● 摘要
疲劳是工程结构件在实际使用中比较常见的失效模式，按其损伤模式一般分为五个阶段，我们一般把主裂纹萌生前的三个阶段，即亚微观永久损伤形核、疲劳显微裂纹萌生和疲劳显微裂纹扩展这三个阶段叫做疲劳的早期损伤阶段。对于某些金属材料，疲劳早期损伤阶段占据了大部分的疲劳寿命，有些甚至达到了90%以上。对于疲劳早期损伤的物理机制现在还没有形成统一的认识，现有的无损检测技术和方法也无法对疲劳早期损伤进行及时有效的检测，因此对金属疲劳早期损伤机理的研究，具有极其重要的理论价值和实际意义。对疲劳早期损伤阶段的机理研究还可以为主裂纹萌生前的寿命预测的研究提供一定的理论依据，并为建立疲劳总寿命预测模型提供依据。 本论文使用基于光学直接观察的疲劳早期损伤观测系统，对特种设备典型材料16MnR的疲劳损伤全过程进行了系统的试验研究，得到了一系列结果。 亚微观永久损伤形核阶段的损伤可用滑移线密度来表征，滑移线密度与疲劳寿命之间存在着规律性的变化关系。疲劳裂纹萌生位置多为表面滑移带密集处以及晶界等应力集中处。经过一个相当长的“孕育期”后，有多条疲劳显微裂纹先后萌生于试样表面。显微裂纹的数量随着循环周次的增加而增加。显微裂纹数量随交变应力增大而增加。疲劳裂纹萌生阶段占疲劳总寿命的比例随着载荷的增大下降。 疲劳裂纹绝大多数为呈“锯齿形”的穿晶扩展，裂尖有偏折和分叉现象，裂纹有向裂尖前方附近“高能”位置扩展的趋势。同样的应力强度因子值，小裂纹的扩展速率大于长裂纹的扩展速率。