定向有机玻璃断口的形貌特征

人气 2063   2012-9-22 18:05

定向有机玻璃由于其类似于层状结构的特点,各种断口在破断区域附近呈现出严重的分层现象,且其断口形貌和分层的严重程度和其定向度有关.定向有机玻璃光滑试样的静拉伸断口大多不是平整断口,而是呈不规则的斜面,严重分层,且断裂过程中往往有层状碎片掉落,所以一般不容易取得完整断口.定向有机玻璃缺口试样或预制裂纹试样的断口比较平整.定向有机玻璃光滑试样的弯曲断口和冲击断口往往大面积分层,层间裂纹可发展到很长的距离.剪切断口比较粗糙,裂纹起始于剪切平面上受拉应力的一侧.光滑试样的拉一拉疲劳断口大多数不是平整断口,它最突出的宏观特征是严重分层和碎裂.缺口试样的断口较平整,形貌特征区显著.

在低应力下,当试样无缺陷时,裂纹形成的初始阶段约占整个疲劳寿命的90%.如预先有裂纹或缺口,则耗费在裂纹初始阶段的寿命只占整+疲劳寿命的10%,而裂纹的扩展与断裂阶段则占90%,因此缺口应力集中对疲劳断裂性质的影响是十分明显的.但不论缺口试样或光滑试样,定向有机玻璃的拉一拉疲劳断口形貌基本上可分为兰个区域:

(1)断裂源区.光滑试样的断裂源一般出现在试样被角处或试样厚度加工面上,面积小,有时呈点状.缺口试样的断裂源常出现在一侧缺口根部,偶尔也有在两侧缺口根部同时出现裂纹源,源区比较光滑,呈半圆形或弓形.当应力水平提高时,源区面积缩小.源区内可观察到弧形疲劳条带,条带间沿裂纹扩展方向由小变大.硷力水平提高时,条带间距增大.条带有时呈非连续扩展形式.可数条带数远远低于循环应力次数.

(2)平坦区.在光滑试样上从宏观上看呈狭长的条形,长度方向与试样宽度方向一致.放大时可以看到类似于肋带区的条状形貌.应力水平提高时,平坦区缩小.缺口试样的平坦区一般较大.

(3)粗糙区.该区最典型的形貌特征是分层和碎裂,呈叠层状花样.随裂纹的扩展,叠层密度由大到小.每一叠层呈“笋尖状”,尖端指向裂纹终端.叠层区终止时,出现断裂棱线和撕裂台阶.撕裂平台上有“彗星群”花样,“彗星”头指向断裂源.定向有机玻璃的光滑试样,在高应力水平下的拉一压疲劳的断口上不易分辨裂纹源和裂纹扩展区的形貌特征,而往往呈很粗的贝纹线或台阶形层状断口,层与层之间有光滑的小平面或小台阶,但是在低应力水平下拉-压疲劳的断口上可分辨形貌不同的三个区域,即疲劳源区、平坦区和粗糙区,同时也存在层间裂纹和碎裂.定向有机玻璃缺口试样的拉一压疲劳断口比较平整.源区为比较规整的半圆形,疲劳源附近疲劳条带密集程度很高,随裂纹扩展条带间距扩大.当应力水平提高时,疲劳条带间距增大.裂纹扩展区可见类似于肋带的条状形貌和“彗星群”花样.瞬断区呈现益层状(笋尖状)花样.

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