振动时效提高焊件疲劳寿命的影响,可以先看疲劳是怎样破坏焊接工件的。 焊件疲劳破坏的过程分为三个阶段,即裂纹萌生阶段、裂纹扩展阶段和瞬时断裂阶段。 试件的疲劳寿命(N)主要由裂纹萌年寿命(No)和裂纹扩展寿命(Nf)两部组成,即N=No+Nf。
疲劳裂纹的萌生总是先在应力最高、强度最弱的基体上形成。裂纹萌生的过程,首先在应力最大点处产生局部的塑性变形(范性流变),形成很小的散布于弹性介质的塑性核,塑性核处于弱性介质传递到核上的交变载荷的影响之下,由于交变载荷的作用,使滑移带沿着滑移而产生滑移,滑移带被晶界(或其它障碍)阻挡,积塞的位错所引起的应力集中,促使裂口成核,萌生裂纹。
试件经振动时效处理后,由于高残应力的降低,应力分布的均化,减小了应力集中的影响;另外,由于位错积塞、缠结和网状化程度的增大及位错密度的增加,使滑移带滑移、受阻、积塞更加困难,从而延缓了疲劳裂纹的成核时间,使裂纹萌生寿命(No)增大。
疲劳裂纹萌生后,进入裂纹扩展阶段,即微裂纹扩展和宏观裂纹扩展阶段,在裂纹扩展的第一阶段,裂纹在交变应力的持续作用下,裂纹尖端将沿着与应力轴成45°方向的滑移面扩展;裂纹在扩展的第二阶段为正向扩展阶段,在交变应力作用下,裂纹与应力轴成90°方向扩展。
振动时效一方面调整和均化了残余应力,有效地消除了应力集中的影响,减弱了使位错滑移的驱动力。另一方面,由于位错组态变化和位错密度增加,使滑移运动阻力增大,提高了临界强度因子(KO)值,使裂纹扩展所需能量增大,有利于延缓裂纹的扩展。此外,平均应力等因素对裂纹扩展也有影响,振动时效起到了降低平均应力的作用。从而降低了裂纹扩展速率,综合作用的结果将使裂纹扩展寿命(Nf)增加。 |