【正文】 zz?zx?x y x?y?y?x?y?x?y?x?x y x?y?y?x?y?x?y?x?n ? ????以主平面為單元體的各面則稱為主單元體 x y x?y?y?x? 1P?2P?????從變形體內(nèi)任意點(diǎn)取出的單元體稱為原始單元體 主單元體的各表面上只有正應(yīng)力，沒(méi)有切應(yīng)力 對(duì)平面應(yīng)力狀態(tài)， z平面也為一個(gè)主平面，其上的主應(yīng)力為零。 參量： 最大應(yīng)力 最小應(yīng)力： max?min?應(yīng)力幅 2a????平均應(yīng)力 應(yīng)力比 ? ?m a x m i n 2m? ? ???m in m axr ???應(yīng)力變程 m a x m in? ? ?? ? ?第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 一 . 疲勞的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 交變載荷：載荷的大小、方向隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的載荷。 第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 二 . 疲勞斷口的特征 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 : 材料內(nèi)部缺陷 →零件局部區(qū)域造成應(yīng)力集中 →該區(qū)域產(chǎn)生疲勞裂紋 : 疲勞裂紋形成后 →繼續(xù)擴(kuò)展長(zhǎng)大 →載荷大小的改變 →裂紋張開和閉合 →擴(kuò)展區(qū)留下一條條光亮的弧線（疲勞裂紋前沿線） 貝殼狀 — 海灘狀 : 疲勞裂紋不斷擴(kuò)展 →零件有效截面逐漸減小 →應(yīng)力增加 →超過(guò)材料斷裂強(qiáng)度時(shí) →放射狀斷裂。3N過(guò)載持久值： 材料在高于疲勞極限的應(yīng)力作用下發(fā)生疲勞斷裂的應(yīng)力循環(huán)周次。 第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標(biāo)及其影響因素 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 2. 帶裂紋零件的疲勞抗力指標(biāo) 疲勞裂紋擴(kuò)展曲線：裂紋長(zhǎng)度隨應(yīng)力循環(huán)周次 N的變化。 ( )p??????拉 壓 疲 勞 鋼 5 ( )p????? 鑄 鐵110 . 5 5 ( )?????扭 轉(zhuǎn) 疲 勞 鋼 及 輕 合 金110 . 8 ( )????? 鑄 鐵第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標(biāo)及其影響因素 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 3. 影響疲勞抗力的因素 （ 2） .材料本質(zhì) 材料不同，其疲勞曲線不同，則疲勞極限和過(guò)載持久值不同。 組織狀態(tài)不同，強(qiáng)度高者，疲勞極限高。 （ 5） .腐蝕介質(zhì) 零件在腐蝕介質(zhì)（酸、堿、鹽水、海水等）中工作時(shí)，表面的腐蝕坑成為疲勞裂紋源，使疲勞極限和門檻值，裂紋擴(kuò)展率提高。 ? 汽缸套筒磨損量大小決定發(fā)動(dòng)機(jī)的大修期 。 第四節(jié) 零件的磨損失效 3. 腐蝕磨損： 腐蝕磨損是在摩擦力和環(huán)境介質(zhì)聯(lián)合作用下，金屬表層的腐蝕產(chǎn)物剝落和金屬磨面間的機(jī)械磨損（粘著磨損和磨粒磨損）相結(jié)合的一種磨損。 危害 : 在微動(dòng)磨損區(qū)形成一定深度的磨痕蝕坑，叫咬蝕。 后果： 齒輪有大量麻點(diǎn)后，嚙合惡化，噪聲增大，振動(dòng)增加，附加沖擊力，磨損加劇，齒根折斷 第四節(jié) 零件的磨損失效 接觸疲勞也是裂紋形成和擴(kuò)展的過(guò)程，其破壞的三種形式： 裂紋源于表層的麻點(diǎn)剝落： 它是零件在 有滾動(dòng)并滑動(dòng) ，其表面有沿滾動(dòng)方向的摩擦力時(shí)，并有潤(rùn)滑油存在的情況下產(chǎn)生的。 第四節(jié) 零件的磨損失效 接觸疲勞也是裂紋形成和擴(kuò)展的過(guò)程，其破壞的三種形式： 硬化層剝落： 這種剝落只發(fā)生在經(jīng)過(guò)表面硬化處理如表面淬火表面化學(xué)熱處理的零件上。 減小接觸壓力和摩擦系數(shù)、增加材料硬度、改善潤(rùn)滑條件都有利于提高零件零件的抗磨損能力 三。提高零件磨損抗力的途徑： 第四節(jié) 零件的磨損失效 磨粒磨損 1）設(shè)計(jì)時(shí)，減小接觸壓力和滑動(dòng)摩擦距離及改善潤(rùn)滑 2）合理選用高硬度材料圖高碳鋼、高碳合金鋼、耐磨鑄鐵、陶瓷等 3）采用表面處理（如表面淬火、滲碳、滲氮、熱噴涂陶瓷和堆焊耐磨合金等）和表面加工硬化等方法提高摩擦副材料表面硬度，可有效提高耐磨性 三。 三。在室溫或者溫度不高時(shí)，氧化過(guò)程進(jìn)行很慢，然而在較高溫度下，氧化過(guò)程明顯加快。這是觀察金屬顯微組織之前必須進(jìn)行腐蝕的原因。 二 . 電化學(xué)腐蝕 第五節(jié) 零件的腐蝕失效 1. 應(yīng)力腐蝕：零件在 拉應(yīng)力 和特定的 化學(xué)介質(zhì) 聯(lián)合作用下作用所產(chǎn)生的低應(yīng)力脆性斷裂現(xiàn)象。 2. 抗 電化學(xué)腐蝕 措施： 1）選擇耐腐蝕材料，如不銹鋼、耐蝕合金、陶瓷材料、高分子材料。 第六節(jié) 零件在高溫下的蠕變變形和斷裂失效 長(zhǎng)期在高溫條件下運(yùn)轉(zhuǎn) 一 . 高溫對(duì)金屬力學(xué)性能的影響 高壓蒸汽鍋爐，汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、柴油機(jī)等 材料 材料既要考慮室溫力學(xué)性能也要考慮高溫性能 1)高溫下材料的強(qiáng)度隨溫度升高而降低 2）高溫下材料強(qiáng)度隨加載時(shí)間延長(zhǎng)而降低 第六節(jié) 零件在高溫下的蠕變變形和斷裂失效 二 . 蠕變極限和持久強(qiáng)度 1)高溫下材料的強(qiáng)度隨溫度升高而降低 2）高溫下材料強(qiáng)度隨加載時(shí)間延長(zhǎng)而降低 建立評(píng)定材料高溫性能的指標(biāo)：蠕變極限和持久強(qiáng)度 。 3）電化學(xué)保護(hù)，如犧牲陽(yáng)極保護(hù)、外加電位陰極保護(hù) 4）加緩蝕劑降低電解質(zhì)腐蝕性。 第五節(jié) 零件的腐蝕失效 3. 材料抵抗應(yīng)力腐蝕的力學(xué)性能指標(biāo)： KISCC 三 . 應(yīng)力腐蝕 應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子， 物理意義：表示拉應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力 第五節(jié) 零件的腐蝕失效 1. 抗 氧化腐蝕 措施： 四 . 改善零件腐蝕抗力的措施 1）選擇抗氧化材料，如耐熱鋼、高溫合金、耐熱鑄鐵、陶瓷材料。 2）小孔腐蝕：金屬表面微小區(qū)域因氧化膜破損或析出相和夾雜物剝落，引起該處電極電位降低而出現(xiàn)小孔并向深度發(fā)展的現(xiàn)象，又稱點(diǎn)蝕。 一. 高溫氧化腐蝕 第五節(jié) 零件的腐蝕失效 金屬的氧化過(guò)程（以 +2價(jià)金屬為例）： 金屬原子失去電子成為離子； 氧原子吸收電子成為氧離子； 金屬離子和氧離子結(jié)合形成氧化物； 一. 高溫氧化腐蝕 2 2M M e???22O e O ???22M O M O????第五節(jié) 零件的腐蝕失效 電化學(xué)腐蝕： 金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的 條件 是不同金屬或同一金屬的不同組成部分之間存在著電極電位差，而它們是相互接觸并處于互相聯(lián)通的電解質(zhì)溶液中構(gòu)成微電池。提高零件磨損抗力的途徑： 第五節(jié) 零件的腐蝕失效 腐蝕： 材料表面和周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)引起的表面損傷現(xiàn)象，分別稱之為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。 凡提高基體金屬表面硬度或形成與基體金屬牢固結(jié)合的致密氧化膜的一切表面處理方法，如滲碳、滲氮蒸汽處理等 三。 （ 3）減小接觸壓應(yīng)力 粘著磨損量隨接觸壓應(yīng)力增大而增加，接觸壓力超過(guò)材料硬度值的 1/3時(shí)，黏著磨損加劇。 第四節(jié) 零件的磨損失效 粘著磨損 （ 1）合理選擇摩擦副配對(duì)材料 異類材料比同類材料配對(duì)磨損量??； 多相合金比單相合金配對(duì)磨損量小。 裂紋源于次層的麻點(diǎn)剝落： 它是裂紋在 純滾動(dòng) 或光潔、摩擦力很小、接近于純滾動(dòng)的情況下產(chǎn)生的。 第四節(jié) 零件的磨損失效 4. 接觸疲勞： 零件（如齒輪、滾動(dòng)軸承、鋼軌和輪箍等）兩接觸面作滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)摩擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，引起的一種表面疲勞 剝落 破壞而使物質(zhì) 損耗 的現(xiàn)象，表現(xiàn)為接觸表面上出現(xiàn)許多針狀或痘狀的凹坑，稱為麻點(diǎn)也叫麻點(diǎn)磨損或疲勞磨損。 普遍性： ；任何摩擦速度； ； 都會(huì)發(fā)生 第四節(jié) 零件的磨損失效 2). 微動(dòng)磨損： 在機(jī)械的嵌合部位，如嵌合連接的汽輪機(jī)葉片的葉根部位，以及緊配合處，如軸套與軸的配合處（ 圖 ）雖然配合面之間沒(méi)有明顯的相對(duì)位移，但在外部交變載荷作用和震動(dòng)的影響下卻產(chǎn)生 微小的相對(duì)滑動(dòng) dl(220μ m),此時(shí)配合表面上產(chǎn)生大量褐色（鋼質(zhì)機(jī)件表面）或黑色（鋁或鎂合金機(jī)件表面）的粉末狀磨損產(chǎn)物。 一 . 磨損的基本類型 第四節(jié) 零件的磨損失效 磨損的基本類型： 粘著磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損、麻點(diǎn)磨損（接觸疲勞） 粘著磨損是在滑動(dòng)摩擦條件下，力學(xué)性能相差不大的兩種金屬之間發(fā)生的最常見的磨損形式。 第四節(jié) 零件的磨損失效 磨損： 零件在摩擦過(guò)程中其表面發(fā)生尺寸變化和物質(zhì)損耗的表現(xiàn) 磨損是零件失效的一種形式，也是決定機(jī)械壽命的重要因素。 零件表面粗糙，還使疲勞曲線左移，即縮短了過(guò)載下的疲勞壽命。 1 0 . 5 b??? ?中 、 低 強(qiáng) 度 鋼 為1 0 . 5 b??? ?灰 鑄 鐵 為1 0 . 5 b??? ?鑄 造 銅 合 金 為材料一定時(shí)，其純度和組織狀態(tài)對(duì)疲勞抗力有顯著影響。 dadN疲勞裂紋擴(kuò)展速率： 裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子： 12K Y a??疲勞裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子幅 ΔK： 1 2 1 2 1 2m a x m in m a x m inK K K Y a Y a Y a? ? ?? ? ? ? ? ? ?控制疲勞裂紋擴(kuò)展的力學(xué)參數(shù) 做出曲線： lg lgda KdN ??第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標(biāo)及其影響因素 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 2. 帶裂紋零件的疲勞抗力指標(biāo) lg lgda KdN ?? 曲線分為三個(gè)階段： da 0thKK dN? ? ? ?時(shí) ， ， 裂 紋 不 擴(kuò) 展 thKK??只 有 當(dāng) 時(shí) ， 裂 紋 才 擴(kuò) 展為交變應(yīng)力作用下裂紋不擴(kuò)展的最大應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子幅值 ,稱為疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值。fffK S S?光滑件疲勞極限： 缺口件疲勞極限 ： 第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標(biāo)及其影響因素 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 （ 2）疲勞缺口敏感度 1fK ?q=0 時(shí)： 缺口不降低疲勞極限 11N?????ftKK?q=1 時(shí)： 缺口嚴(yán)重降低疲勞極限 39。 低周疲勞 510N ?高周疲勞 510N ?第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標(biāo)及其影響因素 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 （ 1）疲勞極限和過(guò)載持久值