疲劳裂纹在初始扩展阶段的扩展形式有两种:连续型疲劳裂纹扩展—裂纹尖端在每一次循环应力作用下扩展一个量;非连续型(也称滞后型)疲劳裂纹扩展—裂纹尖端在多次(10-103)循环应力作用下才在某一应力循环中扩展一个量。 严格地说,连续型疲劳裂纹扩展也是不连续的,因为研究表明,裂纹扩展主要出现在循环应力中最大载荷的前后。在连续型疲劳裂纹扩展中,裂纹在拉伸载荷上升期间通过银纹扩展一个量,但不扩展到银纹尖端,几乎与此同时,银纹尖端的本体材料立即通过微纤化转化为新的银纹质,使银纹长度基本不变。而在卸载期间,由于银纹中微纤的弹性回缩或微纤的屈曲而使银纹闭合。在非连续型疲劳裂纹扩展中,裂纹尖端要在多次循环应力的作用后才在某一应力循环中扩展一个量。裂纹扩展和裂纹尖端银纹发展的情况。在裂纹扩展一次之后,裂纹尖端银纹的长度和宽度(拉伸载荷上升期的最大值)随应力循环次数的增加而增加,直到达到某个临界值时,裂纹尖端才又扩展一个量,但并不扩展到银纹尖端,与此同时,在新的裂纹尖端前,银纹张开宽度增大,银纹长度也略有所增。 在裂纹两次扩展期间,裂纹长度保持不变,疲劳过程实质上体现在裂纹尖端的银纹疲劳中,即在多次循环应力作用下,随着银纹宽度的增大,银纹中的微纤不断受到高度拉伸,愈来愈细,银纹中的空洞不断合并,空洞愈来愈大,同时,银纹尖端的本体材料不断微纤化,使银纹长度增加。最后,在某一应力循环的载荷上升期间,银纹中的部分微纤被拉断,使裂纹扩展一个量。 人们从疲劳裂纹的扩展机理中不难预料,疲劳裂纹每扩展一次,在断口上便留下一批拉断后卷曲回缩的高分子微纤,而且由于裂纹扩展前靠近银纹底的微纤已被高度拉伸,而靠近银纹尖的微纤维拉伸程度有限,因此,在裂纹扩展中,断裂纤维由长而不均匀变化到短而均匀。这种结构上的周期性起伏是造成断口上呈现疲劳条带的原因之一除此以外,由于裂纹尖端的银纹区并不对称,会造成裂纹前缘周期性地偏离断裂主平面而造成断面高度的起伏,因而在断口上留下“山脊”与“山谷”。 |