Определение закономерностей повреждаемости и сопротивления разрушению хрупких материалов в условиях локального нагружения осуществлялось методом царапания индентором поверхности образца до скалывания его кромки (S+EFметод). На стадии царапания поверхности материала под действием усилий, приложенных к индентору Роквелла, образуется канавка, в пределах которой наблюдаются непругие деформации, смятие поверхностного слоя, образование кольцевых микротрещин Герца. В качестве параметра локальной повреждаемости поверхности материала при изменении нагрузки P_f на индентор была принята ширина канавки w_s, величина которой возрастала по мере увеличения нагрузки.

В соответствии с методикой проведения экспериментов, была получена оценка твердости при царапании H_S, которая вычислялась как отношение нормальной нагрузкик площади отпечатка:

Ее значения практически не зависели от уровня приложенной нагрузки. Среди материалов настоящего исследования наибольшей твердостью характеризовались горячепрессованный карбид кремния (H_S = 25,3 ГПа) и оксид алюминия (H_S = 21,2 ГПа). Значительно менее твердым являлось стекло, для которого величина H_S не превышала 5…6 ГПа.

По результатам выполненных испытаний были построены диаграммы повреждаемости хрупких материалов на стадии царапания (рис. 1). Уровень их повреждений линейно возрастал с увеличением приложенной нагрузки в диапазоне от 10 Н до 30 Н для стекол и от 10 Н до 50 Н для керамики. Максимальная повреждаемость при царапании была характерна стеклам, для которых по мере возрастания нагрузки ширина царапины изменялась в пределах от 70 мкм до 130 мкм, а вид самой царапины от чередования кольцевых трещин Герца до четко очерченной канавки с латеральными трещинами и сколами. Степень повреждения керамики в зависимости от твердости и уровня нагрузки изменялась в диапазоне от 50 мкм до 90 мкм. Царапина представлялась главным образом без явных признаков конического растрескивания, так что разрушение материала можно охарактеризовать как упругопластическое.

Для описания экспериментальных диаграмм повреждаемости материалов при царапании были использованы линейные зависимости w_s = a + b·P_f. Используя коэффициенты этих уравнений, можно прогнозировать степень повреждения поверхности хрупких материалов при локальном нагружении с использованием инденторов в макродиапазоне применяемого усилия.