低周疲勞壽命

材料承受低周疲勞時達到的失效或斷裂循環數。可用應變範圍Δε與低周疲勞壽命N曲線表示。曲線一般用雙對數坐標繪製。縱坐標為總應變範圍Δε₁，等於彈性應變範圍Δε_e和塑性應變範圍Δε_p之和；橫坐標為低周疲勞壽命或失效循環數N。其壽命一般不超過5X10，最高不大於10。根據疲勞斷裂過程，零件的疲勞總壽命等於疲勞裂紋起始壽命N_f(或裂紋形成壽命)與疲勞裂紋擴展壽命N_p之和。在估算壽命時，常用材料的低周疲勞壽命N代表N_f進行計算，N_f包括裂紋成核、微裂紋形成的擴展，直至出現工程裂紋為止所需循環數的總和。

基本介紹

• 中文名：低周疲勞壽命
• 外文名：Low cycle fatigue life
• 測試對象：各種材料
• 測試方法：多次循環測試性能
• 測試設計：致裂壽命、裂紋擴展壽命等

單晶合金的低周疲勞壽命

由於低周疲勞需要大量的試樣，試驗周期也很長，獲得一批數據必須付出較大的代價，因此在進行低周疲勞性能研究的同時，用材料的常規力學性能數據來估算DD6合金的低周疲勞壽命具有重要意義。由於發動機渦輪葉片根部所受的力為多軸應力，所以需要測定各種取向下單晶高溫合金的低周疲勞壽命。但是由於單晶的生長製備十分複雜，長成的單晶很難嚴格控制其精確取向，所以得到的單晶均為一定範圍內與理想取向存在偏差的晶體，這在單晶合金的生成過程中被認為是合格的。而單晶高溫合金的低周疲勞壽命又強烈依賴於取向，對於在一定範圍內隨機分布的取向無法通過試驗逐一進行測定，所以用無損檢測的方法對各種取向下的單晶合金的低周疲勞壽命進行預測就更為迫切。從溫度對於屈服應力的影響來說，760℃時會出現鎳基單晶高溫合金在中溫附近的峰值應力。超過該溫度，鎳基單晶的屈服應力會隨溫度的上升而迅速下降，980C處於該屈服應力迅速下降的區域。這是因為兩個溫度下的變形機制發生了變化，這種變化從低周疲勞壽命中也可以反映出來。

從圖1中可以看出，對於[001]取向，在所研究的兩種溫度下，DD6合金的低周疲勞壽命大體相當。但在不同的總應變幅範圍內，又有不同的趨勢，可以分為兩個部分：在較高總應變幅的條件下，760℃的低周疲勞壽命低於980℃；在較低總變幅的條件下，760℃的低周疲勞壽命高於980℃。隨著總應變幅的降低，這種壽命的差異逐漸變大。並且，在兩種溫度下，壽命隨總應變幅變化的幅度也有不同。980℃下壽命對於總應變幅的變化比760℃更為敏感。這也反映了兩種溫度下，累積損傷機制的不同。從下面對滯後能密度的分析可以看出，在980℃溫度下的低循環過程中，其塑性累積損傷的成分要大於760℃。

圖1 DD6單晶[001]取向在兩種溫度下低周疲勞壽命

低周疲勞壽命設計

汽輪機部件的低周疲勞壽命可分為致裂壽命、裂紋擴展壽命和致斷壽命。

低周疲勞壽命估算

估算低周疲勞壽命常用兩種方法：①類似常規疲勞設計方法，即用ε-N曲線直接推算出壽命；②用局部應力-應變法估算裂紋形成壽命。

高溫低周疲勞壽命預測

1、累積損傷法，如蠕變-疲勞時在拉應力下保持一段時間Δt，則可按線性損傷積累來預測壽命。蠕變疲勞互動作用是兩種損傷的積累導致斷裂、一部分損傷與時間無關，由應變幅決定疲勞壽命分數，另一部分損傷是依賴於時間的持久壽命分數。不區別蠕變和疲勞損傷在性質上的差別，可以把兩部分疊加在一起來預測壽命。

2、CoffinManson法；

3、通用斜率法；

4、10%規則；

5、頻率修正法；

6、最大應力修正法；

7、應變-循環修正法。