CHƯƠNG 4 NỨT DƯỚI ỨNG SUẤT
4.2.3. Phép thử tĩnh với mẫu nứt trước 1.Nguyên tắc
4.2.3.1.Nguyên tắc
Phương pháp này cho phép đo tốc độ lan truyền vết nứt và xác định ngưỡng
ứng suất mà dưới giá trị đĩ vết nứt khơng lan truyền. Tuy nhiên phương pháp này lại khơng cho phép xác định thời gian bắt đầu nứt (như trong phép thử trên) hoặc ảnh hưởng của trạng thái bề mặt. Các vết nứt trước của mẫu thường được tạo ra bằng phép thử mỏi.
Lý thuyết đàn hồi tuyến tính cung cấp mối liên hệ giữa lực áp dụng và ứng suất cục bộở điểm nứt trong vật liệu giịn.
Nếu mẫu chịu tải theo kiểu I, ba thành phần của ứng suất cục bộ ở vùng lân cận điểm nứt thay đổi theo bán kính r và gĩc θ
Thành phần σy (theo phương tác dụng lực) tính theo:
σy = KI f(r,θ) với KI gọi là hệ số cường độứng suất
Nếu mẫu tương ứng với một bản cĩ kích thước vơ hạn, chứa trên bề mặt một vết nứt nhọn cĩ chiều dài a vuơng gĩc với phương kéo thì KI [N.m-3/2] tính theo
KI = σo (πa)1/2 với σo [N/m2] biểu thịứng suất áp đặt
Đối với các mẫu cĩ kích thước giới hạn, KI phụ thuộc vào dạng hình học của mẫu, chủ yếu là tỉ lệ a/w với w là bề rộng của mẫu.
KI = σo (πa)1/2 f(a/w) với f(a/w) biểu diễn ảnh hưởng của dạng hình học
Khi khơng cĩ tác nhân ăn mịn, vết nứt chỉ lan truyền khi hệ số cường độ ứng suất vượt qua một giá trị tới hạn KIC gọi là độ bền đứt. Giá trị này là một tính chất đặc trưng cho năng lượng đứt của vật liệu. Trong mơi trường ăn mịn các vết nứt vẫn lan truyền mặc dù KI nhỏ hơn KIC rất nhiều. Hệ số cường độ ứng suất tới hạn cho sự nhạy cảm với ăn mịn dưới ứng suất KISCC tương ứng với giá trị tối thiểu của KI cho phép các vết nứt phát triển trong một mơi trường ăn mịn cho trước.
Giản đồ biểu diễn tốc độ phát triển của một vết nứt theo KI cho thấy cĩ ba vùng. Ban đầu khi KI nhỏ hơn KISCC (vùng ổn định), tốc độ phát triển gần như
bằng khơng. Qua khỏi giá trị KISCC, tốc độ phát triển đầu tiên tăng mạnh theo KI sau đĩ ổn định (vùng dưới tới hạn). Khi KI đạt đến KIC tốc độ phát triển lại tăng cho đến khi đứt (vùng quá tới hạn).
Ví dụ cho thấy ảnh hưởng của mơi trường (NaCl 35% và nước cất) và độ
cứng của vật liệu đến tốc độ phát triển vết nứt trong thép AISI 4340.