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压缩弹簧疲劳裂纹的出现

发布时间:2021/03/18 点击量:

  疲劳裂纹在金属材料上产生的形式是多种多样的。有些疲劳裂纹是在金属晶体表面、晶界或者是在金属内部非金属夹杂物与基体交界处产生的;有些疲劳裂纹是在金属表面上的划伤、焊接裂纹、腐蚀小坑、锻造、脱碳等有些缺陷处产生;有些疲劳裂纹是产生在因零件的结构形状而造成的应力集中处。因为材料本身结构以及工作环境的不同,疲劳裂纹产生的方式也不同。普遍来说,疲劳裂纹有以下三种主要产生方式:

  1、夹杂物与基体界面开裂在部分的交变应力作用下,应力水平较低(高周疲劳)时,存在于金属材料中非金属夹杂物和第二相质点,就有可能发生断裂或与基体界面发生分离,这样就形成了疲劳裂纹。夹杂物的断裂不是疲劳裂纹萌生的决定性因素,夹杂物在这里的主要作用是促进滑移带裂纹的萌生。夹杂物或其二相的性质和尺寸影响着滑移带的萌生。夹杂物的尺寸越大,分布越不均匀,它所引起的应力集中也就越严重,对裂纹的萌生产生的影响也就越大。


  2、滑移带开裂对于普遍韧性金属的无裂纹光滑试样,其疲劳裂纹是由材料内部的晶粒滑移而产生的。在更大剪应力作用平面内组成金属的某些晶粒的取向,很容易产生滑移,然而其滑线的分布方式却是不均匀的,仅出现在局部区域,原有的滑移线的滑移量随着疲劳过程的进行不断的增大,出现组成滑移带的新挨着的滑移线。随着滑移带的不断地加深加宽,在表面出现“侵入沟”和“挤出带”。有些材料的表面经过高度的抛光后没有应力集中,但是在较高循环应力的作用下,滑移带还是能够形成的。裂纹源就是由这些侵入沟和挤出带形成的。

  在变应力的作用下表面没有缺陷的试件内部因相互的作用力发生了滑移,使晶格发生扭曲,造成晶粒的破裂,如果这种交变应力持续作用,这种现象就会不断出现,持续到使材料表面某处失去塑性变形的能力从而导致疲劳裂纹源的形成,也就是疲劳裂纹成核。金属表面从开始滑移持续到疲劳裂纹成核,这个过程是疲劳过程的阶段。当疲劳裂纹生长到部分的长度以后,就会使方向逐渐改变,之后就会沿着与压缩应力成垂直的方向生长,此过程就是裂纹扩展阶段,也就是疲劳过程的其二阶段。

  3、晶界开裂当材料处于高温情态状况下,滑移带到达晶界上就会受阻,然而在这种情况下疲劳继续滑行,就会引起滑移带在晶界上的应变不断的增加,在晶界前造成位错塞积。当位错塞积形成的应力达到理论断裂强度时,就会引起晶界开裂并形成裂纹。

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