Циклическое нагружение полимеров при высоких частотах и/или больших нагрузках может приводить к локальным перегревам пластмассы. Поэтому причиной разрушения может стать скорее размягчение материала, нежели процессы, типичные для усталости.
Процесс усталостного разрушения можно разделить на три различные этапа:
- Инициирование образования трещины, когда небольшая трещина образуется в местах наибольшей концентрации напряжения
- Распространение трещины, когда увеличение трещины происходит постепенно ступенями, соответствующими каждому циклу деформирования
- Конечная стадия, которая состоит в очень быстром развитии трещины, достигшей критической длины, и завершается разрывом образца.
Трещины, которые приводят к усталостному разрушению, почти всегда возникают (или зарождаются) на изделии в некоторой точке, в которой концентрация напряжений максимальна. Это может происходить в местах, где имеются царапины, острые переходы, шпонки, волокна, вмятины или что-то подобное.
Распространение трещины после литья пластмасс под давлением
Область поверхности разрыва, которая образуется в процессе распространения трещины, характеризуется отметками двух типов, которые называют выступами и бороздками. Эти метки соответствуют положению вершины растущей трещины в различные моменты времени. Они образуют концентрические дуги вокруг места (или мест) зарождения трещины. Часто эти дуги замыкаются в полные окружности или образуют полукруги.
Выступы (также часто называемые «зубцами грейфера») имеют макроскопические размеры и могут наблюдаться невооруженным глазом. Однако бороздки, появляющиеся на поверхностях разлома, имеют микроскопические размеры. Их удобно исследовать электронным микроскопом.
Хотя выступы и впадины, образующиеся на поверхностях разлома при усталостном разрушении, выглядят сходным образом, их природа различна. Они также различаются по размерам: между двумя соседними выступами помещаются тысячи бороздок.
Пластические деформации и хрупкость пластмасс
Причина усталостного разрушения часто может быть выявлена из исследования поверхности разлома:
- Присутствие выступов и бороздок на этой поверхности свидетельствует, что разрушение наступило вследствие усталости
- Отсутствие этих характерных отметин еще не исключает усталость как возможную причину разрушения
- Выступы и бороздки не появляются в той области, в которой разрушение происходило быстро.
На поверхности разлома можно обнаружить свидетельства пластических деформаций, которые отсутствуют при хрупком разломе.