疲劳条带的影响因素

疲劳条带的影响因素。

并不是在所有的疲劳断口上都能观察到疲劳条带,更不是在疲劳断口的任何一部分都能观察到疲劳条带,而且不同疲劳断口以及同一疲劳断口的不同部位的疲劳条带的形态也有差别。这是因为有很多因素影响着疲劳条带的形成及其形貌。

①材料性质的影响。

通过对疲劳断口上显示疲劳条带的材料的研究统计认为:一般情况下,材料的静抗拉强度越高,越不容易出现疲劳条带;韧性较高的材料容易生成疲劳条带。如高强度钢或超高强度钢的疲劳断口上甚至完全不出现疲劳条带,在高应力幅时更是如此。

晶体结构对疲劳条带的影响表现为:面心立方结构的材料中易出现疲劳条带,如铝及其合金、铜及其合金、奥氏体不锈钢及耐热钢等具有面心立方结构的金属或合金的疲劳断口上一般都会出现疲劳条带。另外,面心立方结构材料的疲劳条带通常比体心立方结构材料的疲劳条带清晰连续。

材料的显微组织如晶界、晶粒取向及夹杂、第二相颗粒等对疲劳条带的具体形貌也有着重要的影响。一般疲劳裂纹扩展至作为强化相的晶界时会受到阻碍,导致疲劳条带的间距、曲率等发生变化,有时甚至中断;但当疲劳裂纹遇到孪晶界时,一般会转入孪晶继续扩展,疲劳条带几乎没有什么变化。晶粒取向的变化会导致疲劳条带的法线方向发生变化,有时还会引起疲劳条带形貌的改变。此外,在极少的情况下,疲劳裂纹会沿晶界扩展,在晶界上出现疲劳条带。

材料中的杂质及第二相颗粒对疲劳条带的影响并不是很大。小颗粒对疲劳条带几乎没有影响;当裂纹遇到大颗粒并绕过其扩展时,颗粒会对裂纹有阻碍作用;然而,当裂纹遇到大颗粒并把其劈开时,往往会加速局部的裂纹扩展速度。

②载荷的影响。

裂纹尖端的应力状态和应力幅的大小对疲劳条带的形成和性质都有很大的影响。有人认为疲劳条带存在的必要条件是疲劳裂纹尖端处于张开型的平面应变状态,因此只有当疲劳断口与张应力垂直时才可能生成疲劳条带。

应力强度因子范围的改变能够显著地改变疲劳条带的宽度和间距。一般来讲,载荷的频率越高、应力幅越低,疲劳条带越细,间距越小;裂纹逐渐扩展,剩下承受载荷的构件面积减少,致使应力增加而影响疲劳条带的宽度和间距。

③环境介质的影响。

疲劳断裂过程对环境介质是十分敏感的。由于疲劳是一个滑移过程,因此任何影响滑移的环境介质都会影响疲劳裂纹扩展速率和断口上的疲劳条带特征。通常,促进滑移或阻碍滑移反转的因素使疲劳裂纹扩展速率加快、疲劳条带间距增加;阻碍滑移或促进滑移反转的因素使疲劳裂纹扩展速率降低、疲劳条带间距减小,在极端情况下甚至导致疲劳条带的完全消失。

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