Определение трещиностойкости

Трещиностойкость характеризует способность матери­ала не разрушаться при наличии трещины.Трещина в материале может возникнуть в результате усталости, быть следствием металлургического дефекта и т.п. Трещина является концентратором напряжений (рис.
2.17, а ), в ее вершине напряжения (σmaxy) значительно пре­восходят средние (σcp), т.е. расчетные; они тем больше, чем длиннее и острее трещина: σmaxy = σcp*2*√(l/r) . По мере удале­ния от устья трещины напряжения падают (рис. 2.17, б)

Концентрация напряжений в металле при наличии трещины
Рис. 2.17. Концентрация напряжений в металле при наличии трещины: а - концентрация напряжений вблизи трещины; б - зависимость напряжения от расстояния при удалении от вершины трещины

Если напряжения в устье трещины таковы, что вызывают ее распространение, происходит разрушение материала; при­ том, что расчетные напряжения ниже предела текучести.
Трещиностойкость оценивается критерием K1C. Коэффи­циент K1C связывает величину разрушающих напряжений, воздействующих на деталь, и длину трещины: К1с = 2*σp*√*π*l
где σp — разрушающие напряжения, которые следует учиты­вать в прочностных расчетах, при известной длине трещины.
Таким образом, размерность коэффициента — МПа • м1/2 или кгс•мм-3/2 (кгс•мм-3/2 ~ 0,316 МПа•м1/2).
Коэффициент трещиностойкости зависит только от свойств материала, т.е. является его характеристикой:

кривая усталости

где Е — модуль упругости; μ— коэффициент Пуассона; Р — относительная (отнесенная к площади) работа пласти­ческого деформирования при распространении трещины;

γ - относительная энергия поверхностного натяжения (она стремится стянуть края трещины, т.е. ее необходимо преодолеть при распространении трещины). Для металлов Р >> γ и этой величиной пренебрегают.
Величину К1c. определяют на специальных образцах с заранее образованной трещиной при внецентровом рас­тяжении (рис. 2.18).

Образцы для определения  К1с
Рис.2.18 - Образцы для определения К1с

Для весьма твердых и хрупких материалов — твердых сплавов, керамики — К1c. определяют на приборе Виккерса. Нагрузку подбирают таким образом, чтобы по углам отпе­чатка образовались трещины (рис. 2.19).

трещины в углах отпечатка Виккерса
Рис. 2.19. Трещины в углах отпечатка Виккерса (с — половина длины трещины)

Значения К1c. опре­деляют по следующей формуле: К1c = 0,07*P*c-3/2 [ кгс • мм3/2|,
где Р — приложенная нагрузка | кгс]; с — средняя длина поло­вины трещины [мм].