Fatigue crack growth from indentation flaw in ceramics

The indentation crack has been used as a model of surface flaw in the strength tests of ceramics. In evaluation of such strength properties, some attention should be paid to the residual stress effect due to indentation. In this study, fatigue crack growth behavior from indentation flaws was investigated in sintered silicon nitride and alumina. In both materials, a V-shaped behavior was observed in the relation between the maximum stress intensity factor and the crack growth rate. The indentation crack was analyzed using fracture mechanics procedure to take account of the residual component. On the basis of the analysis, an effective stress intensity factor for crack growth was successfully evaluated. The growth rate was correlated to the effective stress intensity factor, and the relation was found to be approximated by a power law equation. The fatigue crack growth property obtained as above was applied to an estimation of fatigue life of specimens without artificial flaws. The flaw size effect was also discussed based on the result.

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Résumé On utilise une fissure d'indentation comme modèle de défaut de surface dans les essais de résistance des céramiques. Au cours de l'évaluation de telles propriétés, il faut accorder quelqu'attention à l'effet de contrainte résiduelle associée à l'indentation. Dans cette étude, on a examiné le comportement de croissance d'une fissure en fatigue à partir de défauts d'indentation dans du nitrure de silicium et dans de l'alumine frittés. Dans les deux matériaux, on a observé un comportement en formed de Vé dans la relation entre le facteur d'intensité de contraintes maximum et la vitesse de croissance de la fissure. La fissure d'indentation a été analysée à l'aide d'un protocole de mécanique de rupture pour tenir compte de la composante résiduelle. Sur base de l'analyse, un facteur d'intensité de contrainte effectif pour la croissance d'une fissure a été évalué avec succès. On a établi une corrélation entre la vitesse de croissance et le facteur d'intensité des contraintes effectif, et on a trouvé que cette relation pouvait être rendue de manière approchée par une loi parabolique. On a appliqué les propriétés de croissance des fissures de fatigue obtenues comme ci-dessus à l'estimation de la vie en fatigue d'éprouvettes ne comportant pas de défauts artificiels. On discute également de l'effet de la taille du défaut en se basant sur le résultat de l'étude.