4003铁素体不锈钢因其优良的耐腐蚀性能、相对较好的力学性能以及十分低廉的价格而被广泛的应用于各行各业,这其中就包含承受交变载荷的应用领域,而其焊接结构承受疲劳循环载荷时,焊接接头成为限制其广泛使用的瓶颈。疲劳裂纹扩展性能可以反映材料在疲劳循环载荷下阻碍裂纹扩展的能力;目前对于裂纹扩展的研究主要基于断裂力学理论,使用应力强度因子对裂纹扩展速率进行描述。红外热像法由于其实时、快速等优点被应用于裂纹扩展的研究当中,并可以从能量耗散的角度对材料裂纹扩展进行本质的分析,因而使用红外热像法对4003铁素体不锈钢及其焊接接头进行裂纹扩展研究具有一定的科学意义与应用价值。利用红外热像仪对4003铁素体不锈钢及其MIG(Metal Inert-gas Welding)焊焊接接头在疲劳裂纹扩展过程中的表面温度变化进行了研究。结果表明:在初始应力强度因子范围ΔK较小时,疲劳裂纹扩展过程中试件表面温度演化可以分为5个阶段:初始温度下降阶段Ⅰ,温度平衡阶段Ⅱ,温度缓慢上升阶段Ⅲ,温度快速上升阶段Ⅳ和失效后冷却阶段Ⅴ。对试件在疲劳过程中的产热机理进行了探讨,发现裂纹尖端循环塑性区是裂纹扩展过程中的移动热源;并同时建立了温度变化与应力强度因子变化之间的关系,可以发现试件表面温度的变化主要受应力强度因子范围和裂纹扩展速率的影响。利用扫描电镜对4003铁素体不锈钢及其接头的裂纹扩展断口形貌进行了分析,结果表明:母材、焊缝、HAZ三者的疲劳断裂机理在初始扩展阶段,分别为准解理断裂、解理断裂、准解理断裂的脆性断裂特征;稳定扩展阶段三者均呈现出以疲劳条带为主的塑性断裂特征。当微观断裂机理为解理、准解理断裂的脆性断裂机制时,裂纹处于初始缓慢扩展阶段时,试件表面的宏观温度没有明显变化;当微观断裂机理为疲劳条带的塑性断裂机制时,裂纹处于稳定扩展阶段时,试件表面的宏观温度表现为快速上升;而在温度变化的转折点,微观断裂机理表现为准解理与塑性条带的混合断裂机制。微观断裂机理的变化验证了宏观温度的变化,表明疲劳载荷作用下,试件表面的温度变化是研究裂纹扩展过程的一种有效手段。