5-4疲劳过程及机理

第一 阶段 第二 ↓ 阶段
疲劳微观断口特征： 疲劳微观断口特征： 疲劳条纹（疲劳辉纹） 疲劳条纹（疲劳辉纹） 一条辉纹就是一次循环的结果
疲劳条纹（疲劳辉纹） 疲劳条纹（疲劳辉纹） 韧性条带（ 脆性条带（ 韧性条带（上）脆性条带（下）
2、疲劳裂纹扩展模型 Laird塑性钝化模型 （1）Laird塑性钝化模型 裂纹不再扩展的过程， 裂纹不再扩展的过程， 称为“塑性钝化” 称为“塑性钝化” 该模型对韧性材料 的疲劳扩展很有用。 的疲劳扩展很有用。 材料的强度越低， 材料的强度越低， 裂纹扩展越快，条带越宽。 裂纹扩展越快，条带越宽。 裂纹张开-- 钝化-裂纹张开 钝化 变锐的模型
3、晶界(亚晶界)处开裂 晶界(亚晶界) 位错运动易发生塞积，出现应力集中，晶界开裂。 位错运动易发生塞积，出现应力集中，晶界开裂。 防止措施: 防止措施: A、晶界强化 B、晶界净化 C、细化晶粒
二、疲劳裂纹扩展过程及机理 1、裂纹扩展的两个阶段 A、第一阶段 沿主滑移系 以纯剪切方式向内扩展； 以纯剪切方式向内扩展； 扩展速率仅0.1μm数量级。 0.1μm数量级 扩展速率仅0.1μm数量级。 B、第二阶段 da/dN的II区 在da/dN的II区。 晶界的阻碍作用， 使扩展方向逐渐垂直于主应力方向； 晶界的阻碍作用， 使扩展方向逐渐垂直于主应力方向； 扩展速率μm级 扩展速率μm级； μm 可以穿晶扩展。 可以穿晶扩展。 晶粒 ↑
金属表面挤出和侵Hale Waihona Puke Baidu并形成裂纹
↑
↑
↓
↓
↑ ↓ ↓
↑
柯垂耳柯垂耳-赫尔模型
（3）防止措施 ↑材料的滑移抗力,阻止疲劳裂纹的萌生 材料的滑移抗力,
固溶强化 细晶强化 形变强化
2、相界面开裂 两相（包括第二相、夹杂） 两相（包括第二相、夹杂）间的结合力差 ，易在相结合处或弱相内出现开裂。 易在相结合处或弱相内出现开裂。 防止措施: 防止措施: A、↓第二相脆性 B、↑相界面结合强度 C、控制第二相数量、形态、大小和分布: 控制第二相数量、形态、大小和分布: 少、圆、小、匀
第四节 疲劳过程及机理
疲劳过程： 疲劳过程：裂纹萌生 亚稳扩展 、失稳扩展和断裂 、 一、裂纹萌生及机理 常将0.05~0.1mm的裂纹定为疲劳裂纹核。 0.05~0.1mm的裂纹定为疲劳裂纹核 常将0.05~0.1mm的裂纹定为疲劳裂纹核。 不均匀塑性形变。 不均匀塑性形变。 引起裂纹萌生的原因： 应力集中、 引起裂纹萌生的原因： 应力集中、 方式为： A、表面滑移带开裂；、第二相、夹杂物或其界面开裂； 方式为： 表面滑移带开裂； 第二相、夹杂物或其界面开裂； B C、晶界或亚晶界开裂。 晶界或亚晶界开裂。 1、滑移带开裂 （1）驻留滑移带 在交变载荷作用下，永留或能再现的循环滑移带， 在交变载荷作用下，永留或能再现的循环滑移带， 称为驻留滑移带 通过位错的交滑移，使驻留滑移带加宽。 通过位错的交滑移，使驻留滑移带加宽。
三种破坏形式: 三种破坏形式:
微解理型
低速率
lg da/dN
微孔聚合为主
10 -9 -5 ~-6
10
条纹为主 微解理为主
1 2 3
条纹型
稳定扩展
∆ Kth
lg( ∆ K)
微孔聚合型
高速率
（2）再生核模型 疲劳裂纹的扩展是断续的。 疲劳裂纹的扩展是断续的。 主裂纹前方是弹塑性交界点 三向拉应力区）可形成新裂纹核。 （三向拉应力区）可形成新裂纹核。 主裂纹和裂纹核之间发生 相向长大、桥接，使主裂纹向前扩展。 相向长大、桥接，使主裂纹向前扩展。 强度高的材料，可形成解理裂纹。 强度高的材料，可形成解理裂纹。
延性金属中的滑移
约0.1µm
材料表面 材料表面
a) 粗滑移
b) 细滑移
N=104⇒应力集中 ⇒104 N=2.7 105 N=5 滑移带 ⇒驻留滑移带 扰动载荷 多晶体镍恒幅应力循环） （多晶体镍恒幅应力循环） 微裂纹、 宏观裂纹、 ⇒微裂纹、扩展 ⇒宏观裂纹、扩展
（2）挤出脊和侵入沟 滑移带在表面加宽过程中，还会向前或向后移动， 滑移带在表面加宽过程中，还会向前或向后移动， 形成挤出脊和侵入沟