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弹簧产生疲惫辉纹的条件及影响因素

弹簧产生疲惫辉纹的条件及影响因素
  
弹簧产生疲惫辉纹的条件及影响因素
  
  显然,疲惫条纹的呈现是有条件的。一般来说,当弹簧裂纹扩展到第二阶段时,只有少量的疲惫条纹。只有少数材料在第一阶段有较薄的产程条纹。在连接处会呈现较少的疲惫条纹,形成过渡区,说明从第一阶段到第二阶段的过渡是逐渐发生的,很难在准确的时基上用公认的尺度来划分这两个区域。大多数材料在弹簧裂纹扩展的第二阶段产生疲惫条纹的原因是材料的性质。应力条件和环境因素有利于疲惫条纹的形成。
  
 。1) 疲惫纹产生的必要条件特殊是疲惫断口上存在疲惫纹所需的材料是什么,疲惫弹簧裂纹尖端必需处于张开的平面应变状况。因此,只有当疲惫截面和疲惫载荷拉应力为直线(即正态断裂)时,才会产生疲惫火花。
  
  图6-34是在重复拉伸应力下断裂的中心切割板样品。不雅察看其横截面的四个区域可以发现疲惫辉光的一些规律。
  
  A) 区域:暗语前缘狭窄是弹簧裂纹扩展的第一阶段,其断裂特征为滑移分离、解理或产物间断裂。
  
  B) 面积:拉应力轴垂直于弹簧裂纹面,处于张开面应变状况,止动面呈现疲惫裂纹
  
  c) 区:拉应力轴与截面交角由90°变为45°,断山特征也表示为由无声辉光型向疲惫火花型+微坑和微坑的过渡。条纹消失,
  
  D) 面积:最后的破碎面积,恒星陨石坑或晶界面的断裂。
  
  各区域的微不雅观特征如图6-34所示。疲惫辉光线仅限于开口型周围的截面。完全封闭的街道表面是一个微坑型。这种现象存在于不同类型的样品和疲惫载荷中。例如,对于圆形光滑试件的反复扭转,随着应力强度因子振幅△K的变化,截面将经历从截止型到正断型的复杂变化。此时,疲惫火花仍局限于正常断裂类型周围的区域:这里还应指出,由于疲惫断裂的宏不雅观断裂面往往不均匀,宏不雅观断裂面与局部小断面的正应力斜率相等,可能不一致。例如,一个带有开口的圆形试样受到反复扭转疲惫,其宏不雅观截面被切断,但许多局部区域是正常断裂。此时,部门正常断裂面上也存在疲惫折痕。
  
  因此,从断裂力学的不雅观点来看,白度作为疲惫裂纹存在的必要条件是弹簧的裂纹尖端必需处于张开平面应变状况。这不仅仅是从宏不雅观的角度。也就是说,整个弹簧裂纹前沿处于平面应变状况。还必需强调的是,在平面应变条件下,局部区域处于应力状况,例如,6-34中的(b)区域是正常的,但在表面周围不会形成疲惫辉光,原因是它靠近样品表面。,不能满足平面应变片。
  
  然而,开平面应变条件只是疲惫火花外形的必要条件,且不是一个充实的承载条件,因此,假如试样满足平面拉伸变形条件,是否形成疲惫模式,需要考虑以下两个因素。
  
 。2) 材料性能与疲惫辉光的关系决定了材料的组成。组织和力学性能因素与疲惫裂纹的存在与否及其形貌之间的关系十分复杂,难以用一般规律来注释。所得成果非常不一致。至于哪些因素是要害因素,目前还没有明确的结论。然而,大量事实证实,塑性材料更轻易形成疲惫,脆性材料更难形成疲惫。例如,对于合金钢,平面应变断裂韧度值Kr越高,也会呈现疲惫辉光陈迹,这可能是由于针尖不同韧性变形的困难所致。
  
  材料的晶体布局和滑移模式对疲惫条纹有很大的影响。例如,锕铜合金的层错能低,不易错动滑移,有利于疲惫条纹的形成。对于体心立方块,铁等金属具有较多的层错能和高滑移系统,轻易错动和滑移,难以形成疲惫条纹。上述现象能否作为一般规律?要走,我们还需要做循序渐进的工作。
  
  晶界在博鳌弹簧裂纹成长过程中起着主要作用:在产物边界处,弹簧裂纹前缘被堵塞,当弹簧裂纹从一个晶粒传到相邻晶粒时,耀斑将再次发生变化。如图6-35所示。
  
  第二相粒子对晶粒庇护作用相似,疲惫火花的数量与钢中碳含量有关。在不同世代钢的大部门断口上,在光滑的断面上发现了稍微弯曲的平行沟槽状辉光线,台阶在碳化物颗粒和片状火屑标的目的上越来越致密。在粗颗粒周围,博罗辉光线弯曲并产生台阶。弹簧裂纹扩展的前线在轻碎屑中!周边加固区域被封堵。这可能是造成图案弯曲的主要原因。
  
 。3) 环境能源
  
  环境因素,如环境气体、湿度和腐蚀性介质,将以一种不凡的方式影响疲惫纹的存在和形式,而不管其程度如何。但目前这方面的研究还不够。
  
  一些材料在真空度上与它们在空气中的破碎外形有显著差异,例如铝金。疲惫条纹轻易在空气中呈现,但在真空中看不到疲惫条纹,如图6-36所示。2024-T3铝合金试样在真空和空气中交替进行疲惫试验时的断裂。(a) 图为宏不雅观断裂,空气中呈黑色,真空中呈白色。(b) 这张照片是一张微不雅观照片。边缘的表面形成于真空,不是只是没有劳动辉光,甚至很难发现疲惫断裂的其他特征,但不才面空气中形成的表面有明显的疲惫辉光。
  
  有些材料在真空中也像在空气中一样。例如,MAR-M260单晶在真空中的断裂可以看到明显的疲惫辉光,见图6-37
  
  据报道,在色情气体环境和真空中,辉光线很难不雅察看到,da/dN变为更小。英寸别的,在盐水腐蚀环境下,弹簧垂直裂纹的断裂标的目的往往呈现舌状和河状。对于脆性辉光线,当da/dN增大时,由辉光线间距得到的da/dN与实际弹簧裂纹扩展速率不一致。
  
  在氧气和水蒸气中,da/dN与空气压力有关,存在一个da/dN突变的临界压力。如图6-38所示,显示了316不锈钢的氧气压力与da/dN之间的关系。
  
  有一个明显的临界压力。当高于临界压力时,da/dN急剧增加:在氢气中,da/dN也随着产量的增加而增加,但没有明显的临界压力。
  
  混合气体对疲惫的影响取决于先吸附哪种气体。图6-39显示了不同气体环境下HY180钢的弹簧裂纹扩展速率。这种情况下的断裂具有腐蚀和疲惫的双重特征。
  
  环境温度也是一个主要因素。图6-40说明了温度对da/dN的影响。当然,它也会影响疲惫辉光的存在和外形。65%Ni-33%Cu合金在273°K摆布也有不异的趋势,其沿晶断裂可达60~70%。

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