30CrMnSiA鋼板的疲勞行為帶孔板件常規(guī)疲勞S-N曲線所示為帶ù8.1mm自由中心孔（孔中無螺栓連接）的30CrMnSiA鋼板件的疲勞循環(huán)最大應(yīng)力壽命曲線，試樣斷裂全部發(fā)生在板孔的最大應(yīng)力集中部位，其疲勞極鈦合金螺栓連接鋼板試樣斷裂形貌限約為200MPa.根據(jù)所示的S-N曲線，選擇300MPa最大循環(huán)載荷下比較TC16鈦合金螺栓連接對30CrMnSiA鋼板件疲勞行為的影響。結(jié)果表明直徑ù8mm的TC16鈦合金螺栓連接的高強度鋼板結(jié)構(gòu)的疲勞破壞均表現(xiàn)為30CrMnSiA鋼板連接孔處與螺栓接觸磨損區(qū)的斷裂，試樣斷裂的宏觀形貌如所示。裂紋萌生在與外加疲勞載荷成約70b方向，而非自由孔板的90b位置，TC16鈦合金螺栓及其連接30CrMnSiA鋼板孔的疲勞行為（b）所標白色點畫線位置）。

　　斷裂形態(tài)表明，鈦合金螺栓連接30CrMnSiA鋼板的斷裂是由于螺栓表面與鋼板孔內(nèi)壁之間發(fā)生微動磨損作用和外加循環(huán)疲勞載荷協(xié)同作用造成的，即發(fā)生的為微動疲勞破壞。比較300MPa外加最大循環(huán)載荷下30CrMnSiA鋼板鈦合金螺栓連接件的微動疲勞壽命與帶自由孔件的常規(guī)疲勞壽命表明，前者為25724次，后者為65413次，即微動疲勞較常規(guī)疲勞壽命降低約60%，即接觸面上的微動作用明顯促進鋼板孔內(nèi)表面上疲勞裂紋的萌生和早期擴展。

　　微動疲勞板孔微動磨損區(qū)損傷特征表明，磨損呈現(xiàn)碾壓、磨粒磨損與疲勞脫層特征。高強度鋼板件的孔壁微動接觸區(qū)表面由于磨損作用導(dǎo)致的高應(yīng)變、大變形和局部缺口效應(yīng)，促進疲勞裂紋的萌生，而外加疲勞載荷促進疲勞裂紋的擴展。在實驗過程中觀察到大量的黑色氧化磨屑正是由于鈦合金螺栓與鋼板孔內(nèi)壁接觸部位發(fā)生微動磨損所致。

　　TC16鈦合金螺栓的疲勞行為為了研究鈦合金螺栓在連接結(jié)構(gòu)中的疲勞斷裂失效行為，通過適當減小緊固孔徑而使30CrMnSiA鋼板孔邊距增大的方法，以保證TC16鈦合金螺栓斷裂而不使30CrMnSiA鋼板斷裂。本文所確定的試驗條件為：30CrMnSiA鋼板試樣尺寸如所示，螺栓連接孔為ù6.1mm孔；螺栓直徑為ù6mm，與緊固孔為間隙配合；外加最大循環(huán)載荷為170MPa.試驗結(jié)果表明，螺栓均在所示的a處斷裂，即與30CrMnSiA鋼板孔連接處的最大彎曲應(yīng)力的位置。根據(jù)給出的鈦合金螺栓在連接結(jié)構(gòu)情況下的受力示意圖，可以看出在不考慮螺栓頭和螺母受夾具約束的情況下，螺栓的受力可以簡化為3點彎曲加載模式，由于TC16鈦合金螺栓受到交變的單向彎曲疲勞載荷，因而發(fā)生彎曲疲勞破壞。盡管在螺栓與30CrMnSiA鋼板孔或夾具之間的接觸表面上存在微動磨損作用，但是由于疲勞載荷的最大張應(yīng)力位置在微動接觸區(qū)的背面（如中的a點），或者微動區(qū)處在壓應(yīng)力狀態(tài)，因此，螺栓的斷裂并非微動疲勞斷裂。這是由于螺栓頭和螺母受到夾具側(cè)面約束的緣故，在施力點的背面也是受彎曲應(yīng)力，即此處也為彎彎疲勞加載。另外，若本文試驗條件改為拉壓疲勞，由于微動區(qū)處存在交變彎曲張應(yīng)力，則微動作用會促進疲勞裂紋的萌生，協(xié)同加速螺栓的疲勞斷裂。

　　鋼板緊固孔周圍的應(yīng)力分布分析對于帶自由緊固孔的30CrMnSiA鋼板件，緊固孔周圍的應(yīng)力分布是不均勻的，如（a）所示。與外加拉伸載荷垂直的孔邊緣處應(yīng)力最大（用Rmax表示），隨著離孔邊沿的距離增大，應(yīng)力急劇降低。對于鈦合金螺栓連接的30CrMnSiA鋼板緊固孔，借助ANSYS有限元分析軟件對孔周圍的應(yīng)力分布進行分析，結(jié)果如（b）所示，即板孔周圍的應(yīng)力場發(fā)生了明顯變化，此時板孔的應(yīng)力集中更為明顯，應(yīng)力集中區(qū)向板孔被擠壓的方向移動，同時由于該處螺栓與板孔之間發(fā)生最為顯著的微動磨損作用，磨損促進疲勞裂紋萌生，而摩擦力與外加應(yīng)力疊加促進裂紋擴展，因此，該處成為微動疲勞的裂紋源，這與試驗結(jié)果完全吻合。