玻璃的表面接触损伤评价

璃等典型脆性材料，压痕损伤表现为一个环形表面 裂纹，当载荷略大于临界载荷，这种赫兹裂纹会向 深处以喇叭状发展并形成裂纹分叉。图26-9所示 为一个直径5mm的陶瓷小球在普通玻璃上球压接 触时临界载荷U)与超临界载荷（b)的表面压痕 损伤形貌。不像维氏压痕或努氏压痕会产生表面缺 陷，球接触压痕在临界载荷以下的弹性范围内不导 致任何损伤，而且具有解析的应力分析理论。

由于脆性材料的断裂主要由拉应力引起，因此

对于脆性的玻璃，当压痕应力达到一个临界时将在压痕周边产生一个环形小裂纹，其压痕几乎不 产生塑性变形，在压痕应力超出临界值时在玻璃表面产生一个环形裂纹，从而造成表面损伤。这 种损伤随载荷增大而加重。图26-10显示了不同接触载荷产生的压痕形貌。一个值得注意的现象 是环形裂纹产生时刻的接触环上，径向拉应力往往远大于材料的抗拉强度。这使得人们无法用这 种压痕方法直接来测试材料的抗拉强度，也使普通的强度理论用于分析这种压痕开裂时出现矛 盾，这是一个至今使强度工作者感到困惑的问题。这可能是由于应力梯度对强度的影响。研究表 明，应力变化梯度越大，破坏时的应力峰值就可达到越高。例如脆性材料裂纹尖端的应力峰值可 以远高于材料的强度值而不断裂。压痕环表面的拉应力虽然很高，但往深度方向急剧下降并变成 负值。计算显示玻璃试样接触环的径向应力（压球直径为6mm)在距表面仅为0.01mm深处就 已经衰减到表面应力的1/7左右了，再往深处就变为负值（压应力），可见应力梯度非常大。玻 璃的表面接触损伤对强度和冲击阻力的影响很大，所以应保持玻璃表面的完整和干净。