冶金零件金屬疲勞裂紋樣品測(cè)量金相顯微鏡廠商

金屬疲勞的微觀機(jī)制
  金屬的疲勞失效都是從裂紋起始開始．然后，該裂紋沿
零件的橫截面擴(kuò)展，直到其余的鄰區(qū)不能再承受載荷，最終便
以靜態(tài)機(jī)制發(fā)生斷裂．因此，這就涉及到兩個(gè)截然不同的疲
勞過程——裂紋起始與裂紋擴(kuò)展．
  疲勞裂紋的起始是由結(jié)晶學(xué)滑移所引起，多起源于零件
的表面或亞表面．這是因?yàn)楣こ探饘偻ǔ６际嵌嗑У?，致?br>零件表面(不會(huì)被其它晶粒完全包圍)上的晶粒就比材料內(nèi)部
的晶粒更易變形．因此，表面上位向合適的晶粒就會(huì)在低于
整體屈服所需應(yīng)力的作用下開始局部滑移，而試樣內(nèi)部的晶
粒由于受到周圍材料的支撐與約束，即使位向合適也不能在
低載荷下發(fā)生變形．
裂紋起始過程
  裂紋能夠按照下述兩種主要方式起始：
  (D由表面晶粒中的結(jié)晶學(xué)滑移形成滑移帶，隨后出現(xiàn)
縫隙，最終便在合適的結(jié)晶學(xué)平面上加深成裂紋．這一過程
只對(duì)那些用既軟又韌的材料制成的零件才是重要的．由于存
在幾何形狀造成的應(yīng)力集中，裂紋起始過程會(huì)大大加速．
  (2)由于應(yīng)變穿過夾雜物或堅(jiān)硬的第二相粒子時(shí)極不一
致的結(jié)果．這一過程容易在冶金法強(qiáng)化的合金中出現(xiàn)，該合
金基體可抵抗因形成滑移帶裂紋而出現(xiàn)的結(jié)晶學(xué)滑移．
  因此，在任一給定情況下所出現(xiàn)的裂紋起始機(jī)制，都是這
種材料在其自身范圍內(nèi)承受跨越各種不均勻的外加應(yīng)變的不
連續(xù)性的能力與基體的抗結(jié)晶學(xué)滑移能力相競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果．
韌性光滑試樣的裂紋擴(kuò)展
  在滑移帶上因形成縫隙而發(fā)生裂紋起始時(shí)，隨后的裂紋
擴(kuò)展過程便有兩個(gè)截然不同的階段．當(dāng)裂紋限定在它所起始
的滑移面上時(shí)，產(chǎn)生第1階段．對(duì)予沒有應(yīng)力集中的試樣來
說，裂紋擴(kuò)展第1階段可占試樣總壽命的90％．然而，隨著
裂紋的加長(zhǎng)，裂紋尖端的塑性區(qū)就會(huì)變得很大，以致同該材料
的結(jié)晶學(xué)特性無關(guān)，因此裂紋擴(kuò)展就好象在連續(xù)介質(zhì)中一樣．
由于裂紋擴(kuò)展方向發(fā)生變化，致使裂紋在隨后的擴(kuò)展過程中
出現(xiàn)最大的裂紋張開位移，這就是所謂的裂紋擴(kuò)展第2階
段．裂紋的擴(kuò)展方向，通常與裂紋尖端區(qū)中的最大拉伸主應(yīng)
力大體垂直．由于第2階段比第1階段擴(kuò)展得快，所以疲勞
斷口表面中面積最大的區(qū)域一般出現(xiàn)在第1I階段．裂紋擴(kuò)
展第2階段要在疲勞斷口表面上造成一般常會(huì)看到的海灘
狀條紋．海灘狀條紋的方向變化往往和加載條件的變化有
關(guān)．如果施加的應(yīng)力很低，那么海灘狀條紋就會(huì)細(xì)到只憑肉
眼根本無法看到的程度．
  有時(shí)將第1階段和第2階段的裂紋分別稱為微觀裂紋
與宏觀裂紋．
從根本上說，裂紋擴(kuò)展的第1階段和第2階段是不同
的．前者是靠某一特定滑移帶上發(fā)生的結(jié)晶學(xué)往復(fù)滑移過程
成核的，只要停留在第1階段，裂紋就只能沿著這一滑移帶方
向擴(kuò)展．因此，第1階段裂紋成核和擴(kuò)展的難易程度取決于
形成滑移帶的那一基體的強(qiáng)度．在任一特定的情況下，如果
第1階段擴(kuò)展占整個(gè)疲勞過程中的絕大部分時(shí)，那么以常規(guī)
冶金方法提高材料強(qiáng)度，就能提高工程構(gòu)件的疲勞總抗力．
  反之，在韌性良好的金屬中出現(xiàn)第2階段時(shí)，其裂紋擴(kuò)
展方式是連續(xù)的，因此它就不受傳統(tǒng)冶金強(qiáng)化方法的影響，而
且也不容易降低第2階段的裂紋擴(kuò)展速率．

(本文由上海光學(xué)儀器廠編輯整理提供, 未經(jīng)允許禁止復(fù)制http://www.sgaaa.com)