1、疲劳裂纹扩展的微观阶段,机械系统的故障诊断,疲劳裂纹扩展的微观阶段,材料的滑移特性和显微组织特征尺度、应力水平及近顶端塑性区尺寸对疲劳裂纹扩展的微观模式有强烈影响。根据其微观模式的不同，将疲劳裂纹扩展分为两个阶段（第阶段裂纹扩展和第阶段裂纹扩展）。,第阶段裂纹扩展,循环载荷对延性固体引起的裂纹扩展可以看作在裂纹顶端近旁的滑移带内发生的急剧局部变形过程，该过程可通过剪切脱粘而形成新裂纹面。当裂纹和裂纹顶端塑性变形区局限在几个晶粒直径的范围时，裂纹主要沿主滑移系方向以纯剪切方式扩展，下图为第阶段裂纹扩展的示意图。,右图为镍基超合金单晶第阶段裂纹扩展实例(观察面与拉伸轴方向垂直)。Forsyh (1
2、962)把这种导致“Z字型”裂纹路径的纯滑移机制定义为第阶段裂纹扩展。,在许多铁合金，铝合金及钛合金中观察到裂纹的第阶段扩展。在这些材料中，即使裂纹长度比晶粒尺寸大得多，只要在近顶端塑性区的尺寸比晶粒尺寸小(即应力强度因子范围K值很小)，就会出现这种扩展。该阶段疲劳断口为锯齿形，或呈现解理小平面(断裂面分离时所沿晶面)。,第阶段裂纹扩展,当K值较大时，裂纹顶端塑性区跨越多个晶粒，此时裂纹扩展沿两个滑移系统同时或交替进行，Forsyth将这种双滑移机制定义为裂纹的第阶段扩展，左图为第阶段裂纹扩展的理想模型。,图2为铜单晶的第阶段裂纹扩展实例，可以看到两组滑移面。单晶从第阶段扩展转变为第阶段扩展时
3、，形成位错胞结构，同时裂纹顶端的PSB消失。许多工程合金在该阶段产生疲劳辉纹。,疲劳辉纹及其形成模型,疲劳辉纹是位于断口上的一些波纹。如果在疲劳裂纹扩展的Paris区中外加循环载荷保持恒定，则辉纹间距与试验测出的裂纹在每个循环中的平均扩展距离(平均扩展速率)有对应关系。辉纹形成的可能性与K值、应力状态、环境条件以及合金成分有强烈的关系。并不是所有工程材料在疲劳裂纹的第阶段扩展时都产生疲劳辉纹。辉纹在纯金属和许多延性合金、工程聚合物中可以清晰看到，而钢和冷加工合金中很少出现。,疲劳辉纹的形成与第阶段裂纹扩展可用Laird(1967)的裂纹顶端钝化锐化模型解释。,在拉伸应力作用下，裂纹顶端由于双滑移而发生塑性钝化，该钝化过程可使裂纹向前扩展一段距离；如果远场应力变为压应力，则裂纹顶端会重新锐化。由于压缩时的裂纹闭合不能完全消除拉伸应力造成的钝化，裂纹会在随后的拉应力下继续向前扩展一段距离，疲劳辉纹正是因为一个疲劳循环中的裂纹净扩展导致的。,参考文献,S.Suresh著.王中光等译.材料的疲劳/国防工业出版社陈建桥著.材料强度学/华中科技大学出版社,谢谢,
