杂物引起的，因此提出了第二相、夹杂物和基体界面开裂的疲劳裂纹萌生机 理。
通过从第二相或夹杂物引发疲劳 裂纹的机理看，只要只要能降低第二 相或夹杂物的脆性，提高相界面强度， 控制第二相或夹杂物数量、形态、大 小和分布，使之“少、圆、小、匀”， 均可抑制或延缓疲劳裂纹在第二相或 夹杂物附近萌生，提高疲劳强度。
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3.疲劳裂纹萌生过程及机理
（一）滑移带开裂产生裂纹
大量试验表明，金属在循环应力（σ＞ σ -1）长期作用，即使其应力低
于屈服应力，也会发生滑移并形成循环滑移带。与静载荷时均匀滑移带相比，
循环滑移是极不均匀的，总是集中分布在某些局部薄弱区域。驻留滑移带一
般只在表面形成，其深度较浅。
随着加载循环次数的增加，
第一阶段，微裂纹扩展速率很低，每 一应力循环大约只有0.1μm的扩展量。在 第一阶段裂纹扩展时，由于晶界的不断阻 碍作用，裂纹扩展逐渐转向垂直于拉应力 的方向，进入第二阶段扩展。
在室温及无腐蚀条件下疲劳裂纹扩展 是穿晶的。这个阶段的大部分循环周期内， 裂纹扩展速率为10-5～10-2mm/次。第二 阶段是疲劳裂纹亚稳态扩展的主要部分。
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3.疲劳裂纹萌生过程及机理
（三）晶界开裂产生裂纹 多晶材料由于晶界的存在和相邻晶粒的不同取向性，位错在某一晶粒内
运动时会受到晶界的阻碍作用，在晶界处发生位错塞积和应力集中现象。在 应力不断循环下，晶界处的应力得不到松弛，则应力峰越来越高，当超过晶 界强度时就会在晶界处产生裂纹。
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4.裂纹扩展过程及机理
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2.疲劳断口
③瞬断区 裂纹最后失稳快速扩展所形成的断口区
域。在疲劳裂纹亚稳态扩展阶段，随着应力不 断循环，裂纹尺寸不断长大，当裂纹长大到临 界尺寸ac时，因裂纹尖端的应力场强度因子KI 达到材料断裂韧度KIC时，裂纹就失稳快速扩 展，导致机件最后瞬时断裂。其断口比疲劳区 粗糙，宏观特征同静载的裂纹件的断口一样。
尺寸效应 表面粗糙度 缺口效应
表面喷丸及滚轧 表面热处理 表面化学热处理
化学成分 组织结构 纤维方向 内部缺陷
5.影响疲劳强度的因素
表面粗糙度 在循环载荷作用下，金属的不均匀滑移主要集中在金属表面，疲劳裂 纹也常常产生在表面上，所以表面粗糙度对疲劳强度影响很大。表面的微 观几何形状如刀痕、擦伤和磨裂，都能像微小锋利的缺口一样，引起应力 集中，使疲劳极限降低。表面脱碳、氧化也会使疲劳强度降低。
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1.疲劳现象及特点
② 疲劳是脆性断裂。由于一般疲劳的应力水平比屈服强度低，所以无论 是韧性材料还是脆性材料，在疲劳断裂前均不会发生塑性变形及有变形 预兆，它是在长期累积损伤过程中，经裂纹萌生和缓慢亚稳态扩展到临 界尺寸ac时才突然发生的。因此，疲劳是一种潜在的突然性脆性断裂。
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1.疲劳现象及特点
循环滑移带会不断地加宽，当加
宽至一定程度时，由于位错的塞
积和交割作用，便在驻留滑移带
处形成微裂纹。
驻留滑移带在加宽的过程中，
还会出现挤出脊和浸入沟，于是
此处就产生应力集中和空洞，经
过一定循环后也会产生微裂纹。
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3.疲劳裂纹萌生过程及机理
（二）相界面开裂产生裂纹 在疲劳分析失效中，常常发现很多的疲劳源都是由材料中的第二相或夹
③ 疲劳对缺陷（缺口、裂纹和组织缺陷） 十分敏感。由于疲劳破坏是从局部开始 的，所以它对缺陷具有高度的选择性。 缺口和裂纹因应力集中增大对材料的损 伤作用；组织缺陷（夹杂、疏松、白点、 脱碳等）降低材料的局部强度。三者都 加快疲劳破坏的开始和发展。
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2.疲劳断口
典型疲劳断口具有三个形貌不同的区域——疲劳源区、疲劳区和瞬断区。
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4.裂纹扩展过程及机理
在扫描电镜下，第二阶段的断口特征是具有略呈弯曲并相互平行的沟 槽花样，称为疲劳条带，每一条疲劳条带相当于载荷或应变的一次循环。
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5.影响疲劳强度的因素
工作条件
表面状态及尺寸因素 表面处理及残余内应力 材料因素
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载荷条件（应力状态、应力比、 过载情况、平均应力） 载荷频率 环境温度 环境介质
加工方法对弯曲疲劳极限的影响
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5.影响疲劳强度的因素
残余应力 残余应力可以与外加工作应力叠加，构成合成总应力：叠加残余压应 力，总应力减小；叠加残余拉应力，总应力增加。因此，表面残余应力状 态对疲劳强度（主要是低应力高周疲劳强度）有显著影响。残余压应力提 高疲劳强度；残余拉应力则降低疲劳强度。
高周疲劳断裂失效
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1.疲劳现象及特点 2.疲劳断口 3.疲劳裂纹萌生过程及机理 4.裂纹扩展过程及机理 5.影响疲劳强度的因素
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1.疲劳现象及特点
疲劳断裂定义：材料在交变应力和应变长期作用下，由于累计损伤而 引起的断裂现象。 ① 疲劳低应力循环延时断裂，即具有寿命的断裂。其断裂应力水平往 往低于材料抗拉强度，甚至屈服强度。断裂寿命随应力不同而变化， 应力高寿命短，应力低寿命长。当应力低于某一临界值时，寿命可达 无限长。
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2.疲劳断口
②疲劳区 疲劳裂纹亚稳态扩展所形成的断口区域。该区
是判断疲劳断裂的重要特征。断口比较平滑并分布 有贝纹线（或海滩花样）。断口平滑是疲劳源区的 延续，但其程度随裂纹向前扩展逐渐减弱。
贝纹线（疲劳弧线）一般认为是由载荷变动引 起的，如机器运转时的开动和停歇，偶然过载引起 的载荷变动，使裂纹前沿线留下了弧状台阶。所以 这种贝纹特征总是出现在实际机件的疲劳断口中， 而在实验室的试样疲劳断口中，因变动载荷较平稳， 很难看到明显的贝纹线。
①疲劳源 疲劳裂纹萌生的发源地，在断口上，疲劳源
一般在机件表面，常和缺口、裂纹、刀痕、蚀坑 等缺陷相连。因为这里的应力集中会引发疲劳裂 纹。当材料内部存在严重的冶金缺陷（夹杂、缩 孔、偏析、白点等）或内裂纹时，因局部强度降 低在机件内部产生疲劳源。
从断口形貌来看，疲劳源区的光亮度最大。在 整个裂纹亚稳态扩展过程中不断摩擦挤压，故显 示光亮平滑。在一个疲劳断口中，疲劳源可以有 一个或几个不等。
表面强化提高疲劳极限示意图
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5.影响疲劳强度的因素
镀铬或镀镍，引入残余拉应力，疲劳极限下降。 材料强度越高，寿命越长，镀层越厚，影响越大； 镀前渗氮，镀后喷丸等，可以减小其不利影响。 镀锌或镀镉，影响较小，但防磨蚀效果比镀铬差。 渗碳或渗氮，可提高表层材料强度并引入残余压应 力，使钢材疲劳极限提高。对于缺口件，效果更好。 热轧或锻造，会使表面脱碳，强度下降并在表面引入拉伸残余应力。可使疲劳极限降低50%甚 至更多。材料强度越高，影响越大。