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压缩弹簧疲劳断口区域有哪几个?

时间:2020-10-30 14:31:35 来源:辉簧弹簧 点击:

  压缩弹簧疲劳断口区域有哪几个?
 
  压缩弹簧作为工业产品中不可缺少的基础元件,压缩弹簧的性能直接关系到工业产品整体的质量水平的高低。关于弹簧的问题中,经常碰到和最终要解决的问题是“弹簧疲劳断裂及应力松弛”。这是弹簧工作过程中失效的两种主要形式。弹簀工作中后者更为普遍。应力松弛及弹性衰减的现象意味着弹簀弹性功能的部分丧失,甚至全部丧失。由此可见,提高弹簧疲劳寿命研究应力松弛和弹性衰退的规律及影响因素,对研制新的弹簧材料及抗应力处理技术,对不断提高企业和行业竞争力,对国民经济的发展,不断提高我国弹簧产品及弹性材料研制的科学技术水平,都有重大意义。
 
  压缩弹簧疲劳断口附近无明显的塑性变形,是脆性断裂。典型的疲劳断口可明显的分为三个具有不同形貌特征的区域,即疲劳核心区、疲劳裂纹扩展区和瞬时破断区,它们分别代表了疲劳破坏的不同历程。下面分别讨论三个区域的特征。
 
压缩弹簧
 
  一、疲劳核心(或称疲劳源)
 
  用肉眼或用低倍放大镜就能大致判断其位置,它是疲劳破坏的起点。在疲劳断口上,它是一个光滑、细洁的扇形小区域。实际上,真正的疲劳源是大致位于“扇”柄处的裂纹萌生和微观裂纹(几十微米长)扩展处,关于它的形成过程将在机理研究中详细分析。
 
  大部分的光亮区是当裂纹长在1mm以下时裂纹缓慢扩展期形成的,这一阶段裂纹张开位移小,扩展缓慢,反复的张开和闭合使断口两面相互挤磨,形成了断口上最细滑的区域。在此区域,一也常看到以疲劳核心为中心的贝纹线向外发射,有的还可见向四周辐射的放射台阶或线痕,并可延伸到很远的地方,这说明疲劳裂纹不是简单的一个宏观平面,而是沿着一系列具有高度差的宏观平面向周围扩展,这时,疲劳核心往往是一条锯齿状的微裂纹,或者在核心区存在若干疲劳源。
 
  疲劳核心一般总是在表面处形成,但如果构件内部存在缺陷,如脆性夹杂物、空洞、化学成份的偏析,或进行了某种表面处理等,也可能在“皮下”或内部产生。疲劳核心的数目有时不止一个,可能有两个甚至两个以上,尤其是低周疲劳,断口常有几个位于不同位置的疲劳核心。
 
  二、疲劳裂纹扩展区
 
  这是疲劳断口上最重要的特征区域,很多情况下,它占据了断口的大部分区域。在此区内,表面比疲劳核心区粗糙、发暗,常可见呈现贝纹状、蛤壳状或海滩波纹状的条纹。这些条纹以裂纹核心为中心,向四周扩散,形成一簇弧形线条,它们垂直于裂纹扩展方向。裂纹形成后,拉应力作用时,裂纹张开,钝化,受压或卸载时闭合,裂纹重新锐化,再一次循环受拉,由于的应力集中,发生亚临界扩展,便留下一条疲劳辉纹,这些辉纹肉眼难于分辨。而可见的贝纹线多是由载荷谱的波动所致,机器的起动与关闭,或运转过程中偶然因素引起的应力波动等都会促使贝纹线产生。而在实验室里作恒应力或恒应变试验时,载荷谱较稳定,断口一般无此特征,此时疲劳断口表面由于多次反复压缩而磨擦,使该区变得光滑、呈细晶状,有时甚至光洁得像瓷质状结构。对于低周疲劳,也观察不到此种贝纹线。
 
  由疲劳核心区发展过来的台阶,在扩展区越发展台阶越大,成为一条条由裂纹源发出的放射条纹,这些条纹与贝纹线相垂直。
 
  三、瞬断区
 
  这是疲劳裂纹扩展到临界尺寸后失稳扩展所形成的区域,它的特征与静载拉伸断口中快速断裂的放射区及剪切唇相似,放射区和剪切唇的有无、大小与材斜的特性及载荷的历程有关。载荷较大或有突然超载的情况时两个特征形貌明显,且占断口的比例也较大,若载荷较稳定,对某些材料的断口就可能看不到明显的放射区,而只有剪切唇,瞬断区也较小。但有些较脆材料的断口,瞬断区就呈结晶状的脆性断口特征了。
 
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