强化中疲劳裂纹扩展的影响因素

2020-04-21 16:03:25

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内部因素和外部因素同时驱动着疲劳裂纹的扩展，内部因素是指材料本身所具有的状态和特性，如材料的弹性模量、极限强度、塑性和循环性能以及显微组织结构等，他们对疲劳扩展速率起着最为基本的作用，而外部因素如应力特征、加载频率、温度和环境等对疲劳裂纹扩展的影响不容忽视，具体如下：

1、应力特征的影响；

在不同循环特征R=Kmax/Kmin条件下，用Pairs公式整理出的da/dn-k曲线能反映出平均应力对 da/dN有很大的影响，在同一k下，平均应力越高，da/dN越大，这也说明循环特征与平均应力的关系很大。同时，在同一k下，平均应力为正时的da/dN比平均应力为负，零时较低。表面残余应力为拉或压时对平均应力的影响也各不相同，表面残余压应力通常可以使平均应力提高，而表面残余拉应力相反。

为利用上述特性，降低裂纹扩展速率，人们通常会采用渗氮、渗碳、渗铝、表面淬火、滚压、挤压以及喷丸等工艺在构件表层引入约0.08~0.40的残余压应力。SAE340（极限强度为1303MPa）钢经表面喷丸后，表面残余压应力可高达686-784MPa，压应力层深为0.31~0.43mm，da/dN减缓效果显著。

2、超载的影响；

构件在服役过程中，所承受的载荷通常是无序、反复、随机的。而且大量实验表面，过载峰对随后的低载幅度下的裂纹扩展速度有明显的延缓作用，不过延缓作用仅限在一段循环周期内，在此周期后，裂纹扩展速率又逐渐恢复作用。

3、加载频率的影响；

加载频率减小，da/dN增加。但是随着的k减小，在k处于较低的范围内，其影响逐渐减小。在高温下，加载频率对裂纹扩展速率的影响大些。在k某转折点以上，加载频率越低，裂纹扩展速率越高。

4、温度的影响；

温度越高，裂纹扩展速率越高。用于核反应堆压力容器的304不锈钢当温度从24度增加到650度时，裂纹扩展速率显著增加。

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