Краткая теория. Трещиностойкость характеризует способность материала сохранять свою работоспособность (не разрушаться) при наличии трещины

Трещиностойкость характеризует способность материала сохранять свою работоспособность (не разрушаться) при наличии трещины.

Трещина в материале может возникнуть в результате усталости, быть следствием металлургического дефекта и т.п. Трещина является концентратором напряжений. В вершине трещины напряжения (s_у^max) значительно превосходят средние (s_ср.), т.е. расчетные. Величина s_у^max тем больше, чем длиннее и острее трещина:

,

где l – длина трещины, r – радиус в устье трещины. По мере удаления от устья трещины напряжения падают.

Если напряжения в устье трещины таковы, что вызывают ее распространение, происходит разрушение материала при расчетных напряжениях ниже предела текучести.

Трещиностойкость оценивается критерием К_1С. Коэффициент К_1С связывает величину разрушающего напряжения, воздействующего на материал, и длину трещины:

,

где s – разрушающее напряжение, которое следует учитывать в прочностных расчетах, при известной длине трещины l. Таким образом размерность коэффициента – или .

К_1С является характеристикой материла и зависит только от его свойств:

,

где Е – модуль упругости, m – коэффициент Пуассона, P – работа пластического деформирования при распространении трещины, g – энергия поверхностного натяжения (она стремится стянуть края трещины, т.е. ее необходимо преодолеть при распространении трещины). Для металлов Р>>g и величиной g пренебрегают.

Величину К_1С пластичных материалов определяют на специальных образцах с заранее образованной трещиной при внецентровом растяжении или трехточечном изгибе.

Для хрупких материалов, обладающих высокой твердостью (твердые сплавы, режущая керамика, сверхтвердые материалы) используется метод «индентирования» [4]. Он заключается в том, что на твердомере типа ТВ (метод Виккерса) выбирается такая нагрузка на индентор (алмазная правильная четырехгранная пирамида с углом 136°), чтобы в углах отпечатка образовались трещины.

Значения К_1С определяются по следующей формуле:

,

где P – нагрузка [кгс], a – половина длины трещины [мм].