D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1983.03.007 北京钢铁学院学报 1983年第3期 压应力条件下缺口产生疲劳裂纹的研究 北京钢铁学院精武扬肖纪焚金连疆 首都钢铁公司校计院刘天化 摘要 对超高强钢和铝合金的研究表明，在压一压交变载荷下缺口前端能引发疲劳裂 纹，但其门槛值比拉应力高三倍。压应力下缺口裂纹长到一定尺寸（如0.2~ 0.5mm)后就将停止扩展。如果压应力的最小载荷（绝对值)接近零，则裂纹容 易形成（门栏值和拉应力相近），且能扩展较长的距离。 3 一、.前 言 大量实验表明，如无裂纹试样面存在压缩残余应力（如喷丸处理）则可大大提高其瘦 劳孝命。在这种情况下即使产生疲劳裂纹也往往发源于表层下方拉应力区。因此，一般均认 为压缩应力将不会引起疲劳裂纹的形核和扩展。但在某次事故分析中：发现，在轧机人字齿轮 的压缩应力区出现了疲劳裂纹，在压一压交变应力作用下从缺口处能否引发疲劳裂纹，这是 一个尚未解决的问题。 在疲劳条件下，如把裂纹的形核归因于交替滑移所产生的累积损伤，则在压一压应力作 用下，缺口前端也会产生局部塑性变形，故原则上也会通过累积损伤而形成裂纹。Rid等 用缺口试样研究了预先压缩过载后在压应力作用下疲劳裂纹的形核和扩展〔1)。结果表明， 当裂纹超过过载塑性区后就将止裂。因而他们认为，裂纹的形核和扩展是由过载塑性区中的 残余拉伸应力（它大于压缩疲劳应力）引起的，故他们仍认为纯压应力不会使裂纹形核和扩 展。 本文的目的就是要探讨超高强钢和铝合金在压一压应力作用下缺口产生疲劳裂纹的可能 性及其形核和扩展的规律。 二、试验过程和结果 材料是超高强钢（30CNi,WV)和超高强铝合金(LC),其成分和性能见表1。 试样厚为5mm,缺口深度是7.8mm,其曲半径为0.075mn1,为了便于加载，拉伸 试样的高度是压缩试样（图1）的4倍。用30倍的工具显微镜测量裂纹长度，以裂纹长度为 0,1mm(对超高强钢)和0.05mm（对铝合金)所对应的循环周次作为裂纹形核循环数 (N,)。截止循环则选为10°周。 79 秘北 京 钢 铁 学 院 学 报 年 第 期 压应力条件下缺口 产生疲劳裂纹的研究 北 京 钢 铁 学 院 褚武 扬 肖纪典 金连 强 首都钢铁 公 司般 计 院 刘夭化 摘 要 对超 高强钢和铝合金 的研 究表 明 ， 在 压 一 压 交变载荷下缺 口 前端 能 引发疲劳裂 纹 ， 但 其门 槛值 比 拉应 力 高三 倍 。 压 应 力下 缺 口 裂纹 长 到一 定 尺 寸 如 后 就将停 止扩 展 。 如 果 压 应 力的最 小 载荷 绝对值 接近零 ， 则裂纹容 易形成 门栏值和 拉应 力相近 ， 且 能扩展 较长 的距 离 。 忿 一 、 前 、 目 ， 口 大量 实验表 明 ， 如无 裂纹试 样 表面存在压缩残余应 力 如喷丸 处理 则可大大提 高其疲 劳寿命 。 在这 种 情况下 即使产生疲 劳裂 纹也往往 发源 于表层下方 拉应 力区 。 因此 ， 一 般均认 为压 缩应 力将不 会引起疲 劳裂 纹 的形 核 和扩展 。 但 在某 次事 故分析 中发 现 ， 在 轧 机人 字齿轮 的压 缩应 力 区 出现了疲 劳裂 纹 ， 在 压一压 交 变应 力作用下 从缺 口 处能 否 引发疲 劳裂 纹 ， 这 是 一个尚 未解决的 问题 。 在疲劳条件下 ， 如 把裂 纹 的形核 归 因于 交替滑 移所产 生的 累 积损 伤 ， 则在压 一 压应 力作 用下 ， 缺 口 前端也 会产 生局 部塑 性变形 ， 故原 则 上也 会通 过 累积 损伤 而形成裂纹 。 等 用缺 口 试样研 究 了预 先压缩 过载后 在 压 应 力 作用下疲 劳裂 纹 的形 核 和扩 展 〕 。 结 果 表 明 ， 当裂 纹 超 过过 载 塑 性 区后 就 将止 裂 。 因而他们 认为 ， 裂 纹 的 形核 和扩 展 是 由过 载 塑性 区 中的 残余拉伸应 力 它大 于压 缩疲劳应 力 引起 的 ， 故他们 仍 认为纯 压 应 力不 会使裂 纹形核和 扩 展 。 本文的 目的 就是 要探 讨超 高强钢 和 铝 合 今在 压一压 应 力作用下 缺 口 产 生疲劳裂纹的可能 性及其形核 和 扩 展 的 规 律 。 二 、 试 验过 程 和 结 果 材料是超 高强钢 和 超 高强 铝合 金 ‘ ， 其 成 分和 性能见 表 。 试样厚 为 ， 缺 口 深 度是 ， 其 曲率半径 为 ， 为 了便 于加载 ， 拉伸 试样 的 高度是压缩 试 样 图 的 倍 。 用 倍的 工 具显 微 镜 测量 裂 纹 民度 ， 以 裂 纹 长 度为 对超 高强钢 和 对铝 合金 所 对应 的 循 环周 次 作为 裂 纹形 核 循环数 ‘ 。 截 仁循 环贝 选 为 。 周 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1983．03．007