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阐发弹簧疲惫断裂定量方法1

阐发弹簧疲惫断裂定量方法1
  阐发弹簧疲惫断裂定量方法
  
  操作构件的弹簧疲惫寿命Nf来描述其断裂前的弹簧疲惫载荷循环次数。Nf包罗弹簧疲惫裂纹形成寿命Nf和弹簧疲惫裂纹扩展寿命Np。实际上,Nt包罗裂纹萌生期和微不雅观裂纹扩展期(第一阶段扩展)Np。它包罗宏不雅观裂纹扩展周期(第二阶段扩展)和瞬态破裂周期,瞬态破裂周期只有几个周期,非常短。裂纹形成寿命Nt和扩展寿命Np在总弹簧疲惫寿命中所占的比例随材料、构件外形和表面质量、加载方式和使用条件的不同而有较大差异。一般来说,当压力低(高周期弹簧疲惫),没有应力集中或应力集中不强烈,表面质量良好,没有不良的环境条件下,裂纹形成寿命倪占总数的很大一部门生活Nf,甚至超过总数的80%的生活,当应力程度高(低循环疲惫),应力集中是强烈的,表面粗糙或有缺陷,环境恶劣,Nt的比例,Np也是主要的。Nt对于裂纹体几乎为零。Nf几乎等于Np。
  
  图6-21为低循环范围内裂纹扩展寿命Np与总弹簧疲惫寿命Nf的关系。
  
  从图中可以看出,Nf越低,Np越接近Nf。在非常低的Nf下,Np和Nf几乎相等。
  
  由于裂纹扩展过程在弹簧疲惫破坏过程中占有主要的位置,因此其信息量大,对失效阐发和设计指导非常有用。人们对弹簧疲惫裂纹扩展的两个阶段的特征进行了深入的研究。本章主要介绍这两个阶段的断裂微不雅观特征,并简要介绍弹簧疲惫断裂的定量阐发方法。
  
  瞬时断裂带的微不雅观特征与静载下的尖齿试样断口相似,可能是穿晶断裂,也可能是微坑剪切断裂,也可能是沿晶断裂或其混合新裂纹。
  
  1. 一期的电子显微镜形态学断裂的弹簧疲惫裂纹增长正如上面提到的,对于大多数实际工程材料,第一阶段的规模扩张区和断裂的比例非常小,只有铝单晶铜、弥散强化镍(TD-Ni)和其他材料有更大的一期扩张区域。因此,对第一阶段扩展断口形貌微不雅观特征的研究相对较少,现有研究大多局限于上述材料和镍基高温合金。
  
  庇护断裂的第一阶段十分复杂,它取决于不同的微裂纹扩展机制。在不同的材料组织布局、不同的平均应力程度和不同的环境条件下,其断裂的微不雅观特征会有很大的差异。从宏不雅观上看,大致有两种类型的平面截面和平行之字形截面:
  
  1. 平的部门。这种截面外形平坦,宏不雅观变化不大,往往具有较强的反射能力。图6-22为铝合金与镍基铸造高温合金第一阶段平板断裂照片。裂纹沿晶粒中的滑移面严格扩展,形成非常平坦光滑的表面。当它碰到晶界时,它的标的目的可能会略有改变。
  
  x射线阐发证实,图6-22中的平面截面,无论是铝合金还是高温合金,都是(111)平面,即面心立方金属的滑移面。第一阶段的膨胀主要是滑移。它可以是持续滑移,也可以是沿滑移面滑移标的目的的不持续延伸。此时,弹簧疲惫裂纹只有2 ~ 5个晶体。晶粒的长度,与主拉伸轴成45°角。
  
  不同的材料,在不同的条件下,平面截面的微不雅观特征是不同的。除了划痕外,许多材料的许多平段几乎看不到任何不凡的特征。平截面的材料,如β黄铜和TD-Ni有时留一些弹簧疲惫辉纹的微不雅观特征阶段的扩张,和只有少数材料在平面显示显著的微不雅观特征截面的第一阶段。
  
  图6-23是Mar-M200弹簧疲惫裂纹扩展第一阶段的典型照片。通过对镍基高温合金和LUlimct700合金的研究发现,第一级扁平截面不仅具有较大的面积,并且具有微不雅观的断口形貌。主要有以下特点:
  
 。1) 有类似于劈理裂缝的河流和台阶。这个解理面可以占据整个断裂的3/4。不服行于“解理面”的两组111;平面上的二次裂纹导致台阶状形貌。
  
 。2) 存在滑移线和弹簧疲惫模式。“解理”面的另一个主要特征是,在台阶60°角处有许多平行的小滑移线。如图6-24(a)所示,有时该滑移线也呈现人字字形,如图6-24(b)中AB线所示。
  
  除滑移线外,在离立区稍远的城市靠近裂纹源处,常有明显的弹簧疲惫陈迹,见图6-25。宽约0.1~0.4um。当穿过脆性夹杂时,弹簧疲惫条纹宽度增大,裂纹条纹族(一组平行条纹族)具有不同的取向。弹簧疲惫辉光的存在注解,在弹簧的疲惫载荷作用下,弹簧疲惫裂纹扩展的第一阶段是迟缓的,而不是忽然快速的扩展。
  
 。3) 有“舌头”样的图案。在平坦的剖面上,可以看到类似于体心立方劈理的“舌头”,如图6-24(b)所示。该“舌”是由于裂纹扩展标的目的远离主裂纹面111}而扩展的成果。它通常有等腰三角形的外形。

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