sb对zl101铸造铝合金低周疲劳性能的影响

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1、第１章绪论移带名称的来源。驻留滑移带的出现，标志着疲劳损伤已经开始。电镜观察表明，驻留滑移带的位错结构是由一些刃位错组成位错墙，位错墙的位错密度很高，而位错墙之间的地带，位错密度很低，那里可自由变形，变形几乎都局集在这些地区，这样循环变形的不断重复，在表面形成了许多峰与谷，这就叫做挤出带和浸人沟，很多人认为浸入沟就象很尖锐的缺口，应力集中很高，疲劳裂纹就在该处萌生。（２）疲劳裂纹的扩展当在表面形成显微裂纹之后，裂纹萌生阶段便告结束。裂纹扩展分为两个阶段。第一阶段是沿着最大切应力的滑移平面，和拉应力方向成４５。向前扩展，这时的裂纹在表面原有多处；但大多数显微裂纹较早地就停

2、止扩展，呈非扩展裂纹，只有少数几个可延伸到几十个微米的长度，亦即约２～３个晶粒尺寸的范围。当长度再增加，裂纹便转向和拉应力方向垂直，这就是裂纹传播的第二阶段。在第二阶段通常只有一个裂纹扩展。裂纹从第一阶段向第二阶段转变的快慢，决定于材料和应力幅两个因素。在一般材料中，第一阶段都是很短的，而在一些高强度镍基合金中，第一阶段可长达毫米的数量级，有时甚至只有第一阶段。应力幅较低时，第一阶段便较长。虽然裂纹扩展第一阶段的长度甚短，但扩展速率却非常缓慢，所以在光滑试样中，第一阶段所消耗的循环周次可以占整个疲劳寿命的大部分。相反，在尖锐缺口的试样中，第一阶段则小到几乎可以忽略，整个

3、的疲劳裂纹传播就是第二阶段。裂纹的第一阶段扩展是由切应力分量控制的，而第二阶段则由拉应力控制。在室温和没有腐蚀介质的情况下，疲劳裂纹通常是穿晶的。第二阶段中可观察到疲劳条纹，这是裂纹扩展的直接证明。但有几个概念应该明确：①必须把宏观的疲劳断口中显示的海滩状或贝壳状条纹和电子断口金相中观察到的疲劳条纹区别开来。②在第一阶段中我们通常看不到疲劳条纹，但这并不等于说疲劳条纹只是第二阶段的固有特征。③疲劳条纹在塑性好的材料如铜、铝、不锈钢中可以显示得很清楚，但对高强度钢便不容易看到，或只看到一部分。通常疲劳裂纹传播有两种方式，在塑性材料中显示出疲劳裂纹，在脆性材料中则呈解理台阶

4、。④疲劳条纹明显地取决于试验环境。３第ｌ章绪论在塑性材料中，疲劳裂纹的传播一般都引用Ｌａｉｒｄ的裂纹张开一钝化一变锐的模型，如图１．１所示。ｔ？，ｋ㈣半ｂ一｛ｄＩ丰乇一ｔｅ，丰乇一霸纛图卜１Ｌａｉｒｄ疲劳裂纹扩展模型的示惹过程图１．１中（ａ），在交变应力为零时裂纹闭合，这是在开始一循环周次时的原始状态。当拉应力增加，图（ｂ），裂纹张开，在裂纹尖端沿最大切应力方向产生滑移。随着拉应力继续增大到最大值时，图（ｃ），裂纹张开至最大，塑性变形的范围也随之扩大，图中两个同号箭头之间的距离，即表示裂纹尖端的塑性变形范围。由于塑性变形的结果，裂纹尖端的应力集中减小，裂纹尖端钝化。理想

5、状态是假定裂纹尖端张开呈半圆形，这时裂纹便停止扩展。当应力变为压缩应力时，滑移方向也改变了，裂纹表面逐被压缩，见图（ｄ）。到压缩应力为最大值时，见图（ｅ），裂纹便完全闭合，又恢复到原始状态。循环一周中裂纹扩展的距离，便是裂纹扩展的速率。从图中可以看出，裂纹扩展主要是在拉应力的半周内，在压应力下裂纹是很少扩展的。（３）疲劳裂纹扩展速率疲劳裂纹扩展速率是指力循环一次的疲劳裂纹扩展量。我们通常用三点弯曲单边切口试样，在固定应力条件下测定疲劳裂纹扩展速率。先对试样表面进行抛光，然后借装置在高频疲劳试验机上的显微镜，直接读出经过一定循环周次Ｎ时的裂纹长度ａ，作出ａ和Ｎ的关系曲线，

6、如图１．２。４第１章绪论图卜２应力水平与裂纹长度对裂纹扩展速率的影响由图１．２可见，裂纹扩展速率ｄａ／ｄＮ和应力水平及裂纹长度有关。１９６３年Ｐａｒｉｓ首先把断裂力学引入了疲劳裂纹的扩展，并认为扩展速率受控于裂纹尖端的应力强度因子幅度△Ｋ，△Ｋ－壬＜。。ｃ＿Ⅸ。ｉｎ。Ｐａｒｉｓ得出ｄａ／ｄＮ～ＡＫ的关系式可表达为’’式中ｃ与ｍ均为与材料有关的常数，ｍ通常在２．－４之间。Ｐａｒｉｓ的这一发现，在随后的许多学者的重复试验中得到了验证。同时，试验表明，ｍ随循环屈服强度ｏ。和循环应变硬化指数ｎ’的增加而减小。更仔细地研究疲劳裂纹扩展速率，发现ｄａ／ｄＮ和△Ｋ的关系曲线可分成三个

7、阶段（图１．３），Ｐａｒｉｓ方程所表示的只是裂纹扩展的第二阶段，在双对数的坐在双对数的标中这一阶段为直线关系。在裂纹扩展的第一阶段中，当△Ｋ小于某一临界值ＡＫｔｈ时，疲劳裂纹不扩展，△Ｋｈ叫作疲劳门槛值。当ＡＫ＞蝎＾时裂纹扩展较快，很快进入第二阶段。在第一阶段中，应力比、显微组织、环境的影响很大。在裂纹扩展的第二阶段，其扩展速率受应力比、组织类型和环境的影响很小。当过渡到第三阶段，裂纹又加速扩展，当Ｋ。。达到ＫＩ。时试样就断裂了。这一阶段受应力比、组织和断裂韧性的影响较大。５一ｄａ：ｃ澉Ｐ第１章绪论１０＂－４１０－６非连续机嗣大的影响・显