吕绪明等：铸造奥氏体不锈钢的疲劳裂纹扩展 ·59· =6.0kN P=06kN P=6.0kN P=2.4kN 时间 =6.0kNP=0.6kN -6.0kNR=-0.1 4.2kN P 0.6kN 40kNR-0.1 时间 时间 b (e) 图4两步高一低幅载荷谱.(a)最大载荷保持不变：(b)最小载荷保持不变：(c)载荷比保持不变 Fig.4 Schematic illustration of high-ow loading sequence:(a)the same maximum load in both loading steps:(b)the same minimum load in both loading steps:(e)the same R ratio in both loading steps 表2恒幅载荷疲劳裂纹扩展 Table 2 Fatigue crack growth under constant amplitude loading 试样编号 R P/N do/mm d/mm N/周次 0-1 0.1 6 8.95 24.49 919785 0-2 0.3 6 9.24 24.86 1340996 0-3 0.5 9.28 24.63 879878 0-4 0.7 12 9.15 20.87 1048549 注：0一外载荷作用线与缺口根部之间的距离；a:一试验结束时最终裂纹长度：N一试验结束时加载循环次数. 表3单峰过载疲劳裂纹扩展 Table 3 Fatigue crack growth under constant amplitude loading with single tensile overload 试样编号 R P/kN do/mm PoL/kN doL/mm NoL/周次 a/mm NI周次 1-1 0.1 6 9.52 8.7 11.84 184192 27.14 510905 1-2 0.1 6 9.08 11.4 11.48 200062 26.69 876105 1-3 0.1 6 9.56 14.1 11.99 386620 23.87 2689407 注：aoL一过载时的裂纹长度：NaL一过载前加载循环次数 表4两步高一低幅载荷疲劳裂纹扩展 Table 4 Fatigue crack growth under high-ow loading sequence 试样编号 R % Pimn /kN P2mn/kN do/mm au/mm N:/周次 a/mm N/周次 2-1 0.1 0.4 6 6 9.72 17.99 450096 25.82 594607 2-2 0.1 0.143 6 4.2 9.81 17.99 374161 25.94 641145 2-3 0.1 0.1 6 4 9.52 17.98 631116 25.95 956658 注：R:,R2一高、低幅载荷时的应力比：P1,P:一高、低幅载荷时的最大载荷：au一高载荷加载结束时的裂纹长度：Nu一高载荷加载结 束时加载循环次数 2 结果与讨论 AK=△P(2+a) 1Vm1-)a(0.86+4.64a- 疲劳裂纹扩展试验结果一般是疲劳裂纹扩展速率 13.32a2+14.72a3-5.6a). (1) da/dN和应力强度因子范围△K的关系曲线，即Paris 其中，△P表示外加载荷，t为试样的厚度，W为试样 公式表示.标准紧凑拉伸试样的应力强度因子范围 的宽度，a=a/W,a表示从外加载荷作用线开始测量 △K可以由下式进行计算圆： 的裂纹长度.根据ASTM E647-11,推荐试样的厚度吕绪明等: 铸造奥氏体不锈钢的疲劳裂纹扩展 图 4 两步高--低幅载荷谱． ( a) 最大载荷保持不变; ( b) 最小载荷保持不变; ( c) 载荷比保持不变 Fig． 4 Schematic illustration of high-low loading sequence: ( a) the same maximum load in both loading steps; ( b) the same minimum load in both loading steps; ( c) the same Ｒ ratio in both loading steps 表 2 恒幅载荷疲劳裂纹扩展 Table 2 Fatigue crack growth under constant amplitude loading 试样编号 Ｒ Pmax / kN a0 /mm af /mm Nf /周次 0--1 0. 1 6 8. 95 24. 49 919785 0--2 0. 3 6 9. 24 24. 86 1340996 0--3 0. 5 8 9. 28 24. 63 879878 0--4 0. 7 12 9. 15 20. 87 1048549 注: a0—外载荷作用线与缺口根部之间的距离; af—试验结束时最终裂纹长度; Nf—试验结束时加载循环次数． 表 3 单峰过载疲劳裂纹扩展 Table 3 Fatigue crack growth under constant amplitude loading with single tensile overload 试样编号 Ｒ Pmax / kN a0 /mm POL / kN aOL /mm NOL /周次 af /mm Nf /周次 1--1 0. 1 6 9. 52 8. 7 11. 84 184192 27. 14 510905 1--2 0. 1 6 9. 08 11. 4 11. 48 200062 26. 69 876105 1--3 0. 1 6 9. 56 14. 1 11. 99 386620 23. 87 2689407 注: aOL—过载时的裂纹长度; NOL—过载前加载循环次数． 表 4 两步高--低幅载荷疲劳裂纹扩展 Table 4 Fatigue crack growth under high-low loading sequence 试样编号 Ｒ1 Ｒ2 P1max / kN P2max / kN a0 /mm aH /mm NH /周次 af /mm Nf /周次 2--1 0. 1 0. 4 6 6 9. 72 17. 99 450096 25. 82 594607 2--2 0. 1 0. 143 6 4. 2 9. 81 17. 99 374161 25. 94 641145 2--3 0. 1 0. 1 6 4 9. 52 17. 98 631116 25. 95 956658 注: Ｒ1，Ｒ2—高、低幅载荷时的应力比; P1max，P2max—高、低幅载荷时的最大载荷; aH—高载荷加载结束时的裂纹长度; NH—高载荷加载结 束时加载循环次数． 2 结果与讨论 疲劳裂纹扩展试验结果一般是疲劳裂纹扩展速率 da / dN 和应力强度因子范围 ΔK 的关系曲线，即 Paris 公式表示． 标准紧凑拉伸试样的应力强度因子范围 ΔK 可以由下式进行计算［13］: ΔK = ΔP( 2 + α) t W槡 ( 1 － α) 3 /2 ( 0. 886 + 4. 64α － 13. 32α2 + 14. 72α3 － 5. 6α4 ) ． ( 1) 其中，ΔP 表示外加载荷，t 为试样的厚度，W 为试样 的宽度，α = a /W，a 表示从外加载荷作用线开始测量 的裂纹长度． 根据 ASTM E647--11，推荐试样的厚度 · 95 ·