疲劳裂纹论文33412.wps
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1、材料疲劳裂纹产生及其预防措施材料疲劳裂纹产生及其预防措施 姓名:李扬 金材082 班 材料科学揭示,由于制造过程中存在不可避免的缺陷,材料中的微裂纹总是存在的,特 别是在焊缝和一些材料薄弱环节。 这些微裂纹在交变应力作用下扩展和聚合,形成宏观裂纹, 宏观裂纹的进一步扩展导致最后的破坏。 疲劳破坏的微观过程是个极其复杂的过程,在宏观 上一般来说可分为三个阶段:裂纹的萌生、裂纹的稳定扩展及裂纹的失稳扩展。 1.1.疲劳裂纹疲劳裂纹产生产生 疲劳裂纹在表面处成核,是由最大剪应力控制的,这些微裂纹在最大剪应力 方向上。 在单轴加载条件下,微裂纹与加载方向大致呈 45 度方向。 在循环载荷的 继续作用下
2、,这些微裂纹进一步扩展或互相连接。 其中大多数微裂纹很快就停止 扩展,只有少数几条微裂纹能达到几十微米的长度。 此后逐渐偏离原来的方向, 形成一条主裂纹而趋向于转变到垂直于加载方向的平面(最大拉应力面)内扩展。 裂纹由滑移面向最大拉应力面的转变称为裂纹从第一阶段扩展向第二阶段扩展 的转变。 随着循环拉应力的增大,裂尖材料由于高度的应力集中而发生塑性屈服 材料沿最大剪应力方向产生塑性滑移。 循环拉应力进一步增大,滑移区扩大使裂 尖钝化而呈半圆形,此时裂纹尖端己向前移动。此后进入卸载循环。在循环加载 时,由于滑移,在裂尖形成一个塑性区,塑性区外的材料只有弹性变形。 卸载后 弹性变形要恢复,而裂尖已
3、发生塑性变形的材料却不能协调地收缩,故形成了 压缩应力作用在塑性区上。 在裂尖处这种压应力值可以很大,甚至能够超过屈服 极限而使裂尖材料发生反向塑性变形,滑移反向,裂纹上下表面间距离缩小。 但 是,加载时裂尖塑性钝化形成的新的裂纹面却不能消失,它将在压应力的作用 下屈曲失稳,而在裂尖形成双凹槽形。 最后在循环最大压应力作用下又形成了一 个裂纹尖,但长度已经增加了。 下一个循环开始,裂纹又张开钝化扩展锐化,重 复上述过程。这样断口裂纹面上就留下了一条痕迹,即为疲劳条纹。 2 2 从微观机制说明从微观机制说明影响疲劳影响疲劳裂纹裂纹的因素的因素及其防治方法及其防治方法 1 1 1从循环应力方面从循
4、环应力方面 直接观测表明,在循环应力作用下,疲劳裂纹尖端附近产生明显的塑性滑移 带。 当经过一定的循环周次后, 循环塑性变形累积造成裂纹尖端局部损伤, 形 成微裂纹和微孔洞(图1)。 图1 当累积损伤达到某一值时, 将突发一个小裂纹, 它穿过裂尖附近最严重的 损伤区, 向前扩展一段距离,并停止于损伤区外缘的塑性区内 随后的应力循 环又在新的裂纹尖端产生损伤区, 并在经历一个与上面相同的过程后,使裂纹 穿过损伤区进一步扩展。因而,观察到的裂纹扩展过程是突跃进行的, 它是一 个断续的扩展过程。同时看到,裂纹微观上并不是一条直线,而是锯齿形的(图 2) 图2 形成锯齿形扩展路径的原因,与裂纹扩展过程
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