弹簧疲劳破坏机理

　　弹簧疲劳破坏过程的不同阶段存在着不同的机理，所以，对弹簧疲劳破坏机理的研究通常都要分别研究裂纹萌生与扩展阶段的机理。另一方面，有许多内在和外在的因素都明显或潜在地影响着弹簧疲劳破坏过程，使得复杂多变的弹簧疲劳破坏现象很难用一种统一的理论解释其机理。到目前为上，关于弹簧疲劳破坏机理的研究已取得一些成果，提出了一些关于弹簧疲劳裂纹萌生与扩展的模型，阐述了相应的理论。这些理论各有特点，都可以解释一定条件下的某些弹簧疲劳破坏现象。

　　关于弹簧疲劳裂纹萌生的机理虽然弹簧疲劳裂纹萌生的机制是各式各样的，但对于无表面缺陷的情况，弹簧疲劳袭纹萌生的基本机制是滑移成核。局部区域的塑性变形是裂纹形成的先决条件，应力中的交变部分是形成弹簧疲劳裂纹的关键因素。

　　往复滑移形成挤出物和挤入槽的模型：该模型如图6-56所示，该模型认为弹簧疲劳裂纹萌生的基本机制是滑移成核，在弹簧疲劳断裂的大多数情况下，裂纹都是自表面形成的，若从经历了一定弹簧疲劳循环应力作用后的试样内部取一个试样，其弹簧疲劳强度不低于原材料弹簧疲劳强度，这说明弹簧疲劳过程中材料内部并未受到实质的损伤。

　　若对试样的表面作一定的强化处理就可以提高其弹簧疲劳强度，反之若试件表面作软化处理则要降低弹簧疲劳强度，这说明了表面质量对弹簧疲劳强度的直接影响。进一步的分析表明，弹簧疲劳裂纹的形成与弹簧疲劳过程中试件内部发生的一系列组织变化有关。

　　裂纹形成的先决条件是在表面产生局部塑性变形，对于光滑试件，一般在经历数于周弹簧疲劳循环载荷作用后，试件表面就会出现少量的滑移线，随着试验的继续，滑移线将不断增加，滑移量也遂渐加大，，而旦以后形成的滑移线多半紧靠原有滑移线，而共同组成滑移带，这种滑移带会越来越宽而且加深。如用化学侵蚀或电解抛光方法除去表面层，将有一部分滑移线消失，但些较粗大的滑移带则保留下来，而且在随后的继续循环中又逐渐加宽，形成所谓的驻留滑移带。继续循环下去驻留滑移带又不断加宽，最终就会在这些驻留滑移带上萌生弹簧疲劳裂纹。

　　许多材料在滑移带较大时会产生“挤入”和“挤出”现象，在表面形成隆脊和沟槽，或者呈带状的挤出物。尺寸可达10um，带长从1；um到晶粒尺寸。挤入、挤出量随循环增加而增加，到一定尺寸后，就会在沟槽或“挤入”“挤出”物的表面下形成晶体学切口或裂缝，并逐渐扩展成宏观可见的裂纹。这种挤人、挤出现象在铜、铝、铁、合金钢中都可能发生。

　　驻留滑移带的形成与应力有关，只有在低应力高循环弹簧疲劳时才形成，而在高应力低循环时，裂纹是沿晶的。

　　滑移情况与材料的屈服强度有关，屈服强度低的材料容易在弹簧疲劳过程中产生滑移带，并在驻留滑移带上或在挤入、挤出处产生弹簧疲劳裂纹，而屈服强度愈高，滑移愈困难，弹簧疲劳裂纹就不易萌生。

　　在有共格挛晶界存在时，驻留滑移带通常优先在此出现，并导致弹簧疲劳裂纹的萌生。图6-57所示为铜在弹簧疲劳条件下滑移带和挛晶界相交处形成的弹簧疲劳裂纹，这种现象可能与滑移带和挛品界相交处所发生的“挤入-挤出”有关。

　　多晶体金属的晶界处也是弹簧疲劳裂纹容易萌生的地区。图6-58示出了铁晶界上萌生的弹簧疲劳裂纹。弹簧疲劳裂纹附近的狭窄区域内形成密集的滑移痕迹图6-58c，这说明萌生于晶界上的弹簧疲劳裂纹也是晶体发生大量滑移的结果。

　　位错消毁理论：在弹簧疲劳过程的初始阶段产生了短而细的滑移线，如图6-59所示，可以认为是其两端受阻而造成的位错堆积。因而使滑移面上的位错源停止动作，滑移线因而也就不能发展。当相当靠近的两滑移线间产生了交叉滑移后，使滑移面上堆积的位错消散掉，则这些面上的位错源继续F动，滑移线也继续发展成为滑移带，见图6-59（b）。在平行的两个滑移面上（相距小于10-7cm)两列符号相反的位借相消后，便留下一排空洞如图6-59（c）所示，这孔洞将吸收更多的位错进入，进而发展成一个弹簧疲劳裂纹。