990 北京科技大学学报 第31卷 展时，剪应力分量较大.在正应力和剪应力的共同 作用下，裂纹张开时断面错开，再闭合，从而导致闭 合应力大大提高，有效应力减小，使得裂纹扩展变得 缓慢.裂纹扩展初期，晶界使裂纹扩展方向发生转 折，导致断口粗糙度的变化从而诱发闭合效应习 随着裂纹深度的增长，裂纹扩展时遇到的晶界越来 越多，闭合效应也越来越明显，导致裂纹扩展速率呈 下降趋势.图4是XC016和20Mn2两种车轴管用 钢在裂纹扩展区时的断口形貌.从图中明显看出， 图3XCQ16钢裂纹源夹杂的形貌 XCQ16的断口明显较20Mn2的断口粗糙.这与寿 Fig.3 Inclusion feat ure of XCQ16 steel in the crack initiation area 命吻合：XCQ16的循环次数为40万次，而20Mn2 ·打 b 图4XCQ16钢(a)和20Mn2钢)裂纹扩展区形貌 Fig 4 Appearances of crack propagation areas in XCQ16 (a)and 20Mn2 steel (b) 的循环次数为26万次 地表现为先上升，后延缓然后再上升.这点从上述 当裂纹扩展到一定深度后，裂纹处于拉应力状 裂纹的断口形貌上可以体现出来，裂纹源处断口形 态，而拉应力诱发的闭合效应不明显.图5为 貌较平整，试样在较大剪应力的作用下快速向前扩 XCQ16钢和20Mn2钢瞬断区的断口形貌.从图中 展.扩展到中部区时，剪应力逐渐变小，晶界的阻碍 可以看出，两种钢的形貌相似，没有扩展区形貌差别 作用开始明显，使断口变得相对粗糙，从而诱发闭合 大，说明瞬断区对材料寿命的影响较小 效应，使裂纹扩展速率减慢.在瞬断区，拉应力的作 对于单个试样来说，由疲劳裂纹扩展的一般规 用明显加强，试样的断口形貌类似于拉伸断口，出现 律可知：裂纹扩展先快后慢再快裂纹扩展速率相应 了大量韧窝.由于拉应力的方向越来越垂直于裂纹 回“"2"” 图5XCQ16钢(a)和20Mn2钢G)瞬断区形貌 Fig.5 Appearances of crack transient areas in XCQ16 (a)and 20Mn2 steel (b)图 3 XCQ16 钢裂纹源夹杂的形貌 Fig.3 Inclusion feature of XCQ16 steel in the crack initiation area 展时 ,剪应力分量较大.在正应力和剪应力的共同 作用下 ,裂纹张开时断面错开, 再闭合, 从而导致闭 合应力大大提高, 有效应力减小 ,使得裂纹扩展变得 缓慢 .裂纹扩展初期 , 晶界使裂纹扩展方向发生转 折 ,导致断口粗糙度的变化, 从而诱发闭合效应 [ 3] . 随着裂纹深度的增长 , 裂纹扩展时遇到的晶界越来 越多,闭合效应也越来越明显,导致裂纹扩展速率呈 下降趋势 .图 4 是 XCQ16 和 20M n2 两种车轴管用 钢在裂纹扩展区时的断口形貌 .从图中明显看出, XCQ16 的断口明显较 20Mn2 的断口粗糙.这与寿 命吻合:XCQ16 的循环次数为 40 万次 , 而 20M n2 图 4 XCQ16 钢(a)和 20Mn2 钢(b)裂纹扩展区形貌 Fig.4 Appearances of crack propagation areas in XCQ16(a)and 20Mn2 st eel(b) 图 5 XCQ16 钢(a)和 20Mn2 钢(b)瞬断区形貌 Fig.5 Appearances of crack transient areas in XCQ16 (a)and 20Mn2 steel (b) 的循环次数为 26 万次. 当裂纹扩展到一定深度后 ,裂纹处于拉应力状 态,而 拉应力诱发的闭合 效应不明显 .图 5 为 XCQ16 钢和 20M n2 钢瞬断区的断口形貌 .从图中 可以看出 ,两种钢的形貌相似 ,没有扩展区形貌差别 大,说明瞬断区对材料寿命的影响较小 . 对于单个试样来说, 由疲劳裂纹扩展的一般规 律可知:裂纹扩展先快后慢再快,裂纹扩展速率相应 地表现为先上升, 后延缓,然后再上升.这点从上述 裂纹的断口形貌上可以体现出来, 裂纹源处断口形 貌较平整 ,试样在较大剪应力的作用下快速向前扩 展 .扩展到中部区时 ,剪应力逐渐变小 ,晶界的阻碍 作用开始明显,使断口变得相对粗糙 ,从而诱发闭合 效应 ,使裂纹扩展速率减慢.在瞬断区 ,拉应力的作 用明显加强 ,试样的断口形貌类似于拉伸断口, 出现 了大量韧窝 .由于拉应力的方向越来越垂直于裂纹 · 990 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷