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彈簧的疲勞斷裂過程，一般有以下幾個階段：滑移，成核，微觀裂紋擴展，宏觀裂紋擴展，瞬時斷裂。
彈簧因金屬材料產(chǎn)生疲勞裂紋的方式很多。有的產(chǎn)生在金屬晶體表面、晶界或金屬內(nèi)部非金屬夾雜物與基體交界處；有的產(chǎn)生在金屬的“先天”缺陷處，如表面的機械劃傷、焊接裂紋、腐蝕小坑、鍛造缺陷、脫碳等；有的是因零件的結(jié)構(gòu)形狀造成應(yīng)力集中而成為疲勞裂紋源，如零件上的內(nèi)、外圓角、鍵槽、缺口等處。后兩種容易產(chǎn)生疲勞裂紋的原因是明顯的，因此，以下著重討論第一種無宏觀疵病的光滑表面上，疲勞裂紋形成的機理。
圖1 純鋁第一、二階S疲勞裂紋擴展示意圖
1．變應(yīng)力作用下金屬的滑移及疲勞裂紋成核 表面無缺陷的試件，在變應(yīng)力的作用下金屬產(chǎn)生了滑移，造成了晶格的扭曲、晶粒的破裂，若變應(yīng)力繼續(xù)作用，上述現(xiàn)象將不斷出現(xiàn)，直至金屬材料表面某處失去塑性變形的能力而形成疲勞裂紋源，即疲勞裂紋成核。金屬表面開始滑移直到疲勞裂紋成核，這是疲勞過程的第一階段(圖1)。裂紋生長到一定的長度以后，逐漸改變方向，最后沿著與拉伸應(yīng)力成垂直的方向生長，這是裂紋擴展階段即疲勞過程的第二階段。
關(guān)于疲勞裂紋成核的定義，始終還是一個有爭論而難以統(tǒng)一的問題，從工程的實際出發(fā)，一般規(guī)定裂紋長度為0．05～0．08mm，即利用一般顯微放大鏡可以看到的裂紋，稱為成核。
多晶體金屬的界面，也是疲勞裂紋成核地區(qū)。金屬中的非金屬夾雜物與基體的交界處，往往是疲勞裂紋優(yōu)先成核地區(qū)。
2．疲勞裂紋的擴展及材料的斷裂 金屬在表面的滑移帶、晶界、相界、切口等處一旦形成了疲勞裂紋核以后，如果繼續(xù)承受變應(yīng)力，則裂紋繼續(xù)擴展。裂紋d小于0．05mm，即成核以前的階段，稱為微觀裂紋擴展階段，也就是疲勞過程的第一階段。此時疲勞裂紋的擴展速率是緩慢的，
 ／周，  為裂紋長度，N為循環(huán)次數(shù)， 稱為裂紋擴展速率。裂紋 大于0．05mm，進入到宏觀裂紋擴展階段即疲勞過程的第二階段時，擴展速率增加，一般 在 mm／周范圍以內(nèi)。
隨著疲勞裂紋的擴展，當(dāng)凈截面的應(yīng)力達到材料的拉伸強度時(對高韌性材料)、或是疲勞裂紋的長度達到材料的臨界裂紋長度時，便發(fā)生最終的瞬時斷裂。在斷口上往往留下清晰的疲勞條帶，稱為前沿線，這是因為裂紋尖端向前擴展時造成的。典型的疲勞破壞斷面見圖2。
圖2 金屬的疲勞破壞斷面
圖3為壓縮螺旋彈簧受切應(yīng)力時，疲勞失效的典型疲勞失效的典型斷面圖。從斷面可以看出，疲勞破壞是由于表面裂紋(圖中箭頭所指)形成的疲勞源而造成的。
圖3 彈簧疲勞失效的典型斷面圖 卡塔羅彈簧擅長彈簧項目需求分析、風(fēng)險評估和方案設(shè)計，有能力協(xié)助客戶進行同步開發(fā)，采用德國SAP ERP和華夏興彈簧智造MES平臺來進行日常管理，實現(xiàn)彈簧設(shè)計、生產(chǎn)調(diào)度和品質(zhì)管控等三大環(huán)節(jié)的相互銜接和閉環(huán)控制，杜絕人為因素的干擾。 轉(zhuǎn)載備注：卡塔羅精密部件（蘇州）有限公司 http://www.152221.com |
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