Достоверное определение повреждаемости и сопротивления разрушению хрупких материалов в сложных условиях локального нагружения является актуальной научно-технической проблемой, которая вследствие отсутствия эффективных расчетных подходов требует развития новых экспериментальных методов исследования. При аттестации и оценке механического поведения конструкционной керамики, стекла и твердых сплавов могут быть применены методы и результаты экспериментальных изучений закономерностей их разрушения при скалывании кромок материалов индентором или пуансоном.

Цель настоящего исследования заключалась в разработке простого, удобного и доступного способа прогнозирования повреждаемости хрупких материалов при царапании индентором Роквелла поверхности образца до скалывания его кромки, который основывается на использовании экспериментальных диаграмм разрушения материалов в условиях их локального нагружения.

Представление экспериментальных результатов на первом этапе их анализа осуществлялось путем построения так называемых диаграмм повреждаемости материалов, на которых отображались зависимости «расстояние разрушения L – разрушающая нагрузка P_f». Нанесенные на эти диаграммы минимальные, средние и максимальные значения L для каждого уровня нагрузки аппроксимировали линейными или нелинейными зависимостями так, чтобы они с достаточной точностью описывали закономерности изменения взаимосвязи L = f(P_f). Было установлено, что для стекла и низкотрещиностойкой керамики предпочтительным являлось использование полиномиальных кривых аппроксимации, тогда как для более трещиностойкой керамики удовлетворительно соответствовали данным линейные аппроксимирующие зависимости (рисунок 1). В общем случае уравнение кривой аппроксимации данных записывается в следующем виде:

Оперирование коэффициентами полиномиальных зависимостей дает возможность достоверно прогнозировать степень повреждаемости кромок хрупких материалов при заданном уровне приложенной нагрузки на индентор.

Рис. 1. Диаграммы повреждаемости керамики оксид алюминия (а) и нитрид кремния (б)

Таким образом, была получена область возможных значений повреждаемости хрупких материалов при краевом локальном нагружении. Следует отметить, что подобное рассмотрение экспериментальных результатов краевого скалывания не встречалось в литературных источниках, посвященных данной теме исследований. Представленный подход можно оценивать в качестве экспресс-анализа повреждаемости материалов, позволяющий выделить характерный диапазон разрушений их кромок, который важно учитывать при дальнейших работах, связанных с практической применимостью материалов в эксплуатационных условиях.