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)
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:
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).
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).
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].