prøvestykker fordelt over et temperaturintervall, og omslagstemperaturen for overgang fra duktilt til sprøtt brudd fastlegges. Denne størrelsen er bundet til både prøvemetoden og prøvestykkenes form. Den avspeiler derfor ingen sann materialegenskap, og gir ikke svar på sprøbruddfaren i en aktuell konstruksjon. I stedet benyttes bruddmekanisk vurdering, basert på bruddmekanikk. Ifølge denne er spenningstilstanden i et lite volum foran en sprekk bestemt av spenningsintensiteten. Ved bruddmekanisk beregning og prøving av en konstruksjon kan kritiske verdier av nominell spenning og sprekklengde fastlegges. Fremgangsmåten har hatt stor betydning for dimensjonering og materialvalg i avanserte konstruksjoner, blant annet i store off-shore-konstruksjoner i Nordsjøen.

Flere tilfeller av sprøbrudd i klinkede stålkonstruksjoner på slutten av 1800-tallet og i første del av 1900-tallet er beskrevet. Et av dem gjelder det britiske passasjerskipet Majestic (tidligere Bismarck), som fikk en alvorlig sprekk i et av dekkene mens det var i fart i Atlanterhavet. Et tilsvarende uhell rammet det amerikanske skipet Leviathan.

Under andre verdenskrig bygde USA 3400 sveiste handelsskip, hvorav 1200 fikk alvorlige sprekker i dekk eller hud. 250 tilfeller førte til at skipene gikk tapt eller kom i alvorlig fare. Årsakene ble senere tilskrevet sveising og sveisefeil, stål med lav slagseighet og i noen tilfeller meget lave temperaturer.

Etter 1945 har konstruktører og stålverk samarbeidet om å utvikle sveisbare, sprøbruddsikre stål med høy fasthet. Av særlig betydning er stålprosesser med god kontroll av forurensninger og tilsetninger; dessuten innlegering med niob og titan som gir et finkornet, høyfast materiale med lav omslagstemperatur, såkalt finkornstål.

• duktilt brudd
• finkornstål