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弹簧裂纹的四个微观阶段

弹簧裂纹的四个微观阶段
  弹簧裂纹的四个微观阶段
  
  在分析弹簧疲劳断口宏观断口形态时,将断口分为3个区域:弹簧疲劳源、裂纹扩展和瞬态断口。然而,已经指出,宏观上已知的弹簧疲劳源区域实际上包括裂纹扩展过程,其中裂纹在1毫米以下。裂纹成核后,扩展到零点几毫米的过程与后续裂纹扩展具有不同的特征。
  
  因此,在弹簧疲劳断裂的微观分析中,我们将根据裂纹的微观特征将整个过程分为四个阶段:裂纹萌生、微裂纹扩展、宏观裂纹扩展和瞬时断裂。裂纹的产生是局部剪应力作用的结果。在最大剪应力的作用下,材料表层的位错运动将形成一个小的滑移带,滑移带的高度约为10- 7cm。疲劳应力越大,滑移带数量越多,高度越高,这些滑移带最终将成为疲劳裂纹开始的区域。在反复荷载作用下,相邻的滑移面产生反向滑移,疲劳滑移带在弹簧表面形成沟槽和脊线,如图6-19所示。这些沟槽和脊的形状可以是之字形,也可以是平滑的圆形褶皱。如果有很多的滑移,产生的条纹是浅的和波状的。相反,只有少数排列紧密的平面在滑动,形成边界清晰的间隙障壁。在某些情况下,你可以看到由反向滑移引起的良好定义的挤压区域,通常你可以看到这些挤压区域中无尽的可检测到的裂缝。这些滑移带的裂缝很可能是逆滑移引起的侵入带。一旦形成这种侵入区,它将通过反向滑动作用变得更深,这种增长构成了金属疲劳寿命的主要部分。
  
  表面缺陷或弹簧内部缺陷对材料均起尖锐切口作用,促进应力集中,并促进疲劳裂纹的发生。对实际构件的疲劳断裂裂纹核心区进行研究,主要是寻找此类裂纹萌生缺陷是否存在,确定其在裂纹成核中的作用,并提出消除方法。
  
  疲劳裂纹一旦开始,通常沿着最符合最大剪应力方向的滑动面向内扩展。只要毛型沿滑移面展开,其展开机理是一致的。这就是微观裂纹扩展,通常称为裂纹扩展的第一阶段。一般情况下,裂纹在第一阶段的传播深度很浅,从零点几到一毫米不等。只有镍基高温合金的疲劳破坏才能有较深的扩展,甚至可以占整个断裂的75%以上。因此,只对高温合金的一级断裂微观特征进行了较详细的研究。
  
  当裂纹在第一阶段达到一定长度后,由于裂纹尖端的主应力,裂纹将偏离其滑动路径,向与最大正应力方向大致一致的方向扩展。第二阶段。
  
  图6-20为两阶段疲劳裂纹扩展的显微图和示意图。

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