45钢和40Cr钢疲劳损伤恢复机理及技术研究

外文题名：The study on mechanism and technology to recover fatigue damage in 45 steel and 40Cr steel

论文作者：郭廷良著

导师：王德俊,杨化仁教授指导

学科专业：机械设计与理论

副题名

外文题名

The study on mechanism and technology to recover fatigue damage in 45 steel and 40Cr steel

论文作者

郭廷良著

导师

王德俊,杨化仁教授指导

学科专业

机械设计与理论

学位级别

d 2001n

学位授予单位

东北大学

学位授予时间

2001

关键词

金属材料 疲劳损伤 热处理 钢

馆藏号

唯一标识符

108.ndlc.2.1100009031010001/T3F24.002180959

馆藏目录

BSLW 2003 TG142 3\ \

疲劳是零件由于循环载荷引起的局部损伤的过程，是一个由包括零件裂纹萌生、扩展和最终断裂等组成的累积过程所导致产生的综合结果。在循环加载期间，在最高应力区域发生局部塑性变形，这种塑性变形引起零件的永久损伤和裂纹扩展。随着零件所承受的加载循环次数不断增加，裂纹长度(损伤)随之增加。在达到一定循环次数之后，裂纹将导致零件失效(断裂)。

通常，疲劳过程可以观察到裂纹成核、微观裂纹扩展、宏观裂纹扩展和最终断裂四阶段。

裂纹在接近高应力集中的局部剪切面上开裂，如稳定滑移带、夹杂物、疏松或晶粒不连续分布等，局部剪切面通常发生在晶粒表面或边界之内。在这一阶段，裂纹成核是疲劳过程的第一步。一旦裂纹成核并且持续施加循环载荷，裂纹就会沿着最大切应力面并通过晶粒边界扩展。

在工程应用中，将零件在裂纹成核和微观裂纹扩展期间的寿命长度称为裂纹萌生阶段，而将零件在宏观裂纹扩展期间的寿命长度称为裂纹扩展阶段。通常，对从萌生到扩展的过渡阶段无法做出精确的定义。钢制零件的裂纹萌生阶段一般占其疲劳寿命的大部分，特别是在高周疲劳状态下(约大于10000次循环)。在低周疲劳状态下(约小于10000次循环)，疲劳寿命的大部分时间耗费在裂纹扩展。

一旦裂纹形成或者发生完全失效，就可以检查到疲劳失效的表面。弯曲或轴向疲劳失效通常会留下蛤壳状或海滩状斑纹，这些斑纹的名称源自断裂表面的形貌特征。裂纹成核区域位于壳的中央，裂纹像是从裂纹成核所在区域扩展开来的样子，通常呈辐射状，留下一个半椭圆形的图案。在某些情况下，通过检测裂纹部位所遗留海滩斑纹的尺寸和位置，可以识别裂纹扩展开始或者结束的不同阶段。海滩斑纹的线条呈条纹状与树干横断面的年轮线相似。这些条纹状呈现出在一个加载循环期间裂纹扩展的范围。与树类似，树每年长一圈，而疲劳损伤则在每个加载循环产生一个圈。在发生疲劳失效时，会出现一个最终的剪切裂痕，这是材料在失效之前对载荷的最后一点支撑。切变裂痕的尺寸取决于加载的类型、材料和其他条件。

所谓结构疲劳损伤，是指由于重复荷载作用而引起的结构材料性能衰减的过程，也就是通常所说的疲劳裂纹的发生、发展、形成宏观裂纹、发生破坏的全过程。疲劳损伤与普通损伤的最大区别在于随着荷载循环次数的增加，疲劳中的损伤存在一个累积的过程。

疲劳损伤(Fatigue Damage，FD)是由于循环载荷引起的裂纹起始及其持续扩展，这种损伤是一个累积的过程。

以飞机为例，与飞机的使用情况(飞行小时或起落次数)有关。必须制订一个检查要求，以保证在由于某种疲劳损伤造成任何飞机的剩余强度低于允许水平之前，提供探测疲劳损伤的最大可能性。

疲劳损伤评定应考虑：

(1)适用的剩余强度，包括多部位疲劳损伤的影响。

(2)适用的裂纹扩展率，包括多部位或多元件疲劳损伤的影响。

(3)与疲劳损伤扩展间隔相关的损伤检测期。疲劳损伤扩展间隔是从首次检测时间(门槛值)到所规定极限尺寸(临界的)之间的间隔。损伤检测期随着所应用的检查方法及检测概率而变化，并受结构部件或工艺的影响(如密封胶遮盖住损伤部位)。

(4)检查方法的检测标准。

(5)适用的检查等级和方法(如目视、无损检测)，方位(如外部、内部检查)及重复检查问隔。