金屬高周疲勞塑性變形的研究與探討

高周疲勞（high-cycle fatigue）是指材料在低于其屈服強度的循環應力作用下，經10000-100000 以上循環次數而產生的疲勞。高周疲勞的特點是作用于零件或構件的應力水平較低。如彈簧、傳動軸等零件或構件的疲勞即屬此類。

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Q:

失效分析的書上說高周疲勞特點有疲勞斷裂的突發性，意思是由于斷裂前無明顯的塑性變形，交變應力下會體現出宏觀脆性的斷裂特征。但是后面又說高周疲勞斷裂疲勞輝紋通常是延性的，也就是裂紋尖端存在較大的塑性變形。是否矛盾了呢？還是一個指的是宏觀無塑變，一個指的是微觀有塑變。
但是我感覺低周疲勞應該容易發生塑性疲勞斷裂吧，高周疲勞才容易發生解理疲勞斷裂，又與上面的貌似矛盾了，還是我理解錯誤了？

A:

沒錯，一般來說疲勞輝紋是在擴展區，擴展區一般來說都是脆性的，沿晶斷口或者解理斷口，在萌生區和擴展區附近有疲勞輝紋，疲勞輝紋是微觀的塑性，一般來說都是在那種撕裂的脊上吧，微觀機理我也看過，說的很復雜，好像說是由于變形產生的位錯，不斷的交變載荷，是割裂成的才造成的疲勞輝紋。
一般來說疲勞裂紋就是沒任何征兆，裂紋都比較剛直有力，穿晶斷裂

高周疲勞局部，特別是裂紋尖端，由于裂紋尖端應力場的作用，造成極大的應力集中，開動周圍的滑移系，產生局部（非常小）塑性變形，導致微裂紋萌生，或者裂紋擴展。這點應該比較好理解，如果一點變形都沒有，裂紋怎么來的？
但是由于高周疲勞通常載荷很小，遠低于屈服強度，有時候甚至連屈服強度一半都沒有，因此不會發生宏觀上的塑性變形。

不發生宏觀塑性變形不代表沒有任何一條位錯滑移。

斷裂前無明顯的塑性變形，交變應力下會體現出宏觀脆性的斷裂特征。但是后面又說高周疲勞斷裂疲勞輝紋通常是延性的，也就是裂紋尖端存在較大的塑性變形。
這句是對的，高周是因為疲勞裂紋萌生擴展的慢，而由于應力較小宏觀上變形較小，而微觀上會有疲勞輝紋（裂紋擴展區）。而低周的應力較大，當然宏觀上塑性變形較大。
宏觀和微觀上的解釋不矛盾的。
不知道自己理解的對不對

我做的是鋁合金的高周疲勞研究！發表一下本人的理解，其實在一開始學習疲勞理論的時候我也有過同樣的誤解希望自己的解答對你有幫助！ 首先是高周疲勞的定義：在相對較小的應力反復作用10000次以上的疲勞現象稱為高周疲勞，在10000次以下！通常為低周疲勞， 事實上原本是韌性很好的材料在高周疲勞時也不會用宏觀的塑性變形，因為材料的塑性在反復應力作用下早就已經慢慢的喪失！高周疲勞對應的應力通常低于材料的屈服強度，只有在裂紋的尖端！！因為裂紋尖端有明顯應力集中，在局部位置會有高應力存在，當該應力值超越屈服強度，就會發生小范圍的屈服現象-局部塑形變形！因此在裂紋尖端是有小范圍的塑形變形的，但是這種變形在宏觀的疲勞試樣上面看不到！疲勞條紋往往出現在韌性較好的材料之中，其出現與否和狠多因素相關！
至于塑形和解理這和材料自身有關，事實上有很多原本是脆性的材料在高周疲勞中可以發揮塑形，因為高周疲勞是一個漫長的過程，可以將材料的塑形完全釋放，如果是做拉伸的話就不行了，往往是脆性斷口！
你可以去對比一下拉伸斷裂和疲勞斷裂的試樣！前者是有縮頸的，后者沒有可以完全的拼接起來，

個人是做鋁合金疲勞的：
首先說明一個基本問題！疲勞是一個漫長的失效過程，因此在不斷加載中材料的塑性會慢慢喪失，Zui后斷裂時不能觀察到宏觀的塑性變形，具體表現就是疲勞試樣斷裂以后可以完全拼接起來！而拉伸斷裂試樣就不行了！
宏觀塑性變形是指你肉眼能夠看到試樣是否有大的變形，微觀塑性變形只能通過斷口SEM掃描電子顯微鏡圖片來仔細觀察！二者不矛盾！在宏觀塑性變形不明顯的情況下也一樣可能觀察到微觀塑性變形！
疲勞條紋的出現也是有條件的！對于脆性材料而言一般很難觀察到疲勞條紋！只有自身塑性較好的材料才能觀察到條紋！Zui后裂紋尖端應力集中，應力大于材料屈服應力時發生小范圍屈服也就是微觀的塑性變形！
低周疲勞應該容易發生塑性疲勞斷裂吧，高周疲勞才容易發生解理疲勞斷裂這個理解本身也有些問題！你需要對疲勞現象的基本理論有更加深刻的理解！
不知道我解釋得夠不夠清楚！僅供參考

因為延性所以才會高周，因為脆性所以才會低周！