45鋼和40Cr鋼疲勞損傷恢復(fù)機理及技術(shù)研究

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

論文作者：郭廷良著

導(dǎo)師：王德俊,楊化仁教授指導(dǎo)

學(xué)科專業(yè)：機械設(shè)計與理論

副題名

外文題名

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

論文作者

郭廷良著

導(dǎo)師

王德俊,楊化仁教授指導(dǎo)

學(xué)科專業(yè)

機械設(shè)計與理論

學(xué)位級別

d 2001n

學(xué)位授予單位

東北大學(xué)

學(xué)位授予時間

2001

關(guān)鍵詞

金屬材料 疲勞損傷 熱處理 鋼

館藏號

唯一標(biāo)識符

108.ndlc.2.1100009031010001/T3F24.002180959

館藏目錄

BSLW 2003 TG142 3\ \

疲勞是零件由于循環(huán)載荷引起的局部損傷的過程，是一個由包括零件裂紋萌生、擴展和最終斷裂等組成的累積過程所導(dǎo)致產(chǎn)生的綜合結(jié)果。在循環(huán)加載期間，在最高應(yīng)力區(qū)域發(fā)生局部塑性變形，這種塑性變形引起零件的永久損傷和裂紋擴展。隨著零件所承受的加載循環(huán)次數(shù)不斷增加，裂紋長度(損傷)隨之增加。在達到一定循環(huán)次數(shù)之后，裂紋將導(dǎo)致零件失效(斷裂)。

通常，疲勞過程可以觀察到裂紋成核、微觀裂紋擴展、宏觀裂紋擴展和最終斷裂四階段。

裂紋在接近高應(yīng)力集中的局部剪切面上開裂，如穩(wěn)定滑移帶、夾雜物、疏松或晶粒不連續(xù)分布等，局部剪切面通常發(fā)生在晶粒表面或邊界之內(nèi)。在這一階段，裂紋成核是疲勞過程的第一步。一旦裂紋成核并且持續(xù)施加循環(huán)載荷，裂紋就會沿著最大切應(yīng)力面并通過晶粒邊界擴展。

在工程應(yīng)用中，將零件在裂紋成核和微觀裂紋擴展期間的壽命長度稱為裂紋萌生階段，而將零件在宏觀裂紋擴展期間的壽命長度稱為裂紋擴展階段。通常，對從萌生到擴展的過渡階段無法做出精確的定義。鋼制零件的裂紋萌生階段一般占其疲勞壽命的大部分，特別是在高周疲勞狀態(tài)下(約大于10000次循環(huán))。在低周疲勞狀態(tài)下(約小于10000次循環(huán))，疲勞壽命的大部分時間耗費在裂紋擴展。

一旦裂紋形成或者發(fā)生完全失效，就可以檢查到疲勞失效的表面。彎曲或軸向疲勞失效通常會留下蛤殼狀或海灘狀斑紋，這些斑紋的名稱源自斷裂表面的形貌特征。裂紋成核區(qū)域位于殼的中央，裂紋像是從裂紋成核所在區(qū)域擴展開來的樣子，通常呈輻射狀，留下一個半橢圓形的圖案。在某些情況下，通過檢測裂紋部位所遺留海灘斑紋的尺寸和位置，可以識別裂紋擴展開始或者結(jié)束的不同階段。海灘斑紋的線條呈條紋狀與樹干橫斷面的年輪線相似。這些條紋狀呈現(xiàn)出在一個加載循環(huán)期間裂紋擴展的范圍。與樹類似，樹每年長一圈，而疲勞損傷則在每個加載循環(huán)產(chǎn)生一個圈。在發(fā)生疲勞失效時，會出現(xiàn)一個最終的剪切裂痕，這是材料在失效之前對載荷的最后一點支撐。切變裂痕的尺寸取決于加載的類型、材料和其他條件。

所謂結(jié)構(gòu)疲勞損傷，是指由于重復(fù)荷載作用而引起的結(jié)構(gòu)材料性能衰減的過程，也就是通常所說的疲勞裂紋的發(fā)生、發(fā)展、形成宏觀裂紋、發(fā)生破壞的全過程。疲勞損傷與普通損傷的最大區(qū)別在于隨著荷載循環(huán)次數(shù)的增加，疲勞中的損傷存在一個累積的過程。

疲勞損傷(Fatigue Damage，F(xiàn)D)是由于循環(huán)載荷引起的裂紋起始及其持續(xù)擴展，這種損傷是一個累積的過程。

以飛機為例，與飛機的使用情況(飛行小時或起落次數(shù))有關(guān)。必須制訂一個檢查要求，以保證在由于某種疲勞損傷造成任何飛機的剩余強度低于允許水平之前，提供探測疲勞損傷的最大可能性。

疲勞損傷評定應(yīng)考慮：

(1)適用的剩余強度，包括多部位疲勞損傷的影響。

(2)適用的裂紋擴展率，包括多部位或多元件疲勞損傷的影響。

(3)與疲勞損傷擴展間隔相關(guān)的損傷檢測期。疲勞損傷擴展間隔是從首次檢測時間(門檻值)到所規(guī)定極限尺寸(臨界的)之間的間隔。損傷檢測期隨著所應(yīng)用的檢查方法及檢測概率而變化，并受結(jié)構(gòu)部件或工藝的影響(如密封膠遮蓋住損傷部位)。

(4)檢查方法的檢測標(biāo)準(zhǔn)。

(5)適用的檢查等級和方法(如目視、無損檢測)，方位(如外部、內(nèi)部檢查)及重復(fù)檢查問隔。