喷丸诱导的残余应力对疲劳裂纹扩展抗力的影响

喷丸诱导的残余应力对疲劳裂纹扩展抗力的影响

此问题在学术界存在广泛争议，绪论中也有提到。围绕此问题，领域学者做了大量的研究工作，本文将他们得出的结论总结如下；

1、通过喷丸强化引入残余应力场改变裂纹萌生的的位置，抑制表面裂纹萌生。

疲劳裂纹的萌生和动物世界的优胜劣汰原则相似，它们遵循着在薄弱部位优先起裂的竞争模式。受到加工过程的影响，材料通常存在天然表面缺陷，在服役中也容易通过接触形成局部缺陷，而材料内部受加工影响的因素较少，因而缺陷较小。因此在循环应力作用下，表面比内部更容易发生滑移，型成凹槽、凸脊而导致疲劳裂纹的产生。并且通过分析疲劳断裂的断口特征发现99.9%断口的裂纹源位于构件的表层或次表层。裂纹源位于构件内部只是极个别现像，这说明只要强化构件只要强化构件表层或次表层就能有效地提高零件的抗疲劳能力从而减少疲劳断裂带来的危害，而喷丸引入的残余应力能很好地解决这个问题。王仁智等认为引入残余应力的作用主要 是通过改变裂纹萌生的位置（即由表面推移到内部）或通过降低早期裂纹扩展速率来提高疲劳强度，文献同时证明了此观点。刘文才也证实在表成变形层残余压 应力场的作用下疲劳裂纹源由表面被驱赶到表面强化层下。通过喷丸将裂纹源驱赶到构件内部，可立竿见影地提高构件的疲劳寿命。、

2、通过降低有效应力强度因子幅度，增强裂纹闭合效应，提高裂纹张开应力，改变门槛值等多种方式有效降低裂纹扩展速率。

学者们对残余应力场能降低疲劳裂纹扩展速率的问题上达成了比较广泛的共识，但对于残余应力是如何有效降低疲劳裂纹扩展速率却存在不同的意见。胡奈赛等认为表面形变强化主要降低疲劳裂纹扩展速率而对推迟疲劳裂纹萌生期影响不大，但文献确认为表面强化即可减小裂纹扩展速率也可显著推迟裂纹的萌生。国外一些学者研究了钢及铝试件中表面短裂纹在喷丸应力场中的扩展，认为裂纹扩展速率的降低是残余压应力对闭合的影响。李航月等证实了此观点，但他们认为在考虑裂纹闭合因素的同时，还应该考虑残余应力场对裂纹扩展的门槛的影响，因为裂纹扩展门槛值的变化将对裂纹扩展深速率产生很大影响。高玉魁则认为残余压应力不仅增加了疲劳裂纹的闭合效应，而且有效降低控制疲劳裂纹扩展的应力强度因子幅度，从而使疲劳裂纹张开的临界应力增加。李学峰等认为闭合效应的迟滞机制并没有引起材料疲劳断裂抗力任何本质的改善，而仅仅提高了表现的或非本质的抗力。

喷丸引入的残余应力场通过改变裂纹萌生的位置，一致表面裂纹萌生以及使裂纹闭合、改变门槛值等多种方式有效降低了疲劳裂纹扩展速率。也因为如此，喷丸强化成为广泛适用的抗疲劳手段。