304不锈钢低周疲劳断裂特性的研究

304不锈钢低周疲劳断裂特性的研究

        304不锈钢是应用为广泛的一种铬-镍不锈钢，具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械特性，同时具有良好的加工性能和可焊性。它广泛用于制作要求具有良好综合性能（耐腐蚀和成型性）的设备和机件中，在机械、航空航天等领域中应用得比较广泛，主要是制成油气管、压力容器等，大多在特殊的工作环境中。油气管、压力容器等在整个寿命内受到的循环次数有限，例如，压力容器有时每天只受到几个载荷循环。在工程实际应用中它的静强度一般都会满足要求，因而对它的低周疲劳断裂特性的研究具有实际意义。304不锈钢构件疲劳断裂的事件时有发生，导致严重后果。

 

        在应力控制下对304不锈钢试样进行拉压疲劳试验，研究其低周疲劳断裂特性。对试验数据处理，得到304不锈钢在应力控制下的低周S-N曲线并拟合出低周应力寿命的表达式；利用表达式计算出304不锈钢的疲劳限；分析在不同应力下应变与寿命之间的关系以及加载次数与塑性应变能之间的关系；对断口进行观察。载荷越大，疲劳源越多，其间距越小，试件断裂越快，寿命越短，断口疲劳源区越粗糙。这是由于当载荷较大时，在试件表面易于形成裂纹源，裂纹数目越多，试件越易于断裂，断口表面摩擦的次数较少，也就较粗糙；载荷越小，试件断裂需要的时间越久，那么断口表面摩擦也就越严重，相对来说也就越平整。

        裂纹扩展区主要的特征是断口表面出现疲劳条纹，这是判断是否疲劳断裂的基本依据。有很多因素影响着疲劳条纹的形式及形貌。通过对疲劳断口上显示疲劳条纹的材料的研究统计认为：一般情况下材料的静拉伸强度越高，越不容易出现疲劳条纹；韧度较高的材料容易生成疲劳条纹。

通过对304不锈钢低周疲劳断裂试件断口形貌的研究，得出如下结果：

    （1）试验测得304不锈钢的条件疲劳限σ-1（N=105）为236.5MPa；试件的寿命随着应力幅的减少而增大，试件寿命减小的速度随着应力幅的增大而减小。

    （2）当试件表面出现微裂纹时，塑性应变能达到大值，循环次数为总寿命的1/3，此时形成裂纹源。

    （3）通过对断口观察分析可以得到：低周疲劳有多个疲劳源，断口形貌与应力水平有关系，应力越大，裂纹源越多，疲劳条纹间距越大，瞬断区面积越大，越粗糙。

    （4）在应力幅一定时，应变在循环过程中逐渐增大，达到一定值时不再加大，基本保持稳定直到后断裂；在应力控制下，试件在断裂时的总应变随应力幅增大而增大。

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