设计者选用那些具有最高抗疲劳裂纹成长的厚壁不锈钢管

在将这些准则运用到某~特定情况以前,首先应当确知是否存在着裂纹,在有裂纹的情况下,裂纹产生阶段早已被超越过去了。许多实际构件,在未曾施加使用载荷以前,厚壁不锈钢管就已经包含着一些微观裂纹。

疲劳裂纹的成长,可定量地用成长速率加以表示,其中是在载荷循环数的增量AN时的裂纹长度的增量。该成长速率是裂纹长度o和应力或应变幅二者的函数。厚壁不锈钢管在低振幅下观察到的的数值为5时/循环而在高振幅下则为5×10 - z时/循环重要性在于,给出Ⅳt载荷循环数下的一定原始裂纹长度a;时,可用来计算剩余寿命。假设a与Ⅳ成连续函数关系,该瞬时裂纹成长速率可用来提出:

一个极为想往的目标,是得到一个疲劳裂纹成长的定理,该定理将给出作材料性能之间的一般关系式。这一定理不仅可以用来估计疲劳寿命,同时也有利于设计者选用那些具有最高抗疲劳裂纹成长的厚壁不锈钢管。建立这一理论的核心,是一个用数学描述裂纹延伸增量的模型。这一模型必须由试验观察中推导出来。

一般观察扩展形式——在形成滑移带裂纹以后,它们将沿着与拉伸应力轴成一定角度(约为±45。)的滑移面而扩展。这种切变形式的扩展称为第1阶段的成长,加载幅愈低,继续进入试样的深度愈深。不过第1阶段的穿透通常是不深的(十分之几毫米)。该裂纹很快地就开始转向垂直于拉伸轴的方向。这种拉伸形式的扩展称为第Ⅱ阶段的成长。该裂纹继续按这种形式成长到一个l瞄界长度,即下一次载荷峰值将造成试样的拉伸失效。是这一进展过程的示意图。实际上,多晶体材料第1阶段的成长包含着成百个单独的滑移带裂纹,它们在第Ⅱ阶段的成长开始时,最后连接成为一个主导裂纹。厚壁不锈钢管的左半部示出低幅加载的情况。第1阶段的裂纹成长消耗总寿命的分数,厚壁不锈钢管随载荷幅的增加而增加。在低循环范围(N =1001000循环)内,第Ⅱ阶段的开裂达到寿命的75% (14,24)。在亚蠕变温度范围内,大多数的疲劳开裂是穿晶型的。随着平均应力的增加和温度的提高,使晶间开裂转为主要地位,文献对这一结果作了详尽的阐述。晶阀疲劳开裂,在较低温度下也偶尔出现,一般是在具有平均拉伸应力的高载荷幅下发生。

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