材料或构件在变动载荷的持续作用下产生裂纹,直至失效或断裂的现象称为疲劳。
位错→滑移带→裂纹。
当金属受到一定大小的疲劳应力的作用时,在开头的几百或几千周内,在一些取向有利的晶粒表面出现细直而均匀分布的滑移线。但随循环载荷的继续作用,少数滑移线突然变得集中且变宽而形成粗滑移带,它们之间存在着很大一片没有或很少有明显的进一步滑移的区域(图6)。这些粗滑移带的出现,近似地对应于硬化进入饱和。到了20世纪50年代福赛思(P.J.E.Forsyth)首先在Al-Cu合金中观察到疲劳过程中有金属薄片从这种滑移带内挤出,随后汤普森(N.Thomp-son)等人发现这种滑移带具有“驻留”(persistent)的性质,即它们在试样表面侵入得较深,不易用电解抛光去掉,即使能够去掉,在进一步的疲劳变形中它们还在原来的地方出现,因此称为“驻留滑移带”,简写为PSB(per-sistent
slip band)。PSB
出现后,它们集中了大部分外加循环范性形变,而其间较硬的基体没有或很少有变形。这种循环形变的局部化正是导致疲劳裂纹萌生的主要原因之一。
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在通常的情况下,疲劳裂纹在金属的自由表面或接近表面下的某些“奇异点”萌生。概括起来,存在三种主要类型的疲劳裂纹成核位置,它们是驻留滑移带(PSB)、晶粒间界和表面夹杂物。裂纹在
PSB内萌生是一种最基本的裂纹成核方式。由于
PSB内大量无规和不可逆的循环滑移形变,在表面形成滑移台阶、挤出片或侵入沟,从而发展成为一种具有严重应力集中的区域,有利于裂纹萌生。高应变疲劳时,不再出现与
PSB有关的循环形变局部化。当晶界较弱时,它往往成为裂纹优先成核的地点,但晶界型的成核也是由循环滑移过程控制的。夹杂物所造成的应力集中效应能够引起循环滑移局部化,导致夹杂物与基体界面的脱开或夹杂物本身的开裂。
现很多研究者用SEM-ECC(电子通道衬度)技术观察PSB,取得了不错的效果。
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图中浅色且有位错的区域即为[-123]铜单晶PSB形貌。
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用ECC技术观察位错组态演化
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