EXPERIMENTAL RESULTSNear threshold

EXPERIMENTAL RESULTS
Near threshold fatigue crack growth rates in amorphous Ni78Sil0B12 are strongly affected by R-ratio. Results obtained from crack growth tests where this effect is prominent (i.e. da/dN < 10-5 mm/cycle) are shown in Fig. 1 for R = 0.1 and 0.5. It is seen that the threshold stress intensity value ΔKTH below which no crack growth was detected increased from 0.5 MPa m for R = 0.1 to 1.0 MPa m for R = 0.5. Near ΔKTH, crack growth rates for R = 0.5 are considerably slower than those for R = 0.1 (for example, at ΔK = 1.5 MPa m by a factor of 10). Differences between the growth rates for these two R-ratios lessen with increasing AK. Above AK = 6 MPa m, crack growth rates in the range 10 "5-10~3 mm/cycle were found to follow a power law relation of the form da/dN = CAK2.2 for both R-ratios[29].
In order to investigate this R -ratio effect further, da/dN vs R-ratio plots for 0.1 < R < 0.8 were determined at constant AK levels (Fig. 2). At AK = 2.5 and 3.5 MPa m, crack growth rates are approximately independent of R at low R -ratios (0.1 ≤R ≤0.2) but a sharp decrease occurs at R = 0.3. At large values of R (≥0.5) growth rates are then almost independent of R-ratio. It can be seen that the growth rates corresponding to R =0.1 and R =0.5 shown in Fig. 1, lie on the high and low growth rate sides of these curves, respectively. The difference in growth rate between these two R-ratios diminishes with increasing AK, from a factor of about 6 at AK = 2.5 MPa m to a factor of about 2 at AK = 3.5 MPa m. At K = 5 MPa m there is almost no decrease of crack growth rate with increasing R-ratio.
At the K levels investigated fracture surfaces are macroscopically perpendicular to the loading axis and have faceted appearances[29]. Figure 3 shows that the fracture surface of the alloy at AK — 5 MPa y/m and R =0.1 exhibits large periodic cavities which were produced by the decohesion of localized shear bands initiated at the tip of the advancing crack. The SEM micrograph of a metallized replica in Fig. 4 shows a fatigue crack grown at AK — 5 MPa m and R = 0.1 and the configuration of shear bands at the crack tip. The size of the shear facets correlates

with the value of AK and R-ratio. At constant R-ratio a decrease in applied AK leads to the formation of smaller facets. This can be seen by comparing the facet sizes at AK = 3 MPa m and R = 0.1 (Fig. 5) with those at AK = 5 MPa m (Fig. 3). Facet sizes become progressively smaller with decreasing AK until below AK = 1.5 MPa m they tend to disappear and fracture surfaces become virtually flat.
Increasing the R-ratio at any given AK level does not change the basic faceted appearance of fracture surface, except at low values of AK when facets become smaller and growth rates decrease on raising the R-ratio from 0.1 to 0.5. The decrease in facet size with increasing R-ratio at small AK is shown in Fig. 6; however, it can be seen that at high AK levels (where crack growth rates are independent of R-ratio) no change in facet size could be found on increasing R.
The crack tip opening displacements (CTOD) at different stages of a fatigue cycle have been determined at two AK levels (2.5 and 5.0 MPa m) for both R =0.1 and 0.5. Figure 7 shows typical photographs of a crack for K= 5 MPa m and R = 0.1; the crack is fully open at K = K max and closed at K = (K + 0.2K). Applied load vs CTOD plots for the four combinations of AK and R-ratio are shown in Fig. 8. Each point on these curves represents the average value of CTOD (over a distance of 15 µm) for a given specimen. These curves indicate that the CTOD decreases linearly with applied load until a threshold in CTOD is reached. This corresponds to crack closure and the load at which closure takes occurs may be either above the minimum load of the fatigue cycle (indicated as Kmin on the figures) or equal to it, depending on the values of AK and R-ratio.
The crack growth curves for stainless steel specimens are shown in Fig. 9. At low AK levels, growth rates in this alloy also depend strongly on the R-ratio. However, contrary to the amorphous alloy, crack growth rates increase with R-ratio. The greatest increase (by a factor of #15) is observed at AK = 12 MPa m when the R-ratio is increased from 0.1 to 0.5. increasing the R-ratio also decreases AKTH from 11 MPa m for R=0.1 to 7 MPa m for R = 0.5. Above AK = 12 MPa m, the curves converge with increasing AK and the effect of R-ratio diminishes.
Figure 10 indicates the change in growth rate with R-ratio at AK = 13.3 MPa m. This AK was chosen because it produces a growth rate at R =0.1 similar to that (2 x 10-6 mm) which shows the maximum R-effect in the metallic glass. On increasing the R-ratio within the range 0.1-0.3, Crack growth rates in the steel increase by about an order of magnitude but then remain relatively unaffected by further increases in the value of R.
The fractographic features produced in stainless steel at AK = MPa m are shown in Fig. 11 for two values of R. The fracture surface consists of transgranular crystallographic facets in both cases. Figure 12 shows the profile of the fatigue crack on the specimen surface for R =0.1 at AK = 13 MPa m. This figure reveals the transgranular nature of crack extension and indicates that the plastic zone in the vicinity of the crack tip is considerably different from that of the amorphous alloy (see Fig. 4). In the steel, plastic deformation is more homogeneously distributed over a few grains near the crack front, although planar slip is clearly visible. It is this inhomogeneous slip distribution, typical of low stacking fault energy materials, that is responsible for the faceted crack morphology observed near threshold.

Kết quả (Việt) 1:

Kết quả thử nghiệm
gần ngưỡng mệt mỏi crack mức tăng trưởng vô định hình Ni78Sil0B12 bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi R-tỷ lệ. Kết quả thu được từ crack phát triển thử nghiệm nơi này có hiệu lực là nổi bật (tức là da/dN < 10-5 mm/chu kỳ) được hiển thị trong hình 1 r = 0,1 và 0,5. Nó được nhìn thấy rằng ngưỡng căng thẳng cường độ giá trị ΔKTH dưới đây mà không có crack phát hiện tốc độ tăng trưởng tăng lên từ 0.5 MPa m r = 0.1 để 1.0 MPa m r = 0,5. Gần ΔKTH, crack tốc độ tăng trưởng cho R = 0,5 là chậm hơn đáng kể hơn so với R = 0,1 (ví dụ, tại ΔK = 1.5 MPa m bởi một nhân tố của 10). Sự khác biệt giữa các mức tăng trưởng cho các R hai, tỷ lệ giảm bớt với tăng AK. Trên AK = 6phút MPa, crack tăng trưởng tỷ giá trong phạm vi 10 "5-10 ~ 3 mm/chu kỳ đã được tìm thấy để làm theo một mối quan hệ luật sức mạnh của mẫu da/dN = CAK2.2 cho cả hai R-tỷ lệ [29].
để điều tra này R-tỷ lệ có hiệu lực hơn nữa, da/dN vs R-tỷ lệ lô cho 0.1 < R < 0.8 đã được xác định ở các cấp độ AK liên tục (hình 2). Ở AK = 2.5 và 3,5 m MPa, tốc độ tăng trưởng crack là khoảng độc lập của R tại thấp R-tỷ lệ (cách 0.1 ≤R ≤0.2) nhưng giảm sắc nét xảy ra tại R = 0.3. Tại các giá trị lớn của R (≥0.5) tốc độ tăng trưởng sau đó là gần như độc lập của R-tỷ lệ. Nó có thể nhìn thấy rằng các mức tăng trưởng tương ứng với R = 0,1 và R = 0,5 Hiển thị trong hình 1, nằm ở hai bên tỷ lệ tăng trưởng cao và thấp của những đường cong, tương ứng. Sự khác biệt trong tốc độ tăng trưởng giữa những hai R-tỷ lệ làm giảm với tăng AK, từ một yếu tố của khoảng 6 tại AK = 2.5 m MPa để một yếu tố trong khoảng 2 tại AK = 3,5 MPa m. Ở K = 5 MPa m có là hầu như không có giảm tốc độ tăng trưởng crack với tăng R-tỷ lệ.
tại the K cấp điều tra gãy xương bề mặt là vĩ mô vuông góc với trục tải và có mặt trận [29]. Hình 3 cho thấy rằng bề mặt gãy xương của hợp kim tại AK-5 MPa y/m và R = 0.1 cuộc triển lãm sâu răng định kỳ lớn mà đã được sản xuất bởi decohesion bản địa hóa cắt ban nhạc bắt đầu ở mũi của vết nứt tiến. Micrograph SEM của một bản sao metallized trong hình 4 cho thấy một vết nứt mệt mỏi phát triển tại AK-5 MPa m và R = 0,1 và cấu hình của cắt ban nhạc lúc đầu crack. Kích thước của cắt khía cạnh correlates

với giá trị của AK và R-tỷ lệ. Ở liên tục R-tỷ lệ giảm áp dụng AK dẫn đến sự hình thành của các khía cạnh nhỏ hơn. Điều này có thể được nhìn thấy bằng cách so sánh các kích thước khía cạnh tại AK = 3 MPa m và R = 0,1 (hình 5) với những người AK = 5 MPa m (hình 3). Khía cạnh kích thước trở nên nhỏ hơn dần dần với giảm AK cho đến khi dưới đây AK = 1.5 m MPa họ có xu hướng biến mất và gãy xương bề mặt trở thành hầu như bằng phẳng.
Tăng tỷ lệ R tại bất kỳ mức độ nhất định của AK không thay đổi sự xuất hiện mặt cơ bản của bề mặt gãy xương, ngoại trừ tại các giá trị thấp AK khi khía cạnh trở nên nhỏ hơn và tăng trưởng tỷ giá giảm nâng cao R-ratio 0.1 đến 0,5. Giảm trong khía cạnh kích thước với tăng R-tỷ lệ tại nhỏ AK Hiển thị trong hình 6; Tuy nhiên, nó có thể được nhìn thấy rằng ở mức cao AK (nơi crack tốc độ tăng trưởng là độc lập của R-tỷ lệ) không có thay đổi khía cạnh kích thước có thể được tìm thấy ngày càng tăng R.
đầu crack mở displacements (CTOD) tại khác nhau các giai đoạn của một chu kỳ mệt mỏi đã được xác định ở hai AK cấp (2,5 và 5.0 m MPa) cho cả hai R = 0,1 và 0,5. Hình 7 cho thấy các bức ảnh điển hình của một crack cho K = 5 MPa m và R = 0,1; crack là hoàn toàn mở tại K = K tối đa và đóng cửa lúc K = (K 0.2K). Tải ứng dụng vs CTOD lô cho các kết hợp bốn của AK và R-tỷ lệ được thể hiện trong hình 8. Mỗi điểm trên những đường cong đại diện cho giá trị trung bình của CTOD (trên một khoảng cách của 15 μm) cho một mẫu nhất định. Những đường cong chỉ ra rằng CTOD giảm tuyến tính theo tải ứng dụng cho đến khi đạt đến ngưỡng trong CTOD. Điều này tương ứng để crack đóng cửa và tải lúc đóng cửa mà mất xảy ra có thể là một trong hai ở trên tải trọng tối thiểu của mệt mỏi chu kỳ (được nêu như Kmin trên những con số) hoặc tương đương với nó, tùy thuộc vào giá trị của AK và R-tỷ lệ.
các đường cong tăng trưởng crack cho thép không gỉ mẫu vật được thể hiện trong hình 9. Ở mức thấp AK, tốc độ tăng trưởng trong hợp kim này cũng phụ thuộc mạnh vào tỷ lệ R. Tuy nhiên, trái ngược với hợp kim vô định hình, crack tăng trưởng tỷ giá tăng với R-tỷ lệ. Sự gia tăng lớn nhất (bởi một nhân tố của #15) được quan sát thấy tại AK = 12phút MPa khi R-tỷ lệ tăng lên 0.1 tới 0,5. tăng tỷ lệ R cũng giảm AKTH từ 11 MPa m r = 0.1 đến 7 MPa m r = 0,5. Trên AK = 12 MPa m, các đường cong hội tụ với tăng AK và làm giảm tác dụng của R-tỷ lệ.
Hình 10 cho thấy sự thay đổi trong tỷ lệ tăng trưởng với R-tỷ lệ tại AK = 13.3 MPa m. AK này được chọn vì nó tạo ra một tỷ lệ tăng trưởng tại R = 0,1 tương tự như đó (2 x 10-6 mm) mà cho thấy R hiệu quả tối đa trong thủy tinh kim loại. Về việc tăng tỷ lệ R trong khoảng 0,1-0,3, Mức tăng trưởng crack thép tăng về một thứ tự cường độ nhưng sau đó vẫn còn tương đối không bị ảnh hưởng bởi tăng thêm giá trị của R.
các tính năng fractographic sản xuất bằng thép không gỉ tại AK = MPa m được thể hiện trong hình 11 cho hai giá trị của R. Mặt gãy xương bao gồm transgranular crystallographic khía cạnh trong cả hai trường hợp. Hình 12 cho thấy hồ sơ của vết nứt mệt mỏi trên bề mặt mẫu vật cho R = 0,1 tại AK = 13phút MPa. Con số này cho thấy bản chất transgranular của crack mở rộng và chỉ ra rằng khu vực nhựa trong vùng lân cận đầu crack là đáng kể khác với hợp kim vô định hình (xem hình 4). Thép, biến dạng nhựa hơn homogeneously được phân phối trên một vài hạt gần crack trước, mặc dù hai chiều trượt là rõ ràng. Nó là này inhomogeneous phiếu phân phối, điển hình của thấp xếp lỗi năng lượng vật liệu, mà là chịu trách nhiệm về hình thái mặt crack quan sát gần ngưỡng.