对铆接疲劳裂纹产生机理的探讨
【摘要】自冲铆接的微裂纹会在铆接孔中产生，这主要是由于材料内部组织的不均匀性及铆接模具的结构、形状造成的。本文对接疲劳裂纹产生机理进行了探讨研究。
【关键词】自冲铆接；微裂纹；裂纹扩展；疲劳强度
0.引言
自冲铆接技术是采用一个铆钉连接两个或更多部件的方法，它实行冲铆一次完成。半空心铆钉自冲铆接工艺的铆接过程铆钉在冲头的作用下，穿透上层板料，在凹模和铆钉外形共同作用下空心铆钉尾部在下层金属中张开形成喇叭口形状。自冲铆接除了可连接上述点焊所难于连接的材料外，自冲铆接和点焊相比还具有许多点焊所不具备的优点：能连接不同材料，能和粘接复合连接，无发光，发热少，疲劳强度较高，快捷等。
1.自冲铆接疲劳破坏方式
自冲铆接的疲劳扩展最易在铆接孔处扩展，且在宏观上裂纹扩展方向垂直于载荷方向，且裂纹宏观方向通过铆接孔中心，在裂纹扩展末期的瞬断时形成剪切唇，剪切唇与载荷成大约45o，这其实是由于强度不足所致。
有的时候自冲铆接疲劳裂纹不在铆接孔发生，而有可能在铆接孔附近靠近铆钉头部的地方萌生和扩展，这主要由于铆钉在受载时会对板料有一个弯曲作用。在有的时候，比如自冲铆接和粘接复合连接时，或材料缺陷情况下，疲劳萌生和扩展还可能发生在板料的其他部位。
2.自冲铆接微裂纹的产生
铆钉可用钢材或硬铝等制作，一般经热处理来适当提高其韧、硬度，这主要取决于被铆接材料特性如强度、硬度、厚度等。被铆接的材料常有钢板、铝板或铝合金、塑料、铜或铜合金、高分子材料及复合材料等，一般其硬度不能太高，否则铆钉将难刺穿上板料，若采用更高硬度的铆钉，但这样铆钉在刺入板料和张开时易开裂，且增大了刺入力。
由于铆钉刺进板料时，板料内部强度、硬度、结构、相分布、原子结合力不均，晶粒、晶界性状不一等原因导致板料的铆钉孔孔壁有毛刺、微裂纹，这些将是导致自冲铆接失效的重要扩展源。
下面阐述裂纹不在铆接孔中产生的情况。金属中常见的有面心立方晶格、体心立方晶格、密排六方晶格等多种结构，它们具有多种滑移系和滑移方向，晶体是各向异性的。在其受力时可沿着受载最大或最弱的、抗力最小的晶面和晶向滑
第五章疲劳裂纹扩展 §5.1 概述 前面介绍的内容为静载荷作用下的断裂准则。构件在交变应力作用下产生的破坏为疲劳破坏，疲劳破坏的应力远比静载应力低。 一、疲劳破坏的过程 1）裂纹成核阶段 交变应力→滑移→金属的挤出和挤入→形成微裂纹的核（一般出现于零件表面）。 2）微观裂纹扩展阶段 微裂纹沿滑移面扩展，这个面是与正应力轴成45°的剪应力作用面，是许 沿滑移带的裂纹，此阶段裂纹的扩展速率是缓慢的，一般为10-5mm每循环,裂纹尺寸＜0.05mm。 3）宏观裂纹扩展阶段 裂纹扩展方向与拉应力垂直，为单一裂纹扩展，裂纹尺寸从0.05mm扩展至临a，扩展速率为10-3mm每循环。 界尺寸 c 4）断裂阶段 a时，产生失稳而很快断裂。 当裂纹扩展至临界尺寸 c 工程上一般规定：①0.1mm～0.2mm裂纹为宏观裂纹；②0.2mm～0.5mm，深 0.15mm表面裂纹为宏观裂纹。 N）宏观裂纹扩展阶段对应的循环因数——裂纹扩展寿命。（ p N） 以前阶段对应的循环因数——裂纹形成寿命。（ i 二、高周疲劳和低周疲劳 高周疲劳：当构件所受的应力较低，疲劳裂纹在弹性区内扩展，裂纹的疲劳寿命较长。（应力疲劳） 低周疲劳：当构件所受的局部应力已超过屈服极限，形成较大的塑性区，裂纹在塑性区中扩展，裂纹的疲劳寿命较小。（应变疲劳） 工程中一般规定N ≤105为低周疲劳。 f 三、构件的疲劳设计
1、总寿命法 测定S－N曲线（S为交变应力，N为应力循环周次）。 经典的疲劳设计方法是循环应力范围（S－N）曲线法或塑性总应变法来描述导致疲劳破坏的总寿命。 在这些方法中通过控制应力幅或应变幅来获得初始无裂纹的实验室试样产生疲劳破坏所需的应力循环数和应变循环数。 N=N i +N p (N i 萌生寿命，N p 扩展寿命) 2、损伤容限法（疲劳设计的断裂力学方法） 容许构件在使用期内出现裂纹，但必须具有足够的裂纹亚临界扩展寿命，以保证在使用期内裂纹不会失稳扩展而导致构件破坏。 疲劳寿命定义为从某一裂纹尺寸扩展至临界尺寸的裂纹循环数。
材料疲劳裂纹扩展研究综述 摘要:疲劳裂纹扩展行为是现代材料研究中重要的内容之一。论述了组织结构、环境温度、腐蚀条件以及载荷应力比、频率变化对材料疲劳裂纹扩展行为的影响。总结出疲劳裂纹扩展研究的常用方法和理论模型，并讨论了“塑性钝化模型”和“裂纹闭合效应”与实际观察结果存在的矛盾温度、载荷频率和应力比是影响材料疲劳裂纹扩展行为的主要因素。发展相关理论和方法，正确认识影响机理，科学预测疲劳裂纹扩展行为一直是人们追求的目标。指出了常用理论的不足，对新的研究方法进行了论述。 关键词: 温度; 载荷频率; 应力比; 理论; 方法; 疲劳裂纹扩展 1 前言 19世纪40年代随着断裂力学的兴起，人们对于材料疲劳寿命的研究重点逐渐由不考虑裂纹的传统疲劳转向了主要考察裂纹扩展的断裂疲劳。尽量准确地估算构件的剩余疲劳寿命是人们研究材料疲劳扩展行为的一个重要目的。然而，材料的疲劳裂纹扩展研究涉及了力学、材料、机械设计与加工工艺等诸多学科，材料、载荷条件、使用环境等诸多因素都对疲劳破坏有着显著的影响，这给研究工作带来了极大困难。正因为此，虽然对于疲劳的研究取得了大量有意义的研究成果，但仍有很多问题存在着争议，很多学者还在不断的研究和探讨，力求得到更加准确的解决疲劳裂纹扩展问题的方法和理论。 经过几十年的发展，人们已经认识到断裂力学是研究结构和构件疲劳裂纹扩展有力而现实的工具。现代断裂力学理论的成就和工程实际的迫切需要，促进了疲劳断裂研究的迅速发展。如Rice的疲劳裂纹扩展力学分析(1967年) ，Elber的裂纹闭合理论(1971年) ，Wheeler 等的超载迟滞模
型(1970年) ，Hudak等关于裂纹扩展速率标准的测试方法，Sadananda和Vasudevan ( 1998年)的两参数理论等都取得了一定成果。本文将对其研究中存在问题、常用方法和理论模型、以及温度、载荷频率和应力比对疲劳裂纹扩展影响的研究成果和新近发展起来的相关理论进行介绍。 2 疲劳裂纹扩展研究现存问题 如今，人们在分析材料裂纹扩展问题时最常用到的是“塑性钝化模型”和裂纹尖端因“反向塑性区”等原因导致的“裂纹闭合效应”理论。而它们是否正确，却一直在人们的验证和争论之中。 根据现有的研究结果，有学者提出，若按照“塑性钝化模型”理论，强度高的材料应具有较低的裂纹扩展速率，但实验结果却不能证实这一预测。另外，该“模型”认为的“裂纹尖端的钝化是在拉应力达到最大值时完成的”这一观点在理论上不妥，也与实测结果不符。观察结果表明，裂纹尖端钝化是一个渐进的过程，钝化半径与外载荷大小成正比。 而疲劳裂纹在扩展过程中的“裂纹闭合效应”在什么情况下存在，能否对材料的裂纹扩展速率产生重要影响，考虑“裂纹闭合”的实验室数据能否用于工程中等问题也一直在人们的争论之中。由于“裂纹闭合效应”理论推出的结论是:“对载荷比的依赖性不是材料的内在行为，而是源于裂纹表面提前闭合后应力强度因子幅(△K) 的变化”，所以早在1984年S.Suresh等人就指出[1]，“裂纹闭合”不是一个力学参数，它受构件形状、载荷、环境和裂纹长度等因素的影响。因此，除非在实际使用过程中测量构件的裂纹闭合情况，否则在实验室里做出来的试验结果不能用来预测构件中的裂纹扩展速率。1970年，Ritchie研究钢中裂纹扩展的近门槛值时发现:在真空环境下，应力比R对门槛值几乎没有影响，首度质疑了裂纹闭合的存在性和所起的作用。在前人研究的基础上，美国海军实验室的
万方数据
第７期王建西，等：影响钢轨疲劳裂纹萌生寿命的主要因素分析９１５ 劳进一步研究方向［５】．Ｒｉｎｇｓｂｅｒｇ利用Ｃｏｆｆｉｎ－ Ｍａｎｓｏｎ公式和ＳＷＴ公式进行了疲劳裂纹的预测分 析［１］．金学松等人对轮轨滚动接触疲劳问题进行了 定性分析［６］． 影响滚动接触疲劳裂纹萌生寿命的主要因素是 轮载和摩擦系数．分析这些主要因素对滚动接触疲 劳裂纹萌生寿命影响规律，将有助于研究剥离掉块 和断轨产生原因，有助于确定预防性钢轨打磨的打 磨参数．同时，在静水压力作用下微裂纹会闭合，提高钢轨的抗疲劳性能．而静水压力对滚动接触疲劳裂纹萌生的影响还少见有文献分析过．本文通过对钢轨轨头应力应变分析，提出了考虑静水压力影响的滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测模型，分析了影响滚动接触疲劳裂纹萌生寿命的主要因素，为制定减缓滚动接触疲劳的养护维修合理方法提供理论上的支持．滚动接触疲劳裂纹发展过程可以分为裂纹萌生阶段和扩展阶段．根据试验和工程实际，把钢轨中出现０．５ｍｍ裂纹时的疲劳寿命视为裂纹萌生寿命． １钢轨应力应变分析模型 轮轨接触表面接触压力和接触斑的大小按Ｈｅｒｔｚ理论计算，忽略了轮轨接触时塑性变形对接触压力和接触斑的影响．轮轨接触面之间存在相对滑动和转动使钢轨又承受了纵向力作用．假定轮轨接触斑处于全滑动状态，根据库仑摩擦定理：纵向力和法向接触压力成正比，这样纵向力分布可以通过法向接触压力计算． 为了反映群载作用下轮载之间的相互影响，先建立多跨连续梁模型，计算出前后两辆车相邻的２个转向架中最不利轮位处的位移钆和转角９；然后，利用子模型技术取最不利轮位所处的一跨钢轨建立子模型，把在连续梁模型中计算的位移和转角加到子模型两端面上，进行弹塑性状态下钢轨应力～应变计算．图１给出了轮轨接触子模型有限元网格．在轨枕支承点用弹簧模拟垫板、道床和路基的弹性支承．由于塑性变形主要产生在接触斑附近，为了减小应力集中的影响和提高计算效率和精度，将接触斑附近一定范围的轨头进行细划分网格．在该模型中采用非线性各向同性随动硬化模型来描述塑性状态下应力一应变的关系［７］． 图１轮轨接触子模型有限元网格 Ｆｉｇ．１Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｓｈｆｏｒｓｕｂｍｏｄｅｌ ２滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测模型 ２．１Ｉ临界平面法裂纹萌生寿命预测方法 人们提出了很多不同的裂纹萌生寿命预测方法．其中，临界平面法是基于裂纹产生和扩展的物理观察基础上的，有很大优越性．但对于临界平面法中选何种物理量作为疲劳参量人们认识并不一致．Ｊａｎｇ等提出了基于应变能的疲劳参数风［８］ ｎ＝＜仃。＞△ｅ／２＋ＪＡｒＡ）＇（１）式中：＜＞为ＭａｃＣａｕｌｅｙ括号，＜盯。＞＝０．５（Ｉｏ。Ｉ＋盯。）；盯。为裂纹面上的最大正应力；△ｅ为裂纹面上正应变幅值；Ａｒ和△ｙ分别为裂纹面上剪应力幅值和剪应变幅值；Ｊ为材料参数． 把Ｒ一值所在的平面定义为临界面，也就是临界平面，是疲劳裂纹萌生和扩展平面．这种方法考虑 了平均应力对裂纹萌生寿命影响，把裂纹产生（临界平面上剪应力（应变））和扩展（正应力（应变））的物理量通过能量的方式有机地联系起来．文献Ｌ９３指出，尽管观察到裂纹在最大拉应力面上出现，但张拉型裂纹萌生寿命公式预测结果与试验相差比较大，剪切型裂纹萌生公式预测结果与试验有很好的一致性．同时，通过应力分析表明，接触斑内多处于受压状态，裂纹萌生更多地是由于剪应力和剪应变所引起的．因此，接触疲劳裂纹萌生寿命预测公式为 ，，！、２ Ｂ。＝半（２Ｎｆ）２６＋ｒ：ｙ：（２ＮＯ¨。（２） Ｕ 式中：ｒ：为疲劳强度系数；ｙ；为疲劳延性系数；ｂ为疲劳强度指数；ｃ为疲劳延性指数；Ｇ为剪切模量；Ⅳｆ为滚动接触疲劳裂纹萌生寿命，即轮载作用次数． ２．２静水压力影响系数 万方数据
材料的疲劳性能一、疲劳破坏的变动应力 材料在变动载荷和应变的长期作用下，因累积损伤而引起的断裂现象，称为疲劳。变动载荷指大小或方向随着时间变化的载荷。变动载荷在单位面积上的平均值称为变动应力，分为规则周期变动应力（或称循环应力）和无规则随 1 /2； min） 2 应力； ②不对称循环：σm≠0，-1
④波动循环：σm>σa，0 ②疲劳破坏属于低应力循环延时断裂，对于疲劳寿命的预测显得十分重要和必要； ③疲劳对缺陷（缺口、裂纹及组织）十分敏感，即对缺陷具有高度的选择性。因为缺口或裂纹会引起应力集中，加大对材料的损伤作用；组织缺陷（夹杂、疏松、白点、脱碳等）将降低材料的局部强度。二者综合更加速疲劳破坏 出现两个疲劳源。 （2）疲劳裂纹扩展区（亚临界扩展区）? 疲劳裂纹扩展区特征为断口较光滑并分布有贝纹线或裂纹扩展台阶。贝纹线是疲劳区最典型的特征，是一簇以疲劳源为圆心的平行弧线，凹侧指向疲劳源，凸侧指向裂纹扩展方向。近疲劳源区贝纹线较细密（裂纹扩展较慢），远 疲劳裂纹扩展 不锈钢304L的疲劳裂纹扩展模拟 Feifei Fan, Sergiy Kalnaus, Yanyao Jiang （美国内华达大学机械工程学院） 摘要：一个基于最近发展的疲劳方法的实验用来预测不锈钢304L的裂纹扩展。这种疲劳方法包括两个步骤：（1）材料的弹塑性有限元分析；（2）多轴疲劳标准在基于有限元分析的可输出的拉伸实验的裂纹萌生与扩展预测中的应用。这种有限元分析具有这样的特点：能够实现在先进循环塑性理论下扑捉材料在常幅加载条件下重要的循环塑性行为。这种疲劳方法是基于这样的理论:当累计疲劳损伤达到一个特定值时材料发生局部失效，而且这种理论同样适用于裂纹的萌生与扩展。所以，一组材料特性参数同时用来做裂纹的萌生与扩展预测，而所有的材料特性参数都是由平滑试样试验产生。这种疲劳方法适用于I型紧凑试样在不同应力比和两步高低加载顺序下等幅加载的裂纹扩展。结果显示，这种疲劳方法能够合理的模拟在试验上观察到的裂纹扩展行为，包括刻痕影响、应力比的影响和加载顺序的影响。另外，这种还方法能够模拟从刻痕到早期的裂纹扩展和疲劳全寿命，而且预测的结果和试验观察的结果吻合得很好。 关键词：累计损伤；疲劳裂纹扩展；疲劳标准 1 .简介 工程承压设备经常承受到循环加载，一般说来，疲劳过程有三个阶段组成：裂纹萌生和早期裂纹扩展、稳定裂纹扩展和最后的疲劳断裂。裂纹扩展速率dN da/通常被表示为重对数图尺在应力强度因素范围上的一个功能。在常幅加载下，不同应力比时稳定的裂纹扩展结果通常服从Paris公式和其修正公式。常幅疲劳加载下不同材料的行为不同。有些材料表现为应力比的影响：在相同应力比时，裂纹扩展速率曲线一致，但是，应力比增大时，裂纹扩展速率也增大。而其他金属材料没有表现出任何应力比的影响，而且在恒幅加载其裂纹扩展速率曲线在重对数图纸上重合。 在变幅加载条件下疲劳裂纹扩展行为作为另一个课题已经研究了若干年了。过载和变幅加载的应用对疲劳裂纹扩展研究产生了重大的影响。对于大多数金属材料而言，上述加载方法的应用导致疲劳裂纹扩展速率减慢。基于线弹性断裂力学的理论，这种过渡行为经常使用应力强度因子和通过引入在稳定裂纹扩展状态下的Paris公式的修 对铆接疲劳裂纹产生机理的探讨 【摘要】自冲铆接的微裂纹会在铆接孔中产生，这主要是由于材料内部组织的不均匀性及铆接模具的结构、形状造成的。本文对接疲劳裂纹产生机理进行了探讨研究。 【关键词】自冲铆接；微裂纹；裂纹扩展；疲劳强度 0.引言 自冲铆接技术是采用一个铆钉连接两个或更多部件的方法，它实行冲铆一次完成。半空心铆钉自冲铆接工艺的铆接过程铆钉在冲头的作用下，穿透上层板料，在凹模和铆钉外形共同作用下空心铆钉尾部在下层金属中张开形成喇叭口形状。自冲铆接除了可连接上述点焊所难于连接的材料外，自冲铆接和点焊相比还具有许多点焊所不具备的优点：能连接不同材料，能和粘接复合连接，无发光，发热少，疲劳强度较高，快捷等。 1.自冲铆接疲劳破坏方式 自冲铆接的疲劳扩展最易在铆接孔处扩展，且在宏观上裂纹扩展方向垂直于载荷方向，且裂纹宏观方向通过铆接孔中心，在裂纹扩展末期的瞬断时形成剪切唇，剪切唇与载荷成大约45o，这其实是由于强度不足所致。 有的时候自冲铆接疲劳裂纹不在铆接孔发生，而有可能在铆接孔附近靠近铆钉头部的地方萌生和扩展，这主要由于铆钉在受载时会对板料有一个弯曲作用。在有的时候，比如自冲铆接和粘接复合连接时，或材料缺陷情况下，疲劳萌生和扩展还可能发生在板料的其他部位。 2.自冲铆接微裂纹的产生 铆钉可用钢材或硬铝等制作，一般经热处理来适当提高其韧、硬度，这主要取决于被铆接材料特性如强度、硬度、厚度等。被铆接的材料常有钢板、铝板或铝合金、塑料、铜或铜合金、高分子材料及复合材料等，一般其硬度不能太高，否则铆钉将难刺穿上板料，若采用更高硬度的铆钉，但这样铆钉在刺入板料和张开时易开裂，且增大了刺入力。 由于铆钉刺进板料时，板料内部强度、硬度、结构、相分布、原子结合力不均，晶粒、晶界性状不一等原因导致板料的铆钉孔孔壁有毛刺、微裂纹，这些将是导致自冲铆接失效的重要扩展源。 下面阐述裂纹不在铆接孔中产生的情况。金属中常见的有面心立方晶格、体心立方晶格、密排六方晶格等多种结构，它们具有多种滑移系和滑移方向，晶体是各向异性的。在其受力时可沿着受载最大或最弱的、抗力最小的晶面和晶向滑 第37卷第7期2009年7月 同济大学学报(自然科学版) JO URNAL OF TON GJI UNIVERSITY(NATURAL SCIEN CE)Vol.37No .7 Jul.2009 文章编号:0253-374X(2009)07-0914-05DO I :10.3969/j.issn.0253-374x.2009.07.013 收稿日期:2008-06-23 基金项目:教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(200802471003)作者简介:王建西(1979)),男,博士生,主要研究方向为钢轨伤损管理.E -m ail:qianxi-2008@https://www.doczj.com/doc/48995708.html, 许玉德(1965)),男,教授,博士生导师,工学博士,主要研究方向为轨道管理、检测数据分析及钢轨打磨技术.E -mail:xuyude2000@gm https://www.doczj.com/doc/48995708.html, 影响钢轨疲劳裂纹萌生寿命的主要因素分析 王建西1 ,许玉德1 ,王志臣 2 (1.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海201804; 2.石家庄铁道学院,河北石家庄050043) 摘要:建立了钢轨3维弹塑性有限元计算模型,分析了接触斑内应力-应变场特点.分析结果表明,在接触斑内钢轨处于三向压缩应力状态,有较大的静水压力;认为静水压力影响滚动接触疲劳裂纹萌生寿命.以临界平面法为基础,提出了考虑静水压力影响的滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测模型,分析了轮载和摩擦系数对疲劳裂纹萌生的影响.结合具体算例分析表明:随着静水压力增大,静水压力对滚动接触疲劳裂纹影响在增大;随着轮载和摩擦系数增加,滚动接触疲劳裂纹萌生寿命迅速减少. 关键词:钢轨;滚动接触疲劳;裂纹萌生;静水压力;临界平面 中图分类号:U 213.4 文献标识码:A Analysis of Major Influencing Factors of Rolling Contact Fatigue Crack Initiation Life of Rails WANG Jianx i 1,XU Yude 1,WANG Zhichen 2 (1.Key La boratory of Roa d and Tra ffic Engineering of the Ministry of E duca tion,Tongji University,Shangha i 201804,C hina;2.Shijia zhuang Ra ilway Institute ,Shijia zhua ng 050043,C hina ) Abstract :I n order to analyze the stress -strain field c hara cteristics of rails,a three -dimensional elastic -plastic rail m odel is established by finite element m ethod.The results show that the stress -strain field of rail at the contact patch is in a three -compression -stress state,with much greater hydrostatic stress.Rail rolling contact fatigue (RCF)crack initiation life is very sensitive to hydrostatic stress.Based on the critical plane a pproach,a new prediction model is established by taking into the consideration the effects of hydrostatic stress on the rolling contact fatigue crac k initiation life.An analysis is made of the effects of wheel load and fric t ion coefficient on the basis of the m odel.U 71Mn rail steel is investigated in detail to validate the proposed approac h.The results show that,as the hydrostatic stress increa ses,the effects of hydrostatic stress on the rolling contact fatigue c rack initiation life become grea ter and as the wheel load and the friction c oefficient inc rease,fatigue life to crac k initiation decrea ses significantly. Key word s :rail;rolling c ontact fatigue;crac k initiation;hydrostatic stress;critical plane 列车牵引、制动和运行都要靠轮轨滚动接触作用来实现.而轮轨接触斑面积只有100多mm 2 .这么小接触斑上不仅承受着数十吨竖向载荷,而且由于轮轨接触面之间存在相对滑动和转动,使钢轨又承受了纵向力和横向力作用.在这种复杂的受力环境中,钢轨产生了各种各样的伤损,如磨损、剥离掉块、压溃和断轨.断轨是这些伤损中最严重的情况.引起断轨和剥离掉块的重要原因是钢轨萌生滚动接触疲劳裂纹.在高速铁路发达的欧洲,每年由于滚动接触疲劳裂纹造成的断轨事故达几百次[1].在准高速线路广深线上,截至2003年7月已检查发现有近27%线路出现了滚动接触疲劳裂纹 [2] .在提速重载线路 津浦线,提速后滚动接触疲劳伤损大幅度增加[3] .钢 轨滚动接触疲劳伤损不仅直接影响铁路运营成本,而且还影响列车运营安全.随着铁路向高速、重载和高密度方向发展,钢轨滚动接触疲劳越来越成为铁路线路养护维修中一个突出问题.因此,很多国家都进行了比较深入的研究.Kapoor 根据试验观察结果提出了钢轨由于棘轮效应萌生裂纹的模型[4].Smith 分析了钢轨接触疲劳伤损现象,指出了滚动接触疲 疲劳裂纹的预制 1 实验目的 为测定金属材料的平面应变断裂韧度K IC而预制疲劳裂纹 2 仪器及设备 1、程控高频疲劳机 2、镜式引伸仪 3、高度尺 4、平台 3 实验原理 由于线弹性断裂力学所研究的对象是尖锐裂纹，所以，测定K IC所用试件的裂纹尖端必须是尖锐的，这种尖锐裂纹常利用疲劳试验的方法加以制作。通常的做法是先用机械加工方法或电火花方法加工出一引发缺口，然后在疲劳试验机上加交变循环载荷预制出疲劳裂纹。因此，试件的裂纹由引发缺口和疲劳裂纹两部分组成，裂纹长度a就等于引发缺口长度a0与疲劳裂纹长度a f之和（如图7－1所示），裂纹长度a应在0.45W~0.55W(W为试件的高度)之间。为避免引发缺口根部附近材料状态的变化对裂纹尖端附近材料性质的影响，制作出合格的裂纹，要求引发缺口长度要比疲劳裂纹长度大，通常在a f ≥0.05a与a f≥1.3mm 中选较大值为疲劳裂纹长度。 图7－1 裂纹结构示意图 疲劳裂纹引发缺口共有四种形式：直通型缺口、山形缺口（如图7－2所示）、末端为圆孔的缺口以及钼丝切割的缺口。为保证顺利地预制出合格的疲劳裂纹，切口根部半径应足够小。其中，山形切口的根部半径≤0.25mm,其余切口的根部半径≤0.08 mm。 三点弯曲疲劳试样及实验装置如图7－3所示。 4 试样形状和尺寸 试件形状 凡是具有K I 标定表达式且便于测试的试样，都可以用来测定K IC 。GB4161—1984国家标准规定了四种标准试样：三点弯曲试样、紧凑拉伸试样、C 型拉伸试样，以及圆形紧凑拉伸试样。三点弯曲试样具有容易加工和便于加载的优点，平面应变断裂韧度K IC 的测定常采用三点弯曲试样，它的简图如图7－3所示。 图7－3 三点弯曲疲劳试样及实验装置 试样尺寸 大量试验结果表明，一般情况下，材料的临界应力强度因子K IC 与试样厚度B ，裂纹长度a 和韧带宽度（W －a ）均有关。只有当试样尺寸满足平面应变和小范围屈服的力学条件时，才能获得稳定的K IC 值。为此要求 ()B a W a ????-?≥22.5()IC Y K σ 式中，B 是由平面应变条件对厚度的要求，a 和（W －a ）是小范围屈服条件对裂纹长度和韧带宽度的要求,Y σ为屈服极限S σ或名义屈服极限2.0σ。因为材料的S σ或2.0σ是已知的，故只要估计一个K IC 值就可确定试样的厚度B 。若K IC 值难以估计，可按GB4161-84所推荐的数据，按E ys /σ来选择B 。厚度B 确定后，标准试样的高度W 和跨度S 的尺寸按以下比例确定，即 B ∶W ∶S ＝1∶2∶8 试样总长L 要稍大于S ，可取L ＞4.1W 。 5 载荷的确定 交变载荷P f 为防止在疲劳裂纹尖端形成过大的塑性区而使裂纹尖端钝化，必须对预制疲劳裂纹时所施加的交变载荷的最大值加以限制。通常规定交变载荷的最大值在裂纹尖端产生的应力强度因子K fmax 不得大于0.6~0.7K IC ,这一要求只在后一半疲劳裂纹的预制过程中得到满足即可，为了使裂纹及早形成，开始时可以施加较大的载荷。应该注意的是，在按上述要求估算预制疲劳裂纹所加交变载荷的最大值时，不能采用选择B 时所取的K IC 估计值，而要取一个偏低的值。 8－1 三点弯曲试样（TPB 试样） 材料的疲劳性能 一.本章的教学目的与要求 本章主要介绍材料的疲劳性能，要求学生掌握疲劳破坏的定义和特点，疲劳断口的宏观特征，金属以及非金属材料疲劳破坏的机理，各种疲劳抗力指标，例如疲劳强度，过载持久值，疲劳缺口敏感度，疲劳裂纹扩展速率以及裂纹扩展门槛值，影响材料疲劳强度的因素和热疲劳损伤的特征及其影响因素，目的是为疲劳强度设计和选用材料建立基本思路。 二．教学重点与难点 1. 疲劳破坏的一般规律（重点） 2．金属材料疲劳破坏机理（难点） 3. 疲劳抗力指标（重点） 4.影响材料及机件疲劳强度的因素（重点） 5热疲劳（难点） 三．主要外语词汇 疲劳强度：fatigue strength 断口：fracture 过载持久值：overload of lasting value 疲劳缺口敏感度：fatigue notch sensitivity 疲劳裂纹扩展速率：fatigue crack growth rate 裂纹扩展门槛值：threshold of crack propagation 热疲劳：thermal fatigue 四. 参考文献 1.张帆，周伟敏.材料性能学.上海：上海交通大学出版社，2009 2.束德林.金属力学性能.北京：机械工业出版社，1995 3.石德珂，金志浩等.材料力学性能.西安：西安交通大学出版社，1996 4.郑修麟.材料的力学性能.西安：西北工业大学出版社，1994 5.姜伟之，赵时熙等.工程材料力学性能.北京：北京航空航天大学出版社，1991 6.朱有利等.某型车辆扭力轴疲劳断裂失效分析[J]. 装甲兵工程学院学报，2010,24（5）：78-81 五．授课内容 材料疲劳裂纹的产生及影响裂纹扩展的因素 摘要：文中通过对疲劳裂纹的研究，全面分析了疲劳裂纹的产生，交变应力，表 面状态，载荷形式，化学成分，夹杂物等对疲劳产生的影响；分析了影响疲劳裂纹扩展的因素，载荷，腐蚀环境，热疲劳，温度对疲劳裂纹扩展的影响机理，论述了其影响效果，对进一步研究分析裂纹的产生，防止裂纹进一步扩展，提高材料的寿命有一定的帮助。 关键词：疲劳裂纹 ; 疲劳裂纹扩展 Abstract: In this paper, through the study of fatigue crack, and making a comprehensive analysis of the fatigue crack produces, alternating stress, the surface, and the load form, chemical composition, inclusion has effect on the fatigue; Analyzing the effect of fatigue crack growth’s factors. and the load, corrosive environment, thermal fatigue, temperature have influence on the fatigue crack propagation, It is a great help to study further the fatigue, prevent crack further expanding, and improve the life of the materials . Keyword：fatigue crack ; fatigue crack growth 1 引言 机械零件在交变压力作用下，经过一段时间后，在局部高应力区形成微小裂纹，再由微小裂纹逐渐扩展以致断裂。疲劳破坏具有在时间上的突发性，在位置上的局部性及对环境和缺陷的敏感性等特点，故疲劳破坏常不易被及时发现且易于造成事故。由于各种原因导致疲劳裂纹的产生和扩展，最终导致材料的断裂而引发事故，因而有必要对材料裂纹的产生与扩展进行综合分析，下面是对金属疲劳产生的影响因素及裂纹的扩展影响因素进行的研究分析。 2 材料疲劳裂纹的产生 当材料受到小于屈服强度的交变应力时，会产生疲劳问题，即在疲劳源附近，发生裂纹的萌生和扩展，随着裂纹的扩大，结构最后发生断裂。裂纹的产生和扩展是由局部的应力集中产生的。防止方法，对于表面裂纹，可以尽量磨光表面，减少初始疲劳源，也可以采用表面预压的方法，如喷丸。对于内部的，则应该注重材料的性能，减少夹杂、松孔，如把空气中铸造的改成真空铸造，精细铸造，或换成锻造，精锻。也可以利用一些热处理，减小材料内部的残余应力或不均匀力等，或改变局部的硬度。 由于疲劳裂纹经常从零构件的表面开始，所以金属零构件的表面状态对疲劳强度会有显著的影响。这里所指的表面就是表面加工光洁度、表面层的组织结构及应力状态等。大量的试验研究结果表明，表面光洁度对疲劳强度有较大的影响，因为零构件经表面加工后所引起的表面缺陷是应力集中的因素。特别是对高强度材料，表面稍有缺陷，就常成为极危险的尖锐缺口，这是疲劳源的所在地。 载荷形式( 弯曲、轴向或扭转) 对疲劳强度有一定影响。大量的实验结果表明，在应力幅度相同时，弯曲疲劳的寿命大于轴向疲劳寿命;在给定的疲劳寿命时，轴向疲劳应力幅度小于弯曲疲劳的应力幅度，这种现象在高应力低周疲劳中更加明显。出现这种矛盾的原因是存在应变梯度、体积效应、循环应变硬化和软 疲劳破坏机理 1、定义 材料或构件受到多次重复变化的载荷作用后，即使最大的重复交变应力低于材料的屈服极限，经过一段时间的工作后，最后也会导致破坏，材料或结构的这种破坏就叫做疲劳破坏。 材料科学揭示，由于制造过程中存在不可避免的缺陷，材料中的微裂纹总是存在的，特别是在焊缝处。这些微裂纹在交变应力作用下扩展和聚合，形成宏观裂纹，宏观裂纹的进一步扩展导致最后的破坏。疲劳破坏的微观过程是个极其复杂的过程，在宏观上一般来说可分为三个阶段:裂纹的萌生、裂纹的稳定扩展及裂纹的失稳扩展问。 2、疲劳裂纹萌生机理 金属材料如果含有缺陷，夹杂物，切口或者其它应力集中源，疲劳裂纹就可能起源于这些地方。通常将疲劳裂纹的萌生过程称为疲劳裂纹成核。如果金属材料没有上述各种应力集中源，则裂纹成核往往在构件表面。因为构件表面应力水平一般比较高，且难免有加工痕迹影响;同时表面区域处于平面应力状态，有利于塑性滑移的进行。构件在循环载荷作用下经过一定次数应力循环之后，先在部分晶粒的局部出现短而细的滑移线，并呈现相继错动的滑移台阶，又由于往复滑移在表面上形成缺口或突起而产生应力集中。随着循环次数增加，在原滑移线时近又会出现新滑移线逐渐形成较宽的滑移带，进一步增加 应力循环次数，滑移带尺寸及数量均明显增加，疲劳裂纹就在这此滑移量大的滑移中产生。这些滑移带称为驻留滑移带，标志裂纹在表面形成。在大量滑移带中，由于原滑移所引起在表面有挤出和侵入槽的出现。从而在表面下留下相应的空洞成为裂纹源。随着循环次数提高和应力集中的加剧，会使空洞扩连形成新的较大空洞。 3、疲劳裂纹扩展机理 疲劳裂纹在表面处成核，是由最大剪应力控制的，这些微裂纹在最大剪应力方向上。在单轴加载条件下，微裂纹与加载方向大致呈45度方向。在循环载荷的继续作用下，这些微裂纹进一步扩展或互相连接。其中大多数微裂纹很快就停止扩展，只有少数几条微裂纹能达到几十微米的长度。此后逐渐偏离原来的方向，形成一条主裂纹而趋向于转变到垂直于加载方向的平面(最大拉应力面)内扩展。裂纹由滑移面向最大拉应力面的转变称为裂纹从第一阶段扩展向第二阶段扩展的转变。随着循环拉应力的增大，裂尖材料由于高度的应力集中而发生塑性屈服，材料沿最大剪应力方向产生塑性滑移。循环拉应力进一步增大，滑移区扩大使裂尖钝化而呈半圆形，此时裂纹尖端己向前移动。此后进入卸载循环。在循环加载时，由于滑移，在裂尖形成一个塑性区，塑性区外的材料只有弹性变形。卸载后弹性变形要恢复，而裂尖已发生塑性变形的材料却不能协调地收缩，故形成了压缩应力作用在塑性区上。在裂尖处这种压应力值可以很大，甚至能够超过屈服极限而使裂尖材料发生反向塑性变形，滑移反向，裂纹上下表面间 裂缝形成机理 据统计，我国90%以上的高等级公路沥青路面基层及底基层都是采用半刚性材料。但半刚性基层材料的缺点是抗变形能力低、脆性大，在温度或湿度变化时易产生开裂，形成路面反射裂缝，这已成为高速公路沥青路面早期损坏的重要原因之一。 水泥稳定级配集料是当今国内外使用最普遍的一种半刚性基层材料，其中又以水泥稳定碎石性能最为优异。然而水泥稳定碎石基层并没有消除半刚性材料的缺点，因此如何进一步减少其反射裂缝的产生，依然是充分发挥路面结构整体性能的关键之一。考虑到我国作为水泥生产大国，原材料来源广泛且价格低廉，水泥胶结类材料在今后很长一段时间内仍将作为主要的道路建筑材料，因此有必要对水泥稳定碎石基层进行研究，以便能为将来更为广泛的应用提供经验。 裂缝形成机理 裂缝产生原因 半刚性基层沥青路面的裂缝形式多种多样，但形成的主要原因可以分为2大类，即荷载型结构性破坏裂缝和非荷载型裂缝，包括反射裂缝和对应裂缝。荷载型结构性破坏裂缝是由汽车动态荷载产生的垂直或水平应力，在基层内部产生超过材料的容许抗拉极限应力的拉应力所造成；非荷载型裂缝则是环境作用的结果，主要是湿度和温度的影响，由干缩、温缩和疲劳作用导致，个别情况下也可能是由于路基不均匀沉陷造成。此外，在冰冻地区的沥青路面上，还可能发现由路基冻胀 引起的裂缝。 我国已建高速公路的半刚性路面、刚性路面和刚性组合式路面的承载能力从设计角度看是足够的，然而调查表明，裂缝在我国各个地区的沥青路面上十分普遍，不论南方还是北方，通车后1年最迟第2年均出现大量裂缝。因此，单纯由荷载作用不足以引起面层破坏，沥青路面的开裂应当是多种因素共同作用的结果。 半刚性基层沥青路面裂缝出现的原因有3种可能：一是面层本身性能不良，二是由于基层干缩和温缩开裂而反射到面层产生裂缝，三是由于面层、基层相互作用所引起。国外通常认为半刚性基层沥青路面裂缝是由半刚性基层引起的反射裂缝，且这种反射裂缝主要由半刚性基层材料的干缩裂缝引起的。国内则认为半刚性路面的裂缝有荷载型裂缝，有沥青面层的温度收缩裂缝，还有由半刚性基层的温缩裂缝或干缩裂缝引起沥青面层产生的反射裂缝或对应裂缝。 虽然国内外的研究人员对反射裂缝问题已经进行了大量的研究，但至今仍存在不同的认识，包括反射裂缝的产生机理。根本原因在于路面使用性能受环境因素、交通因素、材料组成与结构等多种因素影响，甚至还包括经济因素、采用的研究手段等。 我国地域辽阔，又是多山国家，自然因素千差万别，并且各地区经济水平参差不齐，因此半刚性路面产生反射裂缝的主要原因不可能一致。水泥稳定基层的干缩主要发生在竣工后初期阶段。当基层上铺筑沥青或水泥混凝土面层后，基层的含水量一般变化不大，此时，收缩转化 不锈钢304L的疲劳裂纹扩展模拟 Feifei Fan, Sergiy Kalnaus, Yanyao Jiang （美达大学机械工程学院） 摘要：一个基于最近发展的疲劳方法的实验用来预测不锈钢304L的裂纹扩展。这种疲劳方法包括两个步骤：（1）材料的弹塑性有限元分析；（2）多轴疲劳标准在基于有限元分析的可输出的拉伸实验的裂纹萌生与扩展预测中的应用。这种有限元分析具有这样的特点：能够实现在先进循环塑性理论下扑捉材料在常幅加载条件下重要的循环塑性行为。这种疲劳方法是基于这样的理论:当累计疲劳损伤达到一个特定值时材料发生局部失效，而且这种理论同样适用于裂纹的萌生与扩展。所以，一组材料特性参数同时用来做裂纹的萌生与扩展预测，而所有的材料特性参数都是由平滑试样试验产生。这种疲劳方法适用于I型紧凑试样在不同应力比和两步高低加载顺序下等幅加载的裂纹扩展。结果显示，这种疲劳方法能够合理的模拟在试验上观察到的裂纹扩展行为，包括刻痕影响、应力比的影响和加载顺序的影响。另外，这种还方法能够模拟从刻痕到早期的裂纹扩展和疲劳全寿命，而且预测的结果和试验观察的结果吻合得很好。 关键词：累计损伤；疲劳裂纹扩展；疲劳标准 1 .简介 工程承压设备经常承受到循环加载，一般说来，疲劳过程有三个阶段组成：裂纹萌生和早期裂纹扩展、稳定裂纹扩展和最后的疲劳断裂。裂纹扩展速率dN da/通常被表示为重对数图尺在应力强度因素围上的一个功能。在常幅加载下，不同应力比时稳定的裂纹扩展结果通常服从Paris公式和其修正公式。常幅疲劳加载下不同材料的行为不同。有些材料表现为应力比的影响：在相同应力比时，裂纹扩展速率曲线一致，但是，应力比增大时，裂纹扩展速率也增大。而其他金属材料没有表现出任何应力比的影响，而且在恒幅加载其裂纹扩展速率曲线在重对数图纸上重合。 在变幅加载条件下疲劳裂纹扩展行为作为另一个课题已经研究了若干年了。过载和变幅加载的应用对疲劳裂纹扩展研究产生了重大的影响。对于大多数金属材料而言，上述加载方法的应用导致疲劳裂纹扩展速率减慢。基于线弹性断裂力学的理论，这种过渡行为经常使用应力强度因子和通过引入在稳定裂纹扩展状态下的 第六节疲劳裂纹 一疲劳裂纹的概念 金属材料或构件在变动载荷的作用下，经过一定周期后所发生的断裂称为疲劳断裂。 疲劳断裂在所有金属构件断裂中占主要地位。有人曾作过统计，在所有实物损坏中疲劳断裂的比例高达90%。 疲劳断裂的方式有多种多样，根据变动载荷的方式可分为拉压疲劳、弯曲疲劳、扭转疲劳、冲击疲劳及复合疲劳等；若按循环应力的频率分为低频、中频和高频疲劳；也有按疲劳断裂的总周次分的，当断裂的总次数在104以下时称为低周疲劳，这种疲劳是目前研究得最多的一种，当断裂的总周次﹥105时为高周疲劳。根据金属构件的运行环境条件又可分为热疲劳（高温疲劳）、冷疲劳（低温疲劳）、冷热疲劳及腐蚀疲劳等。 金属材料的疲劳抗力是用疲劳应力与断 裂的周期来表示的。因疲劳的应力是随时间 的变化而变化的，所以通常用应力谱――应 力随时间变化的曲线来表示。图6－1中A、B、C三条疲劳曲线表示三种不同类型的材料疲 劳断裂的特性。A曲线是材料具有较高的强度，疲劳寿命较长；B曲线是材料强度较低，疲劳寿命较短；C曲线是随着疲劳应变的变化， 断裂周期也发生急剧的变化，曲线没有水平 部分。对于A和B曲线，应力低于某一值时， 出现水平段，试样在连续循环应力作用下不 发生断裂，这个循环应力为金属材料的疲劳 极限。 金属材料的疲劳断裂抗力除决定材料本身的性能外，还与金属构件的运行条件有关， 特别是腐蚀介质和温度对其影响较大。 图6－1 疲劳曲线示意图 二疲劳断裂的宏观特征 金属构件的疲劳断口从宏观上一般可分为三个区域：疲劳裂纹的起源区、疲劳裂纹的扩展区和最后的突断区。 疲劳失效机理概述 时间:2008-1-24 金属材料的疲劳断裂过程，一般有以下几个阶段：滑移，成核，微观裂纹扩展，宏观裂纹扩展，瞬时断裂。 金属材料产生疲劳裂纹的方式很多。有的产生在金属晶体表面、晶界或金属内部非金属夹杂物与基体交界处；有的产生在金属的“先天”缺陷处，如表面的机械划伤、焊接裂纹、腐蚀小坑、锻造缺陷、脱碳等；有的是因零件的结构形状造成应力集中而成为疲劳裂纹源，如零件上的内、外圆角、键槽、缺口等处。后两种容易产生疲劳裂纹的原因是明显的，因此，以下着重讨论第一种无宏观疵病的光滑表面上，疲劳裂纹形成的机理。 图1 纯铝第一、二阶S疲劳裂纹扩展示意图 1．变应力作用下金属的滑移及疲劳裂纹成核表面无缺陷的试件，在变应力的作用下金属产生了滑移，造成了晶格的扭曲、晶粒的破裂，若变应力继续作用，上述现象将不断出现，直至金属材料表面某处失去塑性变形的能力而形成疲劳裂纹源，即疲劳裂纹成核。金属表面开始滑移直到疲劳裂纹成核，这是疲劳过程的第一阶段(图1)。裂纹生长到一定的长度以后，逐渐改变方向，最后沿着与拉伸应力成垂直的方向生长，这是裂纹扩展阶段即疲劳过程的第二阶段。 关于疲劳裂纹成核的定义，始终还是一个有争论而难以统一的问题，从工程的实际出发，一般规定裂纹长度为0．05～0．08mm，即利用一般显微放大镜可以看到的裂纹，称为成核。 多晶体金属的界面，也是疲劳裂纹成核地区。金属中的非金属夹杂物与基体的交界处，往往是疲劳裂纹优先成核地区。 2．疲劳裂纹的扩展及材料的断裂金属在表面的滑移带、晶界、相界、切口等处一旦形成了疲劳裂纹核以后，如果继续承受变应力，则裂纹继续扩展。裂纹d小于0．05mm，即成核以前的阶段，称为微观裂纹扩展阶段，也就是疲劳过程的第一阶段。此 时疲劳裂纹的扩展速率是缓慢的，／周，为裂纹长度，N为循环次 铆接疲劳裂纹产生机理的研究(一) 摘要：自冲铆接的微裂纹会在铆接孔中产生，这主要是由于材料内部组织的不均匀性及铆接模具的结构、形状造成的。疲劳裂纹还会在非铆接孔中产生，因为材料内部微观组织、相的强度、塑性和韧性等物理力学性能不一致，在受到载荷后微观组织变形不协调，这就导致在材料内部某些点的应力超过此点的微观允许内应力，故出现微裂纹。微裂纹还可能由材料内部的缩孔、缩松、夹杂和小的孔洞等引起的。微裂纹的扩展往往由于撕裂弯矩和拉伸载荷的共同作用造成，裂纹扩展越来越快。自冲铆接的寿命主要由裂纹萌生和小裂纹的扩展组成。关键词：自冲铆接；微裂纹；裂纹扩展；疲劳强度 0引言 为了提高车辆的燃油经济性和车辆变速的快捷性，就要降低车辆重量。实现汽车轻量化的关键是在车身的制造中大量使用轻型材料，如铝合金、复合材料、高分子材料、具有表面镀层不导电有机保护层的板料等，而难于用电焊对这些材料进行良好联接1]，且车辆及工程机械等机械产品所处的工况是恶劣的振动状态，疲劳失效是连接破坏的基本普遍现象，所以它的联接设计和工艺就要求更高以满足疲劳寿命和疲劳强度提高的迫切需求，虽然自冲铆接疲劳强度较点焊高，但继续提高其疲劳强度有重要的现实意义。 自冲铆接技术是采用一个铆钉连接两个或更多部件的方法（见图1），它实行冲铆一次完成。半空心铆钉自冲铆接工艺的铆接过程如下：铆钉在冲头的作用下，穿透上层板料，在凹模和铆钉外形共同作用下空心铆钉尾部在下层金属中张开形成喇叭口形状2]。自冲铆接除了可连接上述点焊所难于连接的材料外，自冲铆接和点焊相比还具有许多点焊所不具备的优点：能连接不同材料，能和粘接复合连接，无发光，发热少，疲劳强度较高，快捷等。 图1空心铆钉自冲铆接接头剖面图 1自冲铆接疲劳破坏方式 自冲铆接的疲劳扩展最易在铆接孔处扩展，且在宏观上裂纹扩展方向垂直于载荷方向，且裂纹宏观方向通过铆接孔中心，在裂纹扩展末期的瞬断时形成剪切唇，剪切唇与载荷成大约45o，如图2（a）所示，这其实是由于强度不足所致。 （a） （b）（c） 图2自冲铆接板料的疲劳破坏 有的时候自冲铆接疲劳裂纹不在铆接孔发生，而有可能在铆接孔附近靠近铆钉头部的地方萌生和扩展，这主要由于铆钉在受载时会对板料有一个弯曲作用，如图2（b）所示。在有的时候，比如自冲铆接和粘接复合连接时，或材料缺陷情况下，疲劳萌生和扩展还可能发生在板料的其他部位，如图2（c）所示。 2自冲铆接微裂纹的产生 铆钉可用钢材或硬铝等制作，一般经热处理来适当提高其韧、硬度，这主要取决于被铆接材料特性如强度、硬度、厚度等。被铆接的材料常有钢板、铝板或铝合金、塑料、铜或铜合金、高分子材料及复合材料等，一般其硬度不能太高，否则铆钉将难刺穿上板料，若采用更高硬度的铆钉，但这样铆钉在刺入板料和张开时易开裂，且增大了刺入力。 由于铆钉刺进板料时，板料内部强度、硬度、结构、相分布、原子结合力不均，晶粒、晶界性状不一等原因导致板料的铆钉孔孔壁有毛刺、微裂纹，这些将是导致自冲铆接失效的重要扩展源。 下面阐述裂纹不在铆接孔中产生的情况。金属中常见的有面心立方晶格、体心立方晶格、密排六方晶格等多种结构，它们具有多种滑移系和滑移方向，晶体是各向异性的3]。在其受力时可沿着受载最大或最弱的、抗力最小的晶面和晶向滑移，在每一次滑移时晶面和晶向都有可能不同，这样就有可能导致产生侵入沟、挤出脊、晶格畸变或位错堆积等缺陷（见图3），疲劳裂纹扩展
对铆接疲劳裂纹产生机理的探讨
影响钢轨疲劳裂纹萌生寿命的主要因素分析_王建西
疲劳裂纹的预制.
材料的疲劳性能
材料裂纹的产生及扩展的原因分析
疲劳破坏机理
裂缝形成机理
疲劳裂纹扩展
第六节：疲劳裂纹
疲劳失效机理概述
铆接疲劳裂纹产生机理的研究(一)
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