分析弹簧疲劳断裂定量方法
利用构件的弹簧疲劳寿命Nf来描述其断裂前的弹簧疲劳载荷循环次数。Nf包括弹簧疲劳裂纹形成寿命Nf和弹簧疲劳裂纹扩展寿命Np。实际上，Nt包括裂纹萌生期和微观裂纹扩展期(第一阶段扩展)Np。它包括宏观裂纹扩展周期(第二阶段扩展)和瞬态破裂周期，瞬态破裂周期只有几个周期，非常短。裂纹形成寿命Nt和扩展寿命Np在总弹簧疲劳寿命中所占的比例随材料、构件形状和表面质量、加载方式和使用条件的不同而有较大差异。一般来说,当压力低(高周期弹簧疲劳),没有应力集中或应力集中不强烈,表面质量良好,没有不良的环境条件下,裂纹形成寿命倪占总数的很大一部分生活Nf,甚至超过总数的80%的生活,当应力水平高(低循环疲劳),应力集中是强烈的,表面粗糙或有缺陷，环境恶劣，Nt的比例小，Np也是主要的。Nt对于裂纹体几乎为零。Nf几乎等于Np。
图6-21为低循环范围内裂纹扩展寿命Np与总弹簧疲劳寿命Nf的关系。
从图中可以看出，Nf越低，Np越接近Nf。在非常低的Nf下，Np和Nf几乎相等。
由于裂纹扩展过程在弹簧疲劳破坏过程中占有重要的位置，因此其信息量大，对失效分析和设计指导非常有用。人们对弹簧疲劳裂纹扩展的两个阶段的特征进行了深入的研究。本章主要介绍这两个阶段的断裂微观特征，并简要介绍弹簧疲劳断裂的定量分析方法。
瞬时断裂带的微观特征与静载下的尖齿试样断口相似，可能是穿晶断裂，也可能是微坑剪切断裂，也可能是沿晶断裂或其混合新裂纹。
1. 一期的电子显微镜形态学断裂的弹簧疲劳裂纹增长正如上面提到的,对于大多数实际工程材料,第一阶段的规模扩张区和断裂的比例非常小,只有铝单晶铜、弥散强化镍(TD-Ni)和其他材料有更大的一期扩张区域。因此，对第一阶段扩展断口形貌微观特征的研究相对较少，现有研究大多局限于上述材料和镍基高温合金。
保护断裂的第一阶段十分复杂，它取决于不同的微裂纹扩展机制。在不同的材料组织结构、不同的平均应力水平和不同的环境条件下，其断裂的微观特征会有很大的差异。从宏观上看，大致有两种类型的平面截面和平行之字形截面:
1. 平的部分。这种截面形状平坦，宏观变化不大，往往具有较强的反射能力。图6-22为铝合金与镍基铸造高温合金第一阶段平板断裂照片。裂纹沿晶粒中的滑移面严格扩展，形成非常平坦光滑的表面。当它遇到晶界时，它的方向可能会略有改变。
x射线分析证明，图6-22中的平面截面，无论是铝合金还是高温合金，都是(111)平面，即面心立方金属的滑移面。第一阶段的膨胀主要是滑移。它可以是连续滑移，也可以是沿滑移面滑移方向的不连续延伸。此时，弹簧疲劳裂纹只有2 ~ 5个晶体。晶粒的长度，与主拉伸轴成45°角。
不同的材料，在不同的条件下，平面截面的微观特征是不同的。除了划痕外，许多材料的许多平段几乎看不到任何特殊的特征。平截面的材料,如β黄铜和TD-Ni有时留一些弹簧疲劳辉纹的微观特征阶段的扩张,和只有少数材料在平面显示显著的微观特征截面的第一阶段。
图6-23是Mar-M200弹簧疲劳裂纹扩展第一阶段的典型照片。通过对镍基高温合金和LUlimct700合金的研究发现，第一级扁平截面不仅具有较大的面积，而且具有微观的断口形貌。主要有以下特点：
（1） 有类似于劈理裂缝的河流和台阶。这个解理面可以占据整个断裂的3/4。不平行于“解理面”的两组111；平面上的二次裂纹导致台阶状形貌。
（2） 存在滑移线和弹簧疲劳模式。“解理”面的另一个重要特征是，在台阶60°角处有许多平行的小滑移线。如图6-24（a）所示，有时该滑移线也呈现人字字形，如图6-24（b）中AB线所示。
除滑移线外，在离立区稍远的城市靠近裂纹源处，常有明显的弹簧疲劳痕迹，见图6-25。宽约0.1~0.4um。当穿过脆性夹杂时，弹簧疲劳条纹宽度增大，裂纹条纹族（一组平行条纹族）具有不同的取向。弹簧疲劳辉光的存在表明，在弹簧的疲劳载荷作用下，弹簧疲劳裂纹扩展的第一阶段是缓慢的，而不是突然快速的扩展。
（3） 有“舌头”样的图案。在平坦的剖面上，可以看到类似于体心立方劈理的“舌头”，如图6-24（b）所示。该“舌”是由于裂纹扩展方向远离主裂纹面111}而扩展的结果。它通常有等腰三角形的形状。
