Vết nứt do mỏi kim loại, giống như các loại vết nứt do kim loại khác, mang nhiều thông tin về quá trình gãy. Nó cung cấp manh mối về nơi vết nứt bắt nguồn, nó lan truyền như thế nào và cuối cùng nó bị gãy như thế nào. Hình thái trên bề mặt gãy xương bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như tính chất vật liệu, điều kiện ứng suất, mức độ ứng suất và các yếu tố môi trường. Vì vậy, phân tích đứt gãy do mỏi là một trong những phương pháp chính để nghiên cứu phá hoại do mỏi.
Một vết nứt mỏi điển hình thường bao gồm ba vùng: nguồn gốc mỏi, vùng lan truyền mỏi và vùng gãy cuối cùng. Xem Hình 1.
Hình 1
Nguồn gốc mệt mỏi
Nguồn gốc mỏi là khu vực bắt đầu xuất hiện vết nứt mỏi. Nó thường nằm ở những điểm yếu của một bộ phận, chẳng hạn như vết trầy xước bề mặt, hư hỏng cơ học, vết ăn mòn, khu vực thay đổi mặt cắt ngang đột ngột hoặc các khuyết tật luyện kim bên trong như vết nứt, tạp chất giòn, sự phân tách, độ xốp, v.v.
Trên bề mặt vết nứt mỏi có thể có một hoặc nhiều nguồn gốc mỏi. Ví dụ, trong trường hợp uốn lặp đi lặp lại, có thể có hai nguồn gốc mỏi do uốn hoặc trong môi trường ăn mòn, mỏi do ăn mòn có thể dẫn đến nhiều nguồn gốc.
Hệ số tập trung ứng suất hoặc mức độ ứng suất xen kẽ càng cao thì số lượng điểm gốc mỏi trên bề mặt đứt gãy càng lớn. Hình 2 cho thấy một vết nứt do mỏi đa nguồn gốc.
Hình 2
Vùng lan truyền vết nứt mỏi
Vùng này là vùng lan truyền vết nứt dưới tới hạn và là vùng phức tạp và giàu thông tin nhất của bề mặt vết nứt. Các đặc điểm của vùng này là chìa khóa trong việc xác định liệu gãy xương có phải là kết quả của sự mệt mỏi hay không. Đặc điểm phổ biến nhất là sự hiện diện của các "dấu vết bãi biển" có thể nhìn thấy được dưới độ phóng đại thấp và các vết mỏi (còn được gọi là dấu hiệu lan truyền mỏi) có thể nhìn thấy dưới độ phóng đại cao. Tuy nhiên, một số bề mặt gãy có thể thiếu các đặc điểm này và thay vào đó thể hiện các đặc điểm mịn, bóng, giống gốm, các dấu hiệu biến dạng đùn hoặc các dấu vết giống như lốp xe, cùng nhiều đặc điểm khác. Các đường truyền lan truyền mỏi có thể được nhìn thấy trong Hình 3.
Hình 3
3.Vùng gãy xương cuối cùng
Vùng này là nơi vết nứt lan truyền nhanh và không ổn định. Trong giai đoạn phát triển vết nứt siêu bền, vết nứt mỏi mở rộng dần dần theo từng chu kỳ ứng suất, nhưng tốc độ phát triển tương đối chậm và tuân theo một mô hình nhất quán hơn, có thể dự đoán được. Tuy nhiên, một khi vết nứt đạt đến kích thước tới hạn, nó sẽ tăng tốc nhanh chóng, dẫn đến vết nứt cuối cùng. Vùng này đánh dấu sự chuyển đổi từ sự phát triển vết nứt ổn định sang vết nứt nhanh chóng.
Khi chiều dài vết nứt tiếp tục tăng, khi đạt tới kích thước tới hạn c, nồng độ ứng suất tại đầu vết nứt trở nên đủ lớn để vượt quá độ bền đứt gãy của vật liệu. Lúc này vết nứt trở nên mất ổn định và lan truyền nhanh chóng. Phần nguyên vẹn ở phía trước vết nứt gần như bị gãy ngay lập tức.
Bề mặt vết nứt ở vùng gãy cuối cùng tương đối gồ ghề và vì nó đại diện cho điểm gãy cuối cùng nên nó thường có màu sáng hơn. Vết nứt ở khu vực này về cơ bản tương tự như vết nứt do tải trọng tĩnh. Đối với vật liệu giòn, cấu trúc vi mô thường thể hiện các đặc điểm phân cắt, trong khi đối với vật liệu dẻo, cấu trúc vi mô thể hiện các đặc điểm đứt gãy lúm đồng tiền.
Vùng đứt gãy cuối cùng thường nằm ở phía đối diện với gốc mỏi. Tuy nhiên, nếu vật liệu chịu uốn quay, vị trí của vùng đứt gãy cuối cùng sẽ bị dịch chuyển một góc nhất định theo hướng ngược lại với chiều quay.
