《金属疲劳断裂理论》

目 录1

序 言1

编者的话1

第一章位错理论基础1

1.1位错的基本概念1

1.1.1刃型位错与螺型位错1

1.1.2柏氏矢量的一般定义及其性质2

1.1.4位错密度5

1.1.3混合型位错5

1.2位错的弹性性质7

1.2.1刃型位错应力场7

1.2.2螺型位错应力场8

1.2.3位错的能量与线张力9

1.2.4位错的点阵模型10

1.2.5位错在外应力场中所受的力16

1.2.6平行位错间的相互作用力16

1.2.7位错的塞积18

1.2.8位错与溶质原子的交互作用20

1.3位错的运动22

1.3.1位错的滑移与攀移22

1.3.2位错的滑移与宏观应变24

1.3.3位错运动的特征26

1.3.4螺型位错的交滑移26

1.3.5位错的交割27

1.4位错的增殖30

1.4.1位错的均匀生核30

1.4.2在应力集中的地方生成位错31

1.4.3 Frank-Read源33

1.5典型晶体结构中的位错34

1.5.1典型晶体结构中的单位位错34

1.5.2面心立方和密排六方结构晶体中的堆垛序和堆垛层错34

1.5.3面心立方结构晶体中的不全位错36

1.5.4 Thompson记号39

1.5.5位错反应40

1.5.6面心立方结构晶体中的扩展位错41

1.5.7 Lomer-Cottrell锁42

第二章疲劳现象45

2.1 包辛格（Bauschinger）效应45

2.2玛辛（Masing）特性47

2.3材料的记忆特性48

2.4疲劳硬化和软化48

2.4.1应力控制48

2.4.2应变控制49

2.5 疲劳形变中的饱和现象52

2.6滑移带54

第三章疲劳裂纹的萌生58

3.1位错与裂纹58

3.2位错在疲劳过程中的作用59

3.3疲劳裂纹萌生的部位60

3.3.1从晶界萌生疲劳裂纹60

3.3.2在非金属夹杂物（或第二相）处萌生疲劳裂纹62

3.4疲劳裂纹萌生的孕育期63

3.5.1 Wood机制64

3.5疲劳裂纹萌生机制64

3.5.2 Neuman模型65

3.5.3 Cottrell-Hull机制65

3.5.4位错偶极子塞积模型66

3.6腐蚀条件下疲劳裂纹的萌生68

3.6.1腐蚀反应68

3.6.2氢脆69

3.6.3腐蚀坑与疲劳裂纹萌生之间关系69

3.6.4腐蚀条件下氢致疲劳腐蚀生核69

4.1.1关于Griffith理论72

第四章疲劳裂纹的扩展72

4.1断裂力学概述72

4.1.2线弹性断裂力学74

4.1.3裂纹尖端地区的结构85

4.2疲劳裂纹扩展速率87

4.3疲劳裂纹扩展门坎值△Kth92

4.4疲劳裂纹的闭合效应100

4.5疲劳裂纹扩展时的显微浮凸特征101

4.6疲劳裂纹的扩展过程103

4.7疲劳裂纹扩展的物理模型104

4.7.1切应变型（第一阶段）扩展机制105

4.7.2正应变型（第二阶段）扩展机制106

第五章疲劳断裂111

5.1疲劳断口的分类111

5.1.1拉－压疲劳断口111

5.1.2弯曲疲劳断口113

5.1.3扭转疲劳断口116

5.2疲劳断口的保存与清洗117

5.2.1断口的保存118

5.2.2断口的清洗118

5.3疲劳断口的宏观形貌120

5.3.1疲劳源区120

5.3.2疲劳裂纹扩展区121

5.3.3瞬时断裂区127

5.4疲劳断口的微观形貌128

5.4.1疲劳条纹128

5.4.2轮胎花样138

5.4.3韧窝花样139

第六章影响疲劳的因素144

6.1材料的组织结构对疲劳的影响144

6.1.1晶体结构的影响144

6.1.2堆垛层错能的影响145

6.1.3晶粒大小的影响146

6.1.4第二相性质的影响148

6.1.5非金属夹杂物的影响149

6.2试样或构件的表面状况对疲劳的影响150

6.2.1表面缺口的影响150

6.2.2表面状况的影响151

6.2.3表面残余应力状态的影响154

6.3环境介质对疲劳的影响155

6.3.1腐蚀介质对材料疲劳的影响155

6.3.2腐蚀疲劳机理157

6.4.2过载损伤作用159

6.4.3次载强化作用159

6.4.1 Miner累积损伤假说159

6.4载荷变化对疲劳的影响159

第七章 金属材料的微观强化机理161

7.1固溶强化161

7.1.1原子尺寸效应引起的强化161

7.1.2弹性模量效应163

7.1.3固溶体的有序化造成的强化164

7.2位错强化164

7.3晶界强化168

7.4马氏体强化170

第八章金属材料的显微组织与疲劳性能176

8.1奥氏体的形成176

8.1.1钢中常见的显微组织176

8.1.2奥氏体的形成178

8.2珠光体组织与性能178

8.2.1片状珠光体的形成与形态179

8.2.2粒状珠光体的形成与形态179

8.2.3索氏体与屈氏体的形成与形态180

8.2.4珠光体组织的疲劳性能182

8.3.1贝氏体的分类及其形态183

8.3贝氏体组织与性能183

8.3.2贝氏体组织的疲劳性能184

8.4马氏体组织与性能185

8.4.1两种不同形态的马氏体185

8.4.2两种马氏体的形成条件186

8.4.3马氏体的性能187

第九章提高金属抗疲劳断裂的途径188

9.1表面的重要性188

9.2.1喷丸处理189

9.2表面形变强化——喷丸和滚压处理189

9.2.2滚压处理191

9.3表面化学热处理强化193

9.3.1表面化学热处理的基本过程194

9.3.2常用的几种表面化学热处理强化方式及强化规律195

9.4复合处理强化198

9.4.1氮化淬火冷处理复合强化199

9.4.2渗碳后重新加热淬火复合处理199

9.5激光辐照表面强化处理200