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压缩弹簧裂纹的阶段

发布时间:2021/01/12 点击量:

  在分析压缩弹簧疲劳断裂宏观断口形貌时,将其分为三个区域:压缩弹簧疲劳源、裂纹扩展和瞬时断裂。但有人指出,宏观上已知的压缩弹簧疲劳源区实际上包括裂纹在1mm以下的扩展过程。裂纹形核后,扩展到十分之几毫米的过程具有不同于随后裂纹扩展的特征。

  因此,在对压缩弹簧疲劳断裂的微观分析中,根据裂纹产生到断裂的微观特征,将整个过程分为四个阶段:裂纹萌生阶段、微裂纹扩展阶段、宏观裂纹扩展阶段和瞬时断裂阶段。裂纹的萌生是局部剪应力作用的结果。在更大剪应力作用下,材料表层的位错运动将形成个小的滑移带,滑移带的高度约为10-7cm。疲劳应力越大,滑移带数量越多,滑移带高度越大,这些滑移带之后将成为疲劳裂纹萌生的区域。在反复荷载作用下,相邻滑移面将产生反向滑移,疲劳滑移带将在压缩弹簧表面形成沟槽和隆起。这些槽和脊的形状可以是锯齿形或平滑的圆形褶皱。如果有许多平面滑动,产生的条纹是浅而波浪状的。相反,只有少数紧密排列的平面在滑动,形成明显边界的间隙屏障。在某些情况下,您可以看到由反向滑动引起的定义良好的挤压区,并且通常可以在这些挤压区中看到无休止可检测的滑动区裂纹。这些滑移带裂缝很可能是反向滑移引起的侵入带。如果侵入区形成,它将通过反向滑动作用而变深,这种扩展构成金属疲劳寿命的主要部分。


  压缩弹簧表面缺陷或材料内部缺陷都起到尖锐缺口的作用,促进应力集中,并促进疲劳裂纹的萌生。对实际构件疲劳断裂裂纹核心区的研究,主要是找出是否存在此类裂纹萌生缺陷,并确定其在裂纹形核中的作用,提出去除此类缺陷的方法。

  疲劳裂纹如果萌生,普遍会沿与更大剪应力方向很为相同的滑动面向内扩展。只要毛发图案的膨胀沿滑动面进行,膨胀机理是相同的。这是微观裂纹扩展,通常被称为裂纹扩展的阶段。普遍来说,阶段的裂纹扩展深度很浅,从十分之几到1毫米不等。只有镍基高温合金的疲劳破坏才能有更深的扩展,甚至可以占到整个断裂的75%以上。因此,对高温合金阶段断裂的微观特征研究较少。

  裂纹在阶段扩展到部分长度后,由于裂纹的主应力作用,将偏离其滑动路径,向大致与更大法向应力方向相同的方向扩展,即宏观裂纹扩展开始,通常称为疲劳裂纹扩展的第二阶段。

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