Very high cycle fatigue (VHCF) is fatigue caused by the growth of an internal fatigue crack in materials under stresses below the standard fatigue limit and number of cycles beyond 107. The fracture surface of steels and alloys after VHCF can be divided into distinct zones, such as the fine granular area (FGA) and the so-called “fisheye”. Differences in the morphology of the crack surface can be numerically estimated by the roughness parameter. Murakami Y. et al. showed that the magnitude of the linear roughness Ra is proportional to the stress intensity factor, whereas Shiozawa K. et al. measured Ra within the FGA and fisheye. Stanzl-Tschegg S. et al. revealed presence of the smooth area (SA) between the FGA and the fisheye. The aim of this work is the quantitative fractographic analysis of this smooth area, which was not reported in the literature so far. Hardened and nitrided specimens of 42CrMo4 steel were used for ultrasonic fatigue testing under symmetric loading conditions ( R =-1) at a resonant frequency of 19.5 kHz. Fracture surfaces after fatigue failure were examined by scanning electron microscopy (SEM) and confocal laser scanning microscopy (CLSM). Smooth area was experimentally defined as a fatigue crack zone between the FGA and the fisheye. This zone is characterized by (i) visual smoothness and (ii) minimal values of the surface roughness parameters: Sq =4.15 μm (roughness), S'q =0.60 μm (microroughness) and Rs =1.02 (normalized surface area). It has been established that the SA is the result of the propagation of an internal fatigue crack at the stage preceding the stage of a stable crack growth.
Гигацикловая усталость (ГЦУ) - явление усталостного разрушения при напряжениях ниже классического предела усталости, возникающее при количестве циклов ≥107 вследствие роста внутренней усталостной трещины. Поверхность разрушения сталей и сплавов при ГЦУ разделяется на зоны, такие как мелкозернистая область (МЗО) и так называемый «рыбий глаз» (РГ). Различие в морфологии поверхности трещины можно численно оценить по параметру шероховатости. Y. Murakami и соавторы показали, что величина линейной шероховатости Ra пропорциональна коэффициенту интенсивности напряжений, тогда как K. Shiozawa и соавторы измерили Ra в МЗО и РГ. S. Stanzl-Tschegg, B. Schönbauer обнаружили промежуточную гладкую область (ГО) между МЗО и РГ. Однако количественный фрактографический анализ этой зоны не проводился, что и стало целью настоящей работы. Закаленные на мартенсит и азотированные образцы стали 42CrMo4 были испытаны циклически при симметричном нагружении ( R =-1) на резонансной частоте 19,5 кГц на машине для ультразвуковых усталостных испытаний (УЗУИ). Поверхности разрушения были проанализированы с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (КЛСМ). ГО была экспериментально выявлена как зона усталостного разрушения между МЗО и РГ, характеризующаяся визуальной гладкостью, а также минимальными численными значениями параметров поверхностной шероховатости: Sq =4,15 мкм (шероховатость), S‘q =0,60 мкм (микрошероховатость) и Rs =1,02 (характеристическая площадь поверхности). Установлено, что гладкая область является результатом распространения внутренней усталостной трещины на стадии, предшествующей стадии стабильного роста трещины.