,388 北京科技大学学报 第30卷 低倍扫描电镜观察可以看出，疲劳裂纹扩展区随着 而增加，疲劳裂纹扩展速率相应加快，疲劳条纹的间 非比例度（相位差）的增加，断口趋于更加平缓.对 距也相应增大，因此撕裂棱相应地减少.(2)随着 裂纹扩展区的进一步分区进行微观形貌观察，发现 相位差的增加，轴向应变与剪应变最大值，即波形的 疲劳裂纹自试样表面萌生后，随着循环载荷的不断 峰谷值相遇的时间间隔加大，在比例加载时，两个 作用向内部不断扩展，其被撕断的疲劳条纹间距逐 应变同时达到最大值和最小值；而对于90°非比例 渐加大.从图5~7的(b一d)中可以清楚地看出，在 加载，当轴向应变为最大时剪应变为零，反之当剪应 疲劳裂纹源区附近、疲劳裂纹稳定扩展区和靠近瞬 变为最大时轴向应变为零；45°非比例加载正好处于 断区的快度扩展区，不同加载条件下疲劳断口的微 二者之间；90°非比例加载时，剪应力在轴向应变为 观形貌大不一样.随着非比例度（相位差）的增加， 零时达到极值，这种作用使得疲劳断口反复受到摩 疲劳条带被撕断后的撕裂棱和小韧窝在三个区域均 擦，结果将疲劳裂纹扩展过程中的撕裂棱和小韧窝 相应地减少.在90°非比例循环加载下，裂纹扩展的 破坏 三个区域已看不到明显的撕裂棱 2.2.3疲劳条带 其原因是：(1)在相同等效应变幅的条件下， 尽管在裂纹扩展区内难以观察到较为明显的疲 随着拉、扭应变相位差的增加，轴向和扭转应变均相 劳条带，但在由两个不同疲劳源引发的疲劳裂纹交 应增加，比例加载时最小，90°非比例加载时为最大. 汇处附近，即在撕裂棱的附近观察到疲劳条带，如 因此，在试样上与应变相对应的轴向载荷和扭矩也 图8所示，其特点是仅仅分布在撕裂棱的附近，在 相应增大，即轴向应力和剪应力也随相位差的增加 离撕裂棱稍远的位置难以观察到， 40m 40 um 图8撕断棱附近的度劳条带.(a)比例加载；(b)45°非比例加载 Fig-Fatigue striations near the tear planes:(a)proportional loading:(b)45non proportional loading 疲劳条带之所以能在撕裂棱附近观察到，主要 断区均偏离中心，对瞬间断口的微观分析发现，在 是在撕裂棱形成的过程中由于两边同时存在裂纹， 相同等效应变下，拉伸方向与扭转方向之间的相位 这两个裂纹不在同一平面内.由于在交汇附近裂纹 差不同，其断口的韧窝不同，从图9可以看出，随着 在不同平面内，剪切刚度势必减小，则达到同样的剪 非比例度（相位差）的增加，其轴向应变和剪应变分 应变需要的剪切应力就相应减小.因此，剪应力对 量加大，结果在瞬间断裂时韧窝逐渐加深，且撕裂面 裂纹扩展的贡献减小，轴向正应力对附近的裂纹扩 逐渐加大，在韧窝内可以看到晶内第二相强化粒 展起主导作用，结果在裂纹扩展的过程中，出现疲劳 子，是产生韧窝的主要根源， 条带.一旦裂纹闭合形成一个大裂纹，在其继续扩 展时观察不到类似的疲劳条带，而是疲劳纹理.但 3结论 是，并非是在所有的裂纹交汇处均观察到疲劳条带. (1)对多轴疲劳试样断口的宏观形貌观察和分 因此，关于多轴循环加载下形成疲劳条带的机制需 析结果表明，裂纹萌生于试件缺口根部最外层，呈现 要进一步的探索 萌生裂纹的多源性；疲劳裂纹向两侧和内部扩展时， 2.3瞬间断裂区 在两个相邻的裂纹源扩展裂纹的交汇处，形成撕 在瞬时断裂区，可以发现随着非比例度（相位 裂棱 差)的增加，断裂面逐渐变得粗糙和不平坦，且各瞬 (2)对疲劳裂纹扩展区的形貌进行微观分析，低倍扫描电镜观察可以看出‚疲劳裂纹扩展区随着 非比例度（相位差）的增加‚断口趋于更加平缓．对 裂纹扩展区的进一步分区进行微观形貌观察‚发现 疲劳裂纹自试样表面萌生后‚随着循环载荷的不断 作用向内部不断扩展‚其被撕断的疲劳条纹间距逐 渐加大．从图5～7的（b—d）中可以清楚地看出‚在 疲劳裂纹源区附近、疲劳裂纹稳定扩展区和靠近瞬 断区的快度扩展区‚不同加载条件下疲劳断口的微 观形貌大不一样．随着非比例度（相位差）的增加‚ 疲劳条带被撕断后的撕裂棱和小韧窝在三个区域均 相应地减少．在90°非比例循环加载下‚裂纹扩展的 三个区域已看不到明显的撕裂棱． 其原因是：（1） 在相同等效应变幅的条件下‚ 随着拉、扭应变相位差的增加‚轴向和扭转应变均相 应增加‚比例加载时最小‚90°非比例加载时为最大． 因此‚在试样上与应变相对应的轴向载荷和扭矩也 相应增大‚即轴向应力和剪应力也随相位差的增加 而增加‚疲劳裂纹扩展速率相应加快‚疲劳条纹的间 距也相应增大‚因此撕裂棱相应地减少．（2） 随着 相位差的增加‚轴向应变与剪应变最大值‚即波形的 峰谷值相遇的时间间隔加大．在比例加载时‚两个 应变同时达到最大值和最小值；而对于90°非比例 加载‚当轴向应变为最大时剪应变为零‚反之当剪应 变为最大时轴向应变为零；45°非比例加载正好处于 二者之间；90°非比例加载时‚剪应力在轴向应变为 零时达到极值‚这种作用使得疲劳断口反复受到摩 擦‚结果将疲劳裂纹扩展过程中的撕裂棱和小韧窝 破坏． 2∙2∙3 疲劳条带 尽管在裂纹扩展区内难以观察到较为明显的疲 劳条带‚但在由两个不同疲劳源引发的疲劳裂纹交 汇处附近‚即在撕裂棱的附近观察到疲劳条带‚如 图8所示．其特点是仅仅分布在撕裂棱的附近‚在 离撕裂棱稍远的位置难以观察到． 图8 撕断棱附近的疲劳条带．（a） 比例加载；（b）45°非比例加载 Fig．8 Fatigue striations near the tear planes：（a） proportional loading；（b）45°non-proportional loading 疲劳条带之所以能在撕裂棱附近观察到‚主要 是在撕裂棱形成的过程中由于两边同时存在裂纹‚ 这两个裂纹不在同一平面内．由于在交汇附近裂纹 在不同平面内‚剪切刚度势必减小‚则达到同样的剪 应变需要的剪切应力就相应减小．因此‚剪应力对 裂纹扩展的贡献减小‚轴向正应力对附近的裂纹扩 展起主导作用‚结果在裂纹扩展的过程中‚出现疲劳 条带．一旦裂纹闭合形成一个大裂纹‚在其继续扩 展时观察不到类似的疲劳条带‚而是疲劳纹理．但 是‚并非是在所有的裂纹交汇处均观察到疲劳条带． 因此‚关于多轴循环加载下形成疲劳条带的机制需 要进一步的探索． 2∙3 瞬间断裂区 在瞬时断裂区‚可以发现随着非比例度（相位 差）的增加‚断裂面逐渐变得粗糙和不平坦‚且各瞬 断区均偏离中心．对瞬间断口的微观分析发现‚在 相同等效应变下‚拉伸方向与扭转方向之间的相位 差不同‚其断口的韧窝不同．从图9可以看出‚随着 非比例度（相位差）的增加‚其轴向应变和剪应变分 量加大‚结果在瞬间断裂时韧窝逐渐加深‚且撕裂面 逐渐加大．在韧窝内可以看到晶内第二相强化粒 子‚是产生韧窝的主要根源． 3 结论 （1） 对多轴疲劳试样断口的宏观形貌观察和分 析结果表明‚裂纹萌生于试件缺口根部最外层‚呈现 萌生裂纹的多源性；疲劳裂纹向两侧和内部扩展时‚ 在两个相邻的裂纹源扩展裂纹的交汇处‚形成撕 裂棱． （2） 对疲劳裂纹扩展区的形貌进行微观分析‚ ·388· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷