曲軸疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律測(cè)試及形成機(jī)理分析

1、第44卷第1期2008年1月機(jī)械工程學(xué)報(bào)CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERINGVol.44No.1Jan.2008曲軸疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律測(cè)試及形成機(jī)理分析周迅俞小莉(浙江大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院杭州310027摘要：應(yīng)用掃頻法對(duì)柴油機(jī)曲軸疲勞裂紋的擴(kuò)展規(guī)律進(jìn)行實(shí)測(cè)。該方法以諧振式疲勞試驗(yàn)機(jī)為平臺(tái)，根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程中曲軸裂紋擴(kuò)展之后諧振系統(tǒng)共振頻率下降這一現(xiàn)象，通過(guò)系統(tǒng)的掃頻試驗(yàn)來(lái)動(dòng)態(tài)跟蹤裂紋擴(kuò)展的參照信息。在試樣發(fā)生斷裂之后，再根據(jù)斷口形貌對(duì)裂紋的形態(tài)和尺寸進(jìn)行實(shí)測(cè)，輔助以諧振系統(tǒng)的有限元模態(tài)分析來(lái)對(duì)裂紋尺寸的確切值進(jìn)行反推，實(shí)現(xiàn)裂紋尺寸的動(dòng)態(tài)測(cè)量。試驗(yàn)結(jié)果綜合反映

2、了零部件的各種結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)、加工精度、強(qiáng)化處理工藝等因素對(duì)裂紋擴(kuò)展行為的影響。通過(guò)對(duì)4個(gè)試樣進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)曲軸的裂紋擴(kuò)展速率在Paris區(qū)呈現(xiàn)三分段規(guī)律。根據(jù)試件斷口形貌的特征，對(duì)這種規(guī)律性的機(jī)理進(jìn)行推論，認(rèn)為這種規(guī)律是由于在曲軸圓角表層殘余應(yīng)力的影響下，其裂紋前沿的應(yīng)力比在裂紋擴(kuò)展過(guò)程中發(fā)生突變?cè)斐傻摹ｊP(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī)曲軸掃頻法裂紋擴(kuò)展速率殘余應(yīng)力中圖分類號(hào)：TK427FatigueCrackGrowthRegularTestsforEngineCrankshaftandAnalysisontheMechanismZHOUXunYUXiaoli(CollegeofMechanicalandEn

3、ergyEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027Abstract:Thecrackpropagationcharacteristicsofakindofdieselcrankshaftarestudiedbymeasuringthecrackgrowthrateusingthefrequencysweepmethod.Thismethodisbasedonresonantfatiguetestrig.Accordingtotheregularitythattheresonancefrequencywilldropasthecrankshaft&

4、#39;scnackhrdWracksethecracksize'sgrowthratedynamicallybyscanningthespectraoftheresonantsystem.Afterthecrankshaftisbrokenandactualshapeandsizeofthecrackareavailable,finiteelementmodalanalysesareconductedtoaccuratelycalculatethecracksizeatvarioustest-cycletimepoint.Thefrequencysweepmethodisamorec

5、apablemethodthannormalmethods.Itcanbedirectlyappliedtoacomponentevenwithcomplexstructureandhasbeentreatedbyallkindsoftechnologyprocessing.Asacorrespondingresult,thecrackgrowthratecurveplottedhereinwouldsyntheticallyreflectmanyinfluencefactorsonthecrackpropagationbehavior,suchasgeometricparameters,pr

6、ecisionofmachinetoolingandreinforcingtreatments,etc.4crankshaftspecimensaretestedandtheresultshowsthata3-sectionfeatureexistsintheParisregionofthecurve.Accordingtothespecimens'fracturesurfaceprofile,itisconcludedthatthefeature'sformationisduetothestressratio'ssgecdunicilgacrackpropagatin

7、g,whichiscausedbysurfaceresidualstressofthe.Keywords:EnginecrankshaftFrequencysweepmethodCrackgrowthrateResidualstress0前言為了能以定量方式確切地刻畫(huà)機(jī)械構(gòu)件的疲勞失效行為，近幾十年來(lái)，人們?cè)谄谘芯恐虚_(kāi)始使用斷裂力學(xué)方法。其中一個(gè)主要的研究?jī)?nèi)容是對(duì)于裂紋的擴(kuò)展規(guī)律，特別是不同條件下的裂紋擴(kuò)展速率的試驗(yàn)測(cè)定與機(jī)理分析1-5。將斷裂力學(xué)方法應(yīng)用于疲勞可靠性研究時(shí)，其目標(biāo)是建立一種方法，可以利用適當(dāng)?shù)妮d荷參量來(lái)描述裂紋擴(kuò)展的速率。其中，人們所關(guān)心的幾個(gè)主要問(wèn)題20070306收到初

8、稿，20070822收到修改稿有以下幾類：疲勞裂紋的萌生機(jī)理。裂紋萌生之后在什么樣的范圍內(nèi)擴(kuò)展不致于引發(fā)疲勞失效，也就是疲勞裂紋的臨界尺寸的確定。裂紋在臨界尺寸范圍內(nèi)擴(kuò)展的行為特性，如裂紋擴(kuò)展的方式、速率等。各種參數(shù)，如幾何尺寸、殘余應(yīng)力等對(duì)裂紋的萌生以及臨界（安全尺寸范圍內(nèi)擴(kuò)展行為的影響機(jī)理等。針對(duì)第類問(wèn)題，人們通過(guò)大量的材料疲勞試驗(yàn)，不同程度地獲得了一些結(jié)論或經(jīng)驗(yàn)。而對(duì)于第類問(wèn)題，人們也開(kāi)展了一些研究，分析了應(yīng)力比3、殘余應(yīng)力4-5等因素對(duì)裂紋擴(kuò)展行為的影響。綜觀現(xiàn)有的裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)研究，大多數(shù)是應(yīng)用于材料試樣或簡(jiǎn)單構(gòu)件的，對(duì)于具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和多種特定處理工藝的零部件，如曲軸，相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)20

9、08年1月周迅等：曲軸疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律測(cè)試及形成機(jī)理分析239據(jù)和研究結(jié)論還比較缺乏，主要原因是缺乏有效的綜合試驗(yàn)手段。本文應(yīng)用一種新型的裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)方法掃頻法，對(duì)曲軸的裂紋擴(kuò)展速率進(jìn)行了測(cè)試。并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，分析了其裂紋擴(kuò)展規(guī)律和這種規(guī)律的形成機(jī)理。1用掃頻法測(cè)試材料疲勞裂紋擴(kuò)展原理掃頻法應(yīng)用于諧振式彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)，是一種基于力學(xué)剛度原理的機(jī)械零部件疲勞裂紋擴(kuò)展測(cè)試方法。它在原有疲勞試驗(yàn)過(guò)程中加入掃頻試驗(yàn)環(huán)節(jié)。并根據(jù)實(shí)測(cè)裂紋位置與形態(tài)預(yù)制含裂紋CAD模型進(jìn)行模態(tài)分析與應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算，完成裂紋擴(kuò)展速率的測(cè)試。試驗(yàn)流程如圖1所示。圖1掃頻法曲軸裂紋擴(kuò)展速率測(cè)定流程通過(guò)每隔一定循環(huán)次數(shù)的掃頻試

10、驗(yàn)，可以獲取在受迫振動(dòng)條件下試驗(yàn)系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)隨試件裂紋擴(kuò)展的變化情況。結(jié)合對(duì)試驗(yàn)臺(tái)諧振系統(tǒng)的模型分析建立的數(shù)據(jù)擬合方法，對(duì)掃頻試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理得到試驗(yàn)系統(tǒng)的共振頻率p隨循環(huán)加載次數(shù)N之間的關(guān)系，即p-N曲線。在疲勞試驗(yàn)完成，試件斷裂之后，通過(guò)斷口形貌的觀察和CAD模型裂紋預(yù)制，對(duì)諧振系統(tǒng)進(jìn)行有限元分析，可以得到系統(tǒng)的共振頻率p和試件裂紋尺寸a之間的關(guān)系，也即ap曲線；結(jié)合pN曲線和ap曲線，即可猶得試件裂紋的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展規(guī)律，即a-N曲線。然后根據(jù)國(guó)標(biāo)6推薦的七點(diǎn)遞增二次多項(xiàng)式法，擬合得到da/dN-N曲線，最后將計(jì)算所得到的各個(gè)裂紋尺寸a對(duì)應(yīng)的裂紋前沿應(yīng)力強(qiáng)度因子變程？K與以上數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)起來(lái)繪制

11、于雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)，得到da/dN?K曲線。掃頻法突破了常規(guī)裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)方法的限制，它可以對(duì)具有特定結(jié)構(gòu)和處理工藝的零部件直接進(jìn)行測(cè)試，因而試驗(yàn)結(jié)果可以較全面地反映零部件的各種結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)、加工精度和強(qiáng)化處理工藝等因素對(duì)裂紋擴(kuò)展行為的影響。2曲軸疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)方法及試驗(yàn)參數(shù)2.1試驗(yàn)平臺(tái)本文對(duì)曲軸疲勞裂紋擴(kuò)展的試驗(yàn)實(shí)例使用臥置式諧振疲勞試驗(yàn)臺(tái)。試驗(yàn)載荷的偏差小于玄,轉(zhuǎn)速波動(dòng)小于W.3%,試驗(yàn)載荷的波動(dòng)率小于W.5%。2.2試樣對(duì)象試驗(yàn)對(duì)象為某六缸增壓柴油機(jī)曲軸。隨機(jī)抽樣2根曲軸，取其2、5拐作為試驗(yàn)樣本，編為14號(hào)。試件材料42CrMo,鍛造毛坯，機(jī)加工成形，主要工藝措施包括熱處理表面氮化，圓角滾

12、壓處理等。其材料的主要力學(xué)參數(shù)以及試件的主要幾何參數(shù)如下表所示。表1試驗(yàn)樣本曲軸的基本參數(shù)參數(shù)數(shù)值抗拉強(qiáng)度（rb/MPa880單性年K量E/GPa208泊松比0.28主軸頸直徑D1/mm100曲柄銷(xiāo)直徑D2/mm82曲柄臂厚度6/mm272.3載荷條件試驗(yàn)在恒幅對(duì)稱循環(huán)載荷條件下完成。對(duì)各試樣采用統(tǒng)一載荷幅值。在額定功率下，該曲軸的名義工作彎矩約為2540Nm,試驗(yàn)中采用1.7倍的強(qiáng)化系數(shù)，即試驗(yàn)彎矩幅值14318NmM-二？試驗(yàn)中使曲軸在彎曲循環(huán)載荷條件下運(yùn)行，平均間隔104次進(jìn)行一次掃頻試驗(yàn)。至接近斷裂時(shí)，將其從試驗(yàn)臺(tái)上卸下，通過(guò)敲擊使之?dāng)嗔驯┞冻隽鸭y面，以便觀察、測(cè)量裂紋擴(kuò)展的軌跡。3曲

13、軸疲勞裂紋擴(kuò)展實(shí)測(cè)結(jié)果曲軸的裂紋一般產(chǎn)生于連桿軸頸或主軸頸與曲臂之間的過(guò)渡圓角處，并沿與曲拐約45夾角擴(kuò)展。裂紋形態(tài)則多為半橢圓形，圖2為1號(hào)試件曲軸斷口的表面形貌，貝殼狀條紋為疲勞輝紋，從小圈到機(jī)械工程學(xué)報(bào)第44卷第1期240大圈順次記錄了疲勞裂紋前沿?cái)U(kuò)展的歷程。裂紋的真實(shí)形態(tài)及尺寸的確切值可以在斷口形貌上直接觀測(cè)，其特征尺寸表示為圖3的形式。靜態(tài)擴(kuò)展特征圖21號(hào)曲軸的斷口形貌圖3曲軸裂紋的幾何描述對(duì)半橢圓表面三維裂紋，以a表示裂紋深度，以b表示其寬度，如圖3所示，實(shí)際裂紋形態(tài)即為同心橢圓族與曲軸體重合的部分（陰影部分。應(yīng)用測(cè)量顯微鏡對(duì)斷口形貌進(jìn)行了測(cè)量，以裂紋深度a為參照，通過(guò)對(duì)CAD模型

14、預(yù)制裂紋進(jìn)行模態(tài)分析得ap曲線，并與掃頻試驗(yàn)數(shù)據(jù)Np曲線對(duì)應(yīng)，可得到如圖4所示的aN曲線。圖4隨循環(huán)次數(shù)增加裂紋深度擴(kuò)展曲線利用預(yù)制裂紋的CAD模型，可應(yīng)用15節(jié)點(diǎn)1/4奇異元對(duì)裂紋前沿的奇異性應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行模擬計(jì)算，并進(jìn)而應(yīng)用1/4點(diǎn)位移法計(jì)算得到各尺寸下的應(yīng)力強(qiáng)度因子K7,由于試驗(yàn)載荷為單純的彎曲應(yīng)力，故試驗(yàn)條件下試件的裂紋為張開(kāi)型裂紋，則有K=KI式中，KI為張開(kāi)型裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子。在對(duì)稱循環(huán)載荷下應(yīng)力強(qiáng)度因子變程為5所示。II2KK?=綜合以上數(shù)據(jù)，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中繪制裂紋擴(kuò)展速率曲線，如圖圖5裂紋擴(kuò)展速率曲線4裂紋擴(kuò)展速率曲線的擬合大量材料試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，典型的裂紋擴(kuò)展速率曲線可分為裂紋萌

15、生和初期發(fā)展的近門(mén)檻區(qū)(A、穩(wěn)態(tài)發(fā)展的中間區(qū)(B以及對(duì)應(yīng)裂紋快速發(fā)展的臨界區(qū)(C。對(duì)大多延性材料來(lái)說(shuō)，依據(jù)近門(mén)檻值？K0的疲勞設(shè)計(jì)都是過(guò)于保守的，也往往與零部件本身的功能性要求發(fā)生沖突而很難實(shí)現(xiàn)。多數(shù)情況下，對(duì)中間裂紋擴(kuò)展期裂紋擴(kuò)展規(guī)律往往成為疲勞可靠性設(shè)計(jì)的主要參考依據(jù)，因而在工程應(yīng)用領(lǐng)域中，中間區(qū)研究一直是受關(guān)注較多的課題。在該區(qū)，裂紋擴(kuò)展曲線可以表示為如下形式(dlglglgdaCmKN?=+?式中C,m和材料相關(guān)的常數(shù)通常稱上式為Paris公式。雖然它只是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，但迄今為止的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在分析多種材料及多種試驗(yàn)條件下的疲勞裂紋擴(kuò)展中，它仍然是最適用的表達(dá)式。這種方法目前已經(jīng)被廣

16、泛用來(lái)描述在裂紋頂端存在小范圍塑性變形條件下的疲勞裂紋擴(kuò)展問(wèn)題。觀察圖5的曲線，大輪廓呈現(xiàn)三個(gè)不同的擴(kuò)展區(qū)段，用單一線段對(duì)中間數(shù)據(jù)較為集中的區(qū)域進(jìn)行擬合，可得到如圖6a所示的擬合形式。其擬合公式為3.22IId0.17(3.19,5.86daKKN=?從擬合優(yōu)度上看，圖6a的擬合形式分散帶較大，對(duì)于本試驗(yàn)實(shí)例而言并不理想，需要采用更為細(xì)致的擬合形式。通過(guò)對(duì)比驗(yàn)算，可確定使用三分段折線擬合方2008年1月周迅等：曲軸疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律測(cè)試及形成機(jī)理分析241式能獲得較理想的效果，該擬合方法進(jìn)一步將B區(qū)再分為三個(gè)小段即B1、B和B3。如圖6b所示。其擬合公式為(712.73II2.23II3.71I

17、I6.78103.19,3.76d0.733.76,4.59d0.0764.59,5.86KKaKKNKK?X?工?=?6?件胖件件 氏試試試 AN-# 胃 ( 234 30圖6裂紋擴(kuò)展速率曲線擬合曲軸裂紋擴(kuò)展曲線在中間區(qū)段上所呈現(xiàn)的三分段形式，表現(xiàn)了作為實(shí)體試驗(yàn)對(duì)象，裂紋擴(kuò)展的特有規(guī)律。這個(gè)趨勢(shì)在表觀上是比較明顯的，而且單獨(dú)看所有的14號(hào)試樣，均呈現(xiàn)了這樣的特征，據(jù)此推斷：這種規(guī)律性不是試驗(yàn)誤差所衍生的，而是試驗(yàn)對(duì)象固有的。需要說(shuō)明的是，嚴(yán)格判定裂紋擴(kuò)展進(jìn)入Paris區(qū)是以斷口的理化檢驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)的，當(dāng)裂紋頂端塑性區(qū)跨越多個(gè)晶粒產(chǎn)生雙滑移機(jī)制時(shí)認(rèn)為裂紋擴(kuò)展進(jìn)入Paris區(qū)。工程上也常據(jù)材料的

18、性質(zhì)按經(jīng)驗(yàn)裂紋擴(kuò)展速率作為依據(jù)，一般認(rèn)為裂紋擴(kuò)展速率在10610七mm/循環(huán)以上時(shí)即進(jìn)入了Paris區(qū)。由于針對(duì)曲軸的這類試驗(yàn)?zāi)壳伴_(kāi)展不多，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)尚比較缺乏。本文取5X10-6mm/循環(huán)為判據(jù)，當(dāng)裂紋擴(kuò)展速率超過(guò)該值后，認(rèn)為進(jìn)入Paris區(qū)。5裂紋擴(kuò)展規(guī)律描述及機(jī)理分析圖7曲軸裂紋擴(kuò)展速率兩次轉(zhuǎn)折示意圖試件的幾何特征及裂紋形式、載荷比、材料的微觀組織結(jié)構(gòu)等對(duì)裂紋擴(kuò)展具有影響。而已有研究表明應(yīng)力比是其中一個(gè)較為顯著的因素3-5o根據(jù)這些經(jīng)驗(yàn)以及曲軸的實(shí)際加工過(guò)程可初步判定：造成曲軸Paris裂紋擴(kuò)展區(qū)呈三分段特征的原因應(yīng)在于載荷比的變化或裂紋尖端材料微觀組織結(jié)構(gòu)的變化。而最主要的原因是裂紋

19、跨越曲軸圓角殘余應(yīng)力區(qū)時(shí)，裂紋前沿應(yīng)力比的突變。而通過(guò)下面對(duì)曲軸裂紋擴(kuò)展規(guī)律的描述進(jìn)一步輔證了這一機(jī)理。5.1中間擴(kuò)展區(qū)及臨界擴(kuò)展區(qū)對(duì)稱循環(huán)載荷（應(yīng)力比r=T若加載到一個(gè)均質(zhì)、無(wú)殘余應(yīng)力的物體上，物體內(nèi)部也具有相同的應(yīng)力比，這種情況下，裂紋的擴(kuò)展速率保持為一個(gè)平穩(wěn)的趨勢(shì)。且裂紋橢圓的短長(zhǎng)軸比a/b也一般保持一個(gè)小于1的定值。但由于曲軸圓角上經(jīng)歷了表面氮化、滾壓等工藝措施，殘余應(yīng)力將導(dǎo)致裂紋在相應(yīng)區(qū)域內(nèi)擴(kuò)展時(shí)，裂紋前沿應(yīng)力比具有不同于外在載荷比的值。而當(dāng)裂紋在跨越該區(qū)域時(shí)，裂紋前沿應(yīng)力比將發(fā)生兩次突變，這就導(dǎo)致了裂紋擴(kuò)展的不連續(xù)性，從而使曲軸裂紋的Paris擴(kuò)展區(qū)的裂紋擴(kuò)展曲線具有了三分段的形式

20、。曲軸圓角上的殘余應(yīng)力區(qū)如圖7環(huán)形灰色斜線填充區(qū)域所示，源于曲軸圓角內(nèi)側(cè)的裂紋在萌生初期，橫、縱兩個(gè)方向上的裂紋尖端點(diǎn)均處于殘余應(yīng)力區(qū)內(nèi)部，也即裂紋的整個(gè)前沿都在殘余應(yīng)力區(qū)之內(nèi)。隨著裂紋的擴(kuò)展，縱向（橢圓短軸正前沿（小二九苴先跨越殘余應(yīng)力區(qū)，進(jìn)入B1區(qū)。此后的一段時(shí)間內(nèi)，由于裂紋在縱向前沿?cái)U(kuò)展方向上不受殘余應(yīng)力的影響，所受阻力較小，故裂紋在縱向前沿上擴(kuò)展速率增加較快。裂紋面的縱橫向尺寸比例a/b增加。在彎矩載荷的作用下，縱向前沿上所承擔(dān)的裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力比例下降，而橫向（橢圓長(zhǎng)軸左右兩個(gè)擴(kuò)展前沿（？=0,?=社所承載的裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力的比例增加。直至在兩個(gè)方向上這種裂紋阻力達(dá)到相機(jī)械工程學(xué)報(bào)第44

21、卷第1期242對(duì)平衡，則裂紋在縱向上的擴(kuò)展速率的增加又會(huì)慢下來(lái)，這時(shí)裂紋進(jìn)入B2區(qū)擴(kuò)展。從曲軸的斷口形貌上觀察，裂紋在B1區(qū)擴(kuò)展的尺寸特征是相當(dāng)明顯的。在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，甚至出現(xiàn)了橢圓短軸a大于其長(zhǎng)軸b的情況。據(jù)本實(shí)例的實(shí)測(cè)結(jié)果，在B1區(qū)對(duì)應(yīng)的平均裂紋深度范圍約為24mm,而寬度范圍則約為3.26.1mm。最大短軸長(zhǎng)軸尺寸比a/b約為1.1。在B2區(qū)中，由于有較大比例的裂紋面處于殘余應(yīng)力區(qū)，在縱、橫向前沿上的裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力達(dá)到相對(duì)平衡的情況下，da/dN顯得相對(duì)比較平穩(wěn)。B2區(qū)的末端對(duì)應(yīng)的是裂紋擴(kuò)展對(duì)殘余應(yīng)力區(qū)的第二次跨越。這一次跨越殘余應(yīng)力區(qū)的是裂紋的橫向前沿（橢圓長(zhǎng)軸的左右兩個(gè)正前沿。完成

22、這次跨越之后，裂紋前沿上應(yīng)力強(qiáng)度因子最大的三個(gè)點(diǎn)（即縱向正前沿和兩個(gè)橫向正前沿均脫離了殘余應(yīng)力區(qū)，這時(shí)裂紋的擴(kuò)展再次變的活躍，進(jìn)入B3擴(kuò)展區(qū)。據(jù)本例斷口形貌實(shí)測(cè)，裂紋進(jìn)入B3區(qū)時(shí)，裂紋深度a約為912mm,此時(shí)裂紋面面積已經(jīng)占到接近危險(xiǎn)斷面總面積的10%。在不長(zhǎng)的時(shí)間后裂紋進(jìn)入C區(qū)，并在疲勞擴(kuò)展之外伴隨不同程度的解理、沿晶和纖維狀斷裂等靜態(tài)擴(kuò)展模式（如圖2所示，裂紋擴(kuò)展速度急劇加快，大約再經(jīng)過(guò)不到5X105次后發(fā)生完全斷裂。5.2近門(mén)檻值擴(kuò)展區(qū)上述對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展的討論對(duì)近門(mén)檻值擴(kuò)展區(qū)（A區(qū)未做詳細(xì)的描述。這一區(qū)段的疲勞裂紋的擴(kuò)展主要涉及非連續(xù)失效過(guò)程，其疲勞裂紋擴(kuò)展速率小于每循環(huán)10-6mm。

23、該區(qū)的應(yīng)力強(qiáng)度因子變程與疲勞裂紋擴(kuò)展的門(mén)檻值？K0差別不大。通?？捎貌僮?？K0來(lái)代替理想？K0,前者指裂紋最大擴(kuò)展速率不超過(guò)臨界值（一般為每循環(huán)10-8mm的？K，該臨界值取決于裂紋檢測(cè)系統(tǒng)的精度以及前后兩次檢測(cè)裂紋長(zhǎng)度之間所經(jīng)歷的循環(huán)數(shù)。目前已經(jīng)有一些方法對(duì)疲勞門(mén)檻值？K0進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定。如常用的載荷遞減降K梯度技術(shù)、自停滯預(yù)裂紋應(yīng)力遞增技術(shù)以及變載荷比技術(shù)等。根據(jù)測(cè)定疲勞門(mén)檻值的方法各不相同，文獻(xiàn)中所報(bào)導(dǎo)的有關(guān)數(shù)據(jù)的精度有很大的差別，主要原因是各試驗(yàn)方法中的人為因素對(duì)疲勞門(mén)檻值測(cè)量結(jié)果的影響會(huì)超過(guò)微觀組織結(jié)構(gòu)或力學(xué)參數(shù)的內(nèi)在效應(yīng)。也由于這個(gè)原因，在對(duì)裂紋擴(kuò)展機(jī)制解釋時(shí)，應(yīng)根據(jù)？K0操作定義并

24、采取比較謹(jǐn)慎的態(tài)度。在本例中，由于裂紋的檢測(cè)手段精度有限，故所得到的在A區(qū)的有效數(shù)據(jù)十分散亂，未能作出規(guī)律性的總結(jié)，對(duì)于操作？K0的值只能有個(gè)大致估計(jì)。6結(jié)論(1應(yīng)用掃頻法對(duì)4個(gè)試樣進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)了該曲軸的裂紋擴(kuò)展速率在Paris區(qū)呈現(xiàn)三分段規(guī)律。根據(jù)試件曲軸的加工特點(diǎn)以及斷口形貌所呈現(xiàn)的特征，對(duì)這種規(guī)律性的機(jī)理進(jìn)行了推論，認(rèn)為這種規(guī)律與曲軸圓角表層殘余應(yīng)力有直接的關(guān)系。(2隨著內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)一步強(qiáng)化，其關(guān)鍵受力零部件在材料選用和加工工藝上不斷革新，傳統(tǒng)上采用的以裂紋萌生來(lái)判定零部件失效的方法表現(xiàn)出其片面性。通過(guò)裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)來(lái)認(rèn)識(shí)零部件的裂紋擴(kuò)展規(guī)律，有利于在此基礎(chǔ)上更準(zhǔn)確的評(píng)估實(shí)際可達(dá)到的使用壽命并制定更加合理的使用和修理規(guī)范。參考文獻(xiàn)1 HANLONAT,TABACHNIKOVAED,SURESHS.FatiguebehaviorofnanocrystallinemetalsandalloysJ.InternationalJournalofFatigue,2005,27(10-12:1147-1158.2 SADANANDAK,VASUDEVANBAK.FatiguecrackgrowthbehavioroftitaniumalloysJ.InternationalJournalofFatigue,2005,27(1012:1255-1266.3 Z