在材料的疲劳研究中,裂纹是描述疲劳损伤过程的一个重要物理量,人们对金属疲劳裂纹的形成及扩展规律做了大量的研究,已经形成了一些理论,但对焊接结构疲劳裂纹的形成与扩展的研究,尤其是对短裂纹的研究还不多。随着航天工业的发展,对材料的冶金质量和零件精度要求逐渐提高,这类零件的短裂纹扩展是整个疲劳失效的重要部分,因此对裂纹萌生与扩展的研究,尤其是短裂纹的研究具有重要的意义。本文在室温、正弦拉-拉载荷下,对焊接结构中常用的16Mn钢焊接件的疲劳裂纹的萌生与扩展进行了实验研究,主要内容如下:(1)裂纹萌生研究:透射电镜观察到,在循环载荷作用下,位错滑移至晶界处形成位错缠结、位错条带,继而衍变成亚晶,亚晶界开裂形成微裂纹;珠光体中的渗碳体断裂能够形成微裂纹,但不能扩展。(2)短裂纹扩展研究:微观组织结构对疲劳短裂纹扩展的影响程度取决于裂纹的长度。MSC阶段,受微观组织的影响,裂纹扩展数据波动较大,随着裂纹长度的不断增长,其影响程度逐渐减弱;PSC阶段,裂纹扩展速率随着裂纹的生长而单调增加,直至与长裂纹的扩展速率吻合。(3)裂纹扩展的微观特征研究:在热影响区与焊缝区的裂纹扩展均为沿晶与穿晶混合型。(4)U型缺口试样的疲劳破坏研究:缺口试样的疲劳破坏主要是由形成于缺口根部的表面裂纹扩展引起的,在一定长度范围内,表面裂纹的扩展数据分散性很大,表现出很强的随机性,穿透裂纹从萌生开始,就以一定的扩展速率稳步扩展,受微观组织的影响不明显。(5)断口分析:热影响区的断裂由解理断裂过渡到韧性断裂,焊缝处的断裂形式为准解理断裂,在裂纹扩展区内,伴有大量的韧窝,则焊缝处的塑性比热影响区的塑性好。