Initiation and propagation of fatigue crack in pre-strained material

Experimental investigations of the effect of pre-straining on the crack initiation and propagation in fatigue have been carried out on mild steel and stainless steel. X-ray analysis of the material has clearly revealed that pre-straining of the material introduces surface compressive residual stress. With increasing degree of pre-strain the crack nucleation period is delayed and the rate of crack propagation is decreased. The maximum stress intensity factor K_max is related to the rate of crack propagation by a relation da/dN=CK_max^q, where the value of the exponent q is approximately 2.5. The constant C decreases with increasing pre-strain. Thus it has been observed that the increase in fatigue life is contributed by the delay in crack nucleation and a decrease in the rate of crack propagation. The increase in the endurance limit appears to bear a linear relation with the degree of pre-strain.

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Résumé Des études expérimentales sur l'effet d'un écrouissage sur l'amorçage et la propagation d'une fissure de fatigue ont été effectuées sur de l'acier doux et sur de l'acier inoxydable. Par analyse aux rayons X, on a pu clairement établir que l'écrouissage introduisait en surface du matériau des tensions résiduelles de compression. En augmentant le taux d'écrouissage, la période de nucléation de la fissure est retardée et la vitesse de propagation de la fissure décroît.Le facteur d'intensité des contraintes maximum, K_max, est lié à la vitesse de propagation par la relation da/dN=CK_max^qoù l'exposant q vaut environ 2.5.La constante C décroît lorsque l'on augmente l'écrouissage. On observe donc que l'augmentation de l'endurance résulte à la fois du retard dans la formation de la fissure et de la diminution de sa vitesse de propagation. L'accroissement de la limite d'endurance semble être une fonction linéaire du taux d'écrouissage.