研究疲劳裂纹形成的相关因素

当应力振幅大于材料的疲劳极限时，在经过一定的循环周次后，金属表面部分晶粒中开始出现滑移带。滑移带是塑性变形留下的标记，它由不同数量的滑移线构成（见图8-6）。随着循环周次增加，滑移带变粗、加宽。在这个阶段，如果用电解抛光的方法对表面进行处理，则大部分滑移线可消失，而少量滑移线群仍保留。这部分滑移带深入材料内部，称为驻留滑移带（persistent slip band），也称为持久滑移带。

图8-6　循环应力作用下的滑移带及初始疲劳裂纹的产生(www.xing528.com)

滑移面与拉伸载荷方向所夹的角度依赖于晶粒本身的方位，但一般说来，滑移面与最大剪应力的作用面是一致的。如图8-6所示，循环变形使得试样表面变得粗糙，形成挤出脊（extrusion）和侵入沟（intrusion）。挤出脊和侵入沟是相互平行的滑移面各自发生循环滑移而引起的，它们是驻留滑移带在自由表面的出口。

滑移带的形成在最初几千循环周次内完成，之后其数目不增加，但表面显现的侵入沟处有很严重的应力集中现象，使滑移进一步加剧，而逐步向裂纹演化。根据断裂力学对裂纹变形形式的定义，初始疲劳裂纹主要是Ⅱ型裂纹。出现表面滑移带是导致初期疲劳裂纹的最主要的原因，除此之外，在晶界处以及第二相粒子周围也可产生疲劳裂纹。其形成机理可参照静载下位错塞积引发裂纹的机理。