材料力學性能教學課件ppt材料的疲勞(編輯修改稿)
2025-04-18 07:45 本頁面
【文章內容簡介】 勞壽命的應力循環(huán)周次，得到不同的試驗點，連接各點便得到過載損傷界。 ? 過載損傷界與疲勞曲線高應力區(qū)直線段（ 該線段各應力水平下發(fā)生疲勞斷裂的應力循環(huán)周次稱為過載持久值 ）之間的影線區(qū)，稱為過載損傷區(qū)。 ? 機件過載運轉到這個區(qū)域里，都要不同程度地降低材料疲勞極限，在持久值附近，降低的越多。 ? 材料的過載損傷界（或過載持久值）越陡直，損傷區(qū)越窄，則其抵抗疲勞過載的能力越強。 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學性能 40 ?金屬材料在高于疲勞極限的應力下運行時，發(fā)生疲勞斷裂的應力循環(huán)周次稱為材料的 過載持久值 ，也稱 有限疲勞壽命 。 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學性能 ?過載持久值： 抗過載的能力 ?過載損傷界： 抗偶然過載的能力 41 四、疲勞缺口敏感度 ?機件由于使用的需要，常常帶有臺階、拐角、鍵槽、油孔、螺紋等，這些結構類似于缺口作用，會改變應力狀態(tài)造成應力集中。 ?所以了解缺口引起的應力集中對疲勞極限的影響也很重要。 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學性能 42 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學性能 43 ?（ 1） Kf=Kt，即缺口試樣疲勞過程中應力分布與彈性狀態(tài)完全一樣，沒有發(fā)生應力重新分布，這時缺口降低疲勞極限最嚴重，疲勞缺口敏感度 qf=1，材料的缺口敏感性最大。 ?（ 2） Kf=1， σ1=σ1N，缺口不降低疲勞極限，說明疲勞過程中應力產生了很大的重分布，應力集中效應完全被消除， qf=0，材料的缺口敏感性最小。 ?所以 qf值能反映在疲勞過程中材料發(fā)生應力重新分布，降低應力集中的能力。 ?高周疲勞時 ：大多數金屬都對缺口十分敏感； ?低周疲勞時 ：大多數金屬都對缺口不太敏感，這是因為后者缺口根部區(qū)域已處于塑性區(qū)內，發(fā)生應力松弛，使應力集中降低所致。 根據疲勞缺口敏感度評定材料時，可能會出現兩種極端情況： 第二節(jié) 疲勞曲線及基本疲勞力學性能 44 ?疲勞過程包括 疲勞裂紋萌生、裂紋亞穩(wěn)擴展及最后失穩(wěn)擴展 三個階段，其疲勞壽命 Nf由疲勞裂紋萌生期 N0和裂紋亞穩(wěn)擴展期 Np所組成。 第四節(jié) 疲勞過程及機理 46 一、疲勞裂紋萌生過程及機理 ?宏觀疲勞裂紋是由 微觀裂紋的形成、長大及連接 而成的，常將 ~ ，并由此確定疲勞裂紋萌生期。 ?疲勞微觀裂紋都是由 不均勻的局部滑移和顯微開裂 引起的，主要方式有 表面滑移帶開裂，第二相、夾雜物或其界面開裂，晶界或亞晶界開裂 等。 （一）滑移帶開裂產生裂紋 ?試驗表明：金屬在循環(huán)應力（ σσ1）長期作用下，即使其應力低于屈服應力，也會發(fā)生循環(huán)位移并形成 循環(huán)滑移帶 。 ?與靜載荷時均勻滑移帶相比，循環(huán)滑移 不均勻，總是集中分布于某些局部薄弱區(qū)域 。 第四節(jié) 疲勞過程及機理 47 ? 用電解拋光方法很難將已產生的表面循環(huán)滑移帶去除，即使能去除，當對試樣重新循環(huán)加載時，則循環(huán)滑移帶又在原處出現，這種 永留或再現的循環(huán)滑移帶稱為 駐留滑移帶 。 ? 隨著加載循環(huán)周次的增加，循環(huán)滑移帶不斷加寬，當加寬到一定程度時，由于位錯的塞積和交割作用，便在 駐留滑移帶形成微裂紋 。 ? 駐留滑移帶在加寬過程中，還會出現 擠出脊和侵入溝 ，于是產生應力集中和空洞，經過一定循環(huán)后也會產生微裂紋。 ? 只要提高材料的滑移抗力，如采用固溶強化、細晶強化等手段，均可以阻止疲勞裂紋的萌生，提高疲勞強度。 第四節(jié) 疲勞過程及機理 48 PSB處萌生裂紋 49 50 51 （二）相界面開裂產生裂紋 ?在疲勞失效分析中，常常發(fā)現很多疲勞源都是由材料中的 第二相或夾雜物 引起的，因此提出了 第二相、夾雜物本身開裂 的疲勞裂紋萌生機理。 ?只要能降低第二相或夾雜物的脆性，提高相界面強度，控制第二相或夾雜物的數量、形態(tài)、大小和分布，使之 “少、圓、小、勻” ，均可抵制或延緩裂紋在第二相或夾雜物附近萌生，提高疲勞強度。 第四節(jié) 疲勞過程及機理 52 （三）晶界開裂產生裂紋 ?多晶材料由于晶界的存在和相鄰晶粒的不同取向性，位錯在某一晶粒內部運動時會受到晶界的阻礙作用，在晶界處發(fā)生位錯塞積和應力集中現象， ?在應力不斷循環(huán)，晶界處的應力集中得不到松弛時，則應力峰越來越高，當超過晶界強度時就會在晶界上產生裂紋。 ?凡是 使晶界弱化和晶粒粗化 的因素，如 晶界有低熔點夾雜物等有害元素和成分偏析、晶界析氫及晶粒粗化 等，均易產生晶界裂紋，降低疲勞強度。 第四節(jié) 疲勞過程及機理 53 沿晶界的疲勞裂紋 54 55 疲勞裂紋其他萌生方式 疲勞裂紋在表面疏松處生成 56 疲勞裂紋在表面和次表面處生成 57 疲勞裂紋在次表面夾雜物處生成 58 疲勞裂紋在表面腐蝕坑處生成 59 第四節(jié) 疲勞過程及機理 60 第四節(jié) 疲勞過程及機理 61 二、疲勞裂紋擴展過程及機理 ?根據裂紋擴展方向，裂紋擴展可分為兩個階段： ?第一階
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