金属高周疲劳塑性变形的研究与探讨

2020-09-24技术资料

高周疲劳(high-cycle fatigue)是指材料在低于其屈服强度的循环应力作用下,经10000-100000 以上循环次数而产生的疲劳。高周疲劳的特点是作用于零件或构件的应力水平较低。如弹簧、传动轴等零件或构件的疲劳即属此类。

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K416B镍基铸造高温合金的700 ℃高周疲劳行为

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晶粒度对K492高温合金疲劳性能的影响

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Q:

失效分析的书上说高周疲劳特点有疲劳断裂的突发性,意思是由于断裂前无明显的塑性变形,交变应力下会体现出宏观脆性的断裂特征。但是后面又说高周疲劳断裂疲劳辉纹通常是延性的,也就是裂纹尖端存在较大的塑性变形。是否矛盾了呢?还是一个指的是宏观无塑变,一个指的是微观有塑变。
但是我感觉低周疲劳应该容易发生塑性疲劳断裂吧,高周疲劳才容易发生解理疲劳断裂,又与上面的貌似矛盾了,还是我理解错误了?

A:

没错,一般来说疲劳辉纹是在扩展区,扩展区一般来说都是脆性的,沿晶断口或者解理断口,在萌生区和扩展区附近有疲劳辉纹,疲劳辉纹是微观的塑性,一般来说都是在那种撕裂的脊上吧,微观机理我也看过,说的很复杂,好像说是由于变形产生的位错,不断的交变载荷,是割裂成的才造成的疲劳辉纹。
一般来说疲劳裂纹就是没任何征兆,裂纹都比较刚直有力,穿晶断裂

高周疲劳局部,特别是裂纹尖端,由于裂纹尖端应力场的作用,造成极大的应力集中,开动周围的滑移系,产生局部(非常小)塑性变形,导致微裂纹萌生,或者裂纹扩展。这点应该比较好理解,如果一点变形都没有,裂纹怎么来的?
但是由于高周疲劳通常载荷很小,远低于屈服强度,有时候甚至连屈服强度一半都没有,因此不会发生宏观上的塑性变形。

不发生宏观塑性变形不代表没有任何一条位错滑移。

断裂前无明显的塑性变形,交变应力下会体现出宏观脆性的断裂特征。但是后面又说高周疲劳断裂疲劳辉纹通常是延性的,也就是裂纹尖端存在较大的塑性变形。
这句是对的,高周是因为疲劳裂纹萌生扩展的慢,而由于应力较小宏观上变形较小,而微观上会有疲劳辉纹(裂纹扩展区)。而低周的应力较大,当然宏观上塑性变形较大。
宏观和微观上的解释不矛盾的。
不知道自己理解的对不对

我做的是铝合金的高周疲劳研究!发表一下本人的理解,其实在一开始学习疲劳理论的时候我也有过同样的误解希望自己的解答对你有帮助! 首先是高周疲劳的定义:在相对较小的应力反复作用10000次以上的疲劳现象称为高周疲劳,在10000次以下!通常为低周疲劳, 事实上原本是韧性很好的材料在高周疲劳时也不会用宏观的塑性变形,因为材料的塑性在反复应力作用下早就已经慢慢的丧失!高周疲劳对应的应力通常低于材料的屈服强度,只有在裂纹的尖端!!因为裂纹尖端有明显应力集中,在局部位置会有高应力存在,当该应力值超越屈服强度,就会发生小范围的屈服现象-局部塑形变形!因此在裂纹尖端是有小范围的塑形变形的,但是这种变形在宏观的疲劳试样上面看不到!疲劳条纹往往出现在韧性较好的材料之中,其出现与否和狠多因素相关!
至于塑形和解理这和材料自身有关,事实上有很多原本是脆性的材料在高周疲劳中可以发挥塑形,因为高周疲劳是一个漫长的过程,可以将材料的塑形完全释放,如果是做拉伸的话就不行了,往往是脆性断口!
你可以去对比一下拉伸断裂和疲劳断裂的试样!前者是有缩颈的,后者没有可以完全的拼接起来,

个人是做铝合金疲劳的:
首先说明一个基本问题!疲劳是一个漫长的失效过程,因此在不断加载中材料的塑性会慢慢丧失,最后断裂时不能观察到宏观的塑性变形,具体表现就是疲劳试样断裂以后可以完全拼接起来!而拉伸断裂试样就不行了!
宏观塑性变形是指你肉眼能够看到试样是否有大的变形,微观塑性变形只能通过断口SEM扫描电子显微镜图片来仔细观察!二者不矛盾!在宏观塑性变形不明显的情况下也一样可能观察到微观塑性变形!
疲劳条纹的出现也是有条件的!对于脆性材料而言一般很难观察到疲劳条纹!只有自身塑性较好的材料才能观察到条纹!最后裂纹尖端应力集中,应力大于材料屈服应力时发生小范围屈服也就是微观的塑性变形!
低周疲劳应该容易发生塑性疲劳断裂吧,高周疲劳才容易发生解理疲劳断裂这个理解本身也有些问题!你需要对疲劳现象的基本理论有更加深刻的理解!
不知道我解释得够不够清楚!仅供参考

因为延性所以才会高周,因为脆性所以才会低周!