On the interpretation of the fractal character of fracture surfaces (original) (raw)

1990, Acta Metallurgica et Materialia

To examine the usefulness of the fractal concept in quantitative fractography, a series of classical fracture surfaces, namely transgranular cleavage, intergranular fracture, microvoid coalescence, quasicleavage and intergranular microvoid coalescence, are analyzed in terms of fractal geometry. Specifically, the five brittle and ductile fracture modes are studied, from three well characterized steels (a mild steel, a low-alloy steel and a 32 wt% Mn-steel) where the salient microstructural dimensions contributing to the final fracture morphology have been measured. Resulting plots of the mean angular deviation, and Richardson (fractal) plots of the lineal roughness, as a function of the measuring step size, are interpreted with the aid of computer-simulated fracture-surface profiles with known characteristics. It is found that the ranges of resolution, over which the fractal dimension is constant, correspond to the pertinent metallurgical dimensions on the fracture surface, and thus can be related to microstructural size-scales Rrsumr--Afin d'rvaluer l'utilit6 du concept de fractal dans la fractographie quantitative, une srrie de surfaces de rupture classiques--par clivage transgranulaire, rupture intergranulaire, coalescence de microcavitrs, pseudoclivage et coalescence de microcavitrs intergranulaires--sont analysres en fonction de la grom6trie fractale. On &udie plus particuli&ement ces cinq modes de ruptures ductiles et fragiles dans trois aciers bien connus (un acier doux, un acier faiblement alli6 et un acier d 32% en poids de mangand~) o~ l'on a mesur6 les dimensions microstructurales essentielles qui contribuent ~i la morphologie finale de rupture. On interprdte los courbes qui en rrsultent pour la drviation angulaire moyenne, et les courbes de Richardson (de fractal) de la rugosit6 linraire d l'aide de profils de surfaces de rupture simulres par ordinateur d partir des caractrristiques connues. On trouve que les domaines de rrsolution pour lesquels la dimension du fractal est constante correspondent aux dimensions m&allurgiques approprires sur la surface de rupture, et peuvent done 6tre relirs fi des 6chelles de taille microstructurales.