【文章內(nèi)容簡介】 不安全。1有一軸件平均軸向工作應(yīng)力150MPa，使用中發(fā)生橫向疲勞脆性正斷，斷口分析表明有25mm深的表面半橢圓疲勞區(qū)，根據(jù)裂紋a/c可以確定Ф＝1,=720MPa,試估算材料的斷裂韌度KⅠc是多少？解：由題意可得：=720MPa，Ф＝1，σ＝150MPa,a=25mm,那么有：，不須考慮塑性區(qū)的修正問題。 由于軸件發(fā)生了斷裂，則有K1﹥K1C,所以材料的斷裂韌度KⅠ 1有一構(gòu)件制造時，出現(xiàn)表面半橢圓裂紋，若a=1mm，在工作應(yīng)力σ＝1000 MPa下工作，Ⅰc配合比較合適？構(gòu)件材料經(jīng)不同熱處理后，Ⅰc的變化列于下表。11001200130014001500K1C.11095756055解：由題意和表格可得： a=1mm，σ＝1000 MPa，那么有：對于第一種工藝：由于，必須考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設(shè)a/c＝,查表可知φ＝,故裂紋的形狀系數(shù)Y=。便得到KⅠ修正值：根據(jù)此式，可求得斷裂應(yīng)力σc的計算式為：MPaσc1﹥σ,此工藝滿足要求。同理：其它幾種工藝可用同樣方法分別求出σc2,σc3,σc4,σc5 對第二種工藝來說：由于，必須考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設(shè)a/c＝,查表可知φ＝,故裂紋的形狀系數(shù)Y=。便得到KⅠ修正值：根據(jù)此式，可求得斷裂應(yīng)力σc的計算式為：MPaσc2﹥σ,此工藝滿足要求。對于第三種工藝：由于，必須考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設(shè)a/c＝,查表可知φ＝,故裂紋的形狀系數(shù)Y=。便得到KⅠ修正值：根據(jù)此式，可求得斷裂應(yīng)力σc的計算式為：MPaσc3﹥σ,此工藝滿足要求。對于第四種工藝：由于，必須考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設(shè)a/c＝,查表可知φ＝,故裂紋的形狀系數(shù)Y=。便得到KⅠ修正值：根據(jù)此式，可求得斷裂應(yīng)力σc的計算式為：MPaσc4﹥σ,此工藝滿足要求。對于第五種工藝：由于，不必考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設(shè)a/c＝,查表可知φ＝,故裂紋的形狀系數(shù)Y=。便得到斷裂應(yīng)力σc的計算式為：MPaσc5﹥σ,此工藝滿足要求。第五章 習(xí)題與答案解釋下列名詞（1）應(yīng)力范圍△σ：在循環(huán)應(yīng)力作用下，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之間的差值。（2）應(yīng)變范圍△ε：在循環(huán)應(yīng)力作用下，最大應(yīng)變與最小應(yīng)變之間的差值。（3）應(yīng)力幅σa:在循環(huán)應(yīng)力作用下，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之間的差值的一半。（4）應(yīng)力幅（△εt/2，△εe/2, △εp/2）：（5）平均應(yīng)力σm：在循環(huán)應(yīng)力作用下，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之間的和的一半。（6）應(yīng)力比r：在循環(huán)應(yīng)力作用下，最小應(yīng)力與最大應(yīng)力之間的比值。（7）疲勞源：是疲勞裂紋萌生的策源地，在斷口上，疲勞源一般在機件表面，常和缺口、裂紋、刀痕、蝕坑等缺陷相連，因為這里的應(yīng)力集中會引發(fā)疲勞裂紋。（8）疲勞貝紋線：由載荷變動引起的，如機器運轉(zhuǎn)時的開動和停歇，偶然過載引起的載荷變動，使裂紋前沿線留下了弧狀臺階痕跡。（9）疲勞條帶；是疲勞亞穩(wěn)擴展的斷口特征,它是具有略呈彎曲并相互平行的溝槽花樣。（10）駐留滑移帶：在疲勞多次循環(huán)后拋光，可發(fā)現(xiàn)該滑移帶會因已經(jīng)相當(dāng)深入而未被拋掉，將成為嵌入材料表面的微小裂紋源，該滑移帶被稱為“駐留滑移帶”。（11）擠出脊和侵入溝；（12）△K：疲勞的應(yīng)力強度因子范圍。（13）da/dN：每循環(huán)一次擴展的距離，稱為疲勞裂紋擴展速率。（14）疲勞壽命：（15）過渡壽命；（16）熱疲勞：是由于溫度周期變化引起零件或構(gòu)件的自由膨脹和收縮，而又因這種膨脹和收縮受到約束，產(chǎn)生了交變熱應(yīng)力，由這種交變熱應(yīng)力引起的破壞。（17）過載損傷:由金屬機件偶然經(jīng)受短期過載，造成疲勞壽命或疲勞極限減小的現(xiàn)象。解釋下列疲勞性能指標(biāo)的意義（1）疲勞強度σ1，σ1p, τ1,σ1p；σ1：表征對稱彎曲疲勞極限；σ1p：表征對稱拉壓疲勞極限；τ1： 表征對稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限；σ1N；表征缺口試樣的疲勞極限；（2）疲勞疲勞缺口敏感度qf：表征金屬材料在交變載荷作用下的缺口敏感性；（3）過載損傷界：材料在過載應(yīng)力下工作一定周次后，會造成過載疲勞損傷，而低于某一周次的預(yù)先過載對其后進(jìn)行的疲勞壽命沒有影響，該最低循環(huán)周次的軌跡叫過載損傷界。（4）疲勞門檻值△Kth：疲勞裂紋不擴展的△K臨界值。試述金屬疲勞斷裂的特點答：l 疲勞斷裂是低應(yīng)力循環(huán)延時斷裂；l 疲勞斷裂是脆性斷裂；l 疲勞斷裂對缺陷十分敏感；試述疲勞宏觀斷口的特征及其形成過程。答：從疲勞的宏觀斷口的來看，有三個形貌不同的區(qū)域：疲勞源、疲勞區(qū)及瞬斷區(qū)。疲勞源是疲勞裂紋萌生的策源地，在斷口上，疲勞源一般在機件表面，常和缺口、裂紋、刀痕、蝕坑等缺陷相連，因為這里的應(yīng)力集中會引發(fā)疲勞裂紋。疲勞區(qū)是疲勞裂紋亞穩(wěn)擴展所形成的斷口區(qū)域，該區(qū)是判斷疲勞斷裂的重要證據(jù)。瞬斷區(qū)是裂紋最后失穩(wěn)快速擴展所形成的斷口區(qū)域。試述疲勞曲線（SN）及疲勞極限的測試方法。答：疲勞曲線（SN）通常是用旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗測定的，用四點彎曲試驗機，這種試驗機結(jié)構(gòu)簡單，操作方面，能夠?qū)崿F(xiàn)對稱循環(huán)和恒應(yīng)力幅的要求，因此比較廣泛。試驗時，用升降法測定條件疲勞極限，用成組試驗測定高應(yīng)力部分，然后將上述兩試驗數(shù)據(jù)整理，并擬合成疲勞曲線，再測得疲勞極限。試述疲勞圖的意義、建立及用途。答：疲勞圖是各種循環(huán)疲勞極限的集合圖，也是疲勞曲線的另一種表達(dá)形式。根據(jù)平均應(yīng)力對疲勞極限σr的影響規(guī)律建立疲勞圖。建立好疲勞圖后，只要我們知道應(yīng)力比r之后，可以根據(jù)疲勞圖，得到相應(yīng)的疲勞極限。試述疲勞裂紋的形成機理及阻止疲勞裂紋萌生的一般方法。答:宏觀疲勞裂紋是由微觀裂紋的形成、長大及連接而成的。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，主要有表面滑移開裂，第二相、夾夾雜物或其界面開裂；晶界或亞晶界開裂等。阻止疲勞裂紋萌生方法有：細(xì)晶強化、固溶強化，降低第二相和夾雜物的脆性，提高相界面強度，控制第二相或夾雜物的數(shù)量、形態(tài)、大小和分布，使晶界強化，凈化均能抑制晶界裂紋形成，提高疲勞強度。試述影響疲勞裂紋擴展速率的主要因素，并和疲勞裂紋萌生的影響因素進(jìn)行對比分析。 答：影響疲勞裂紋擴展速率的因素有：應(yīng)力比r（或平均應(yīng)力σm）、過載峰、材料的組織；而影響疲勞裂紋萌生因素有：表面滑移開裂，第二相、夾夾雜物或其界面開裂；晶界或亞晶界開裂等。從兩者來看，疲勞裂紋的產(chǎn)生的主要影響因素是由于材料內(nèi)部缺陷所引起的，而與外載幾乎沒有關(guān)系。試述疲勞微觀斷口的主要特征及其形成模型。答：疲勞微觀斷口的主要特征是具有疲勞條帶；疲勞條帶形成的原因中，比較公認(rèn)是塑性鈍化模型，也稱為Laird疲勞裂紋擴展模型，在交變應(yīng)力為零時裂紋閉合，這是在開始一循環(huán)周次時的原始狀態(tài)。當(dāng)拉應(yīng)力增加，裂紋張開，在裂紋尖端沿最大切應(yīng)力方向產(chǎn)生滑移。隨著拉應(yīng)力繼續(xù)增加到最大值時裂紋張開至最大，塑性變形的范圍也隨之?dāng)U大，即表示裂紋尖端的塑性變形范圍。由于塑性變形的結(jié)果．裂紋尖端的應(yīng)力集中減小，裂紋尖端鈍化：理想狀態(tài)是假定裂紋尖端張開呈半圓形，這時裂紋便停止擴展。當(dāng)應(yīng)力變?yōu)閴嚎s應(yīng)力時，滑移方向也改變了，裂紋表面漸被壓縮，到壓應(yīng)力為最大值時，裂紋便完全閉合，又恢復(fù)到原始狀態(tài)，（具體見有關(guān)書籍）。這樣反復(fù)循環(huán)，便留下了疲勞條帶。試述疲勞裂紋擴展壽命和剩余壽命的估算方法及步驟。答：通過疲勞裂紋擴展速率表達(dá)式，用積分方法算出疲勞裂紋擴展壽命和疲勞剩余壽命；具體步驟如下：計算KI，再計算裂紋臨界尺寸ac，最后根據(jù)有關(guān)公式估算疲勞壽命（詳見書本上例題）1試述σ1與△Kth的異同及各種強化方法影響的異同。答：σ1：指當(dāng)循環(huán)應(yīng)力水平降低到σ1以下時，試樣可以經(jīng)無限次應(yīng)力循環(huán)也不發(fā)生疲勞斷裂，它是光滑試樣的無限壽命疲勞強度；△Kth表示材料阻止裂紋開始擴展的性能，是材料的力學(xué)性能指標(biāo)，其值越大，阻止疲勞裂紋開始擴展的能力就越大，材料就越好，是裂紋試樣的無限壽命疲勞性能，適于裂紋件的設(shè)計和校核。1試述金屬表面強化對疲勞強度的影響。答：金屬表面強化處理可在機件表面產(chǎn)生有利的殘余應(yīng)力，同時還以提高機件表面的強度和硬度，這兩種作用都能提高疲勞強度（具體見有關(guān)書籍）。1試述金屬循環(huán)硬化和循環(huán)軟化現(xiàn)象及產(chǎn)生條件。答：金屬材料在恒定應(yīng)變范圍循環(huán)作用下，隨循環(huán)周次增加其應(yīng)力（形變抗力）不斷增加，即稱為循環(huán)硬化；循環(huán)軟化指金屬材料在恒定應(yīng)變范圍循環(huán)作用下，隨循環(huán)周次增加其應(yīng)力（形變抗力）不斷減??；要產(chǎn)生循環(huán)硬化和循環(huán)軟化取決于材料的初始狀態(tài)、結(jié)構(gòu)特性以及應(yīng)變幅和溫度，還與位錯的運動有關(guān)。1試述低周疲勞的規(guī)律及曼森—柯芬關(guān)系。1試述多沖疲勞規(guī)律及提高多沖疲勞強度的方法。答：多沖疲勞規(guī)律是：與低周疲勞相似，在沖擊能量高時，材料的沖擊疲勞斥力主要取決于塑性；沖擊能量低時，沖擊疲勞斥力則主要取決于強度。淬火回火鋼的沖擊疲勞抗力隨回火溫度不同不是單調(diào)變化的，與常規(guī)單一力學(xué)性能指標(biāo)之間也不存在對應(yīng)關(guān)系，而是在某一溫度下有一個峰值，該峰值隨沖擊能量增加向高溫方向移動。沖擊韌度的影響，因材料強度不同而異。對于提高多沖疲勞強度的方法要根據(jù)具體材料而定。1試述熱疲勞和熱機械疲勞的特征及規(guī)律；欲提高熱鍛模具的使用壽命，應(yīng)該如何處理熱疲勞與其它性能的相互關(guān)系？答：熱疲勞是由于溫度周期變化引起零件或構(gòu)件的自由膨脹和收縮，而又因這種膨脹和收縮受到約束，產(chǎn)生了交變熱應(yīng)力，由這種交變熱應(yīng)力引起的破壞。而熱機械疲勞是溫度循環(huán)和機械應(yīng)力循環(huán)疊加所引起的疲勞。欲提高熱鍛模具的使用壽命，應(yīng)注意材料的熱傳導(dǎo)、比熱容等熱學(xué)性質(zhì)，還要注意材料的彈性和屈服強度等力學(xué)性能。1正火上澆油45鋼的σb=610MPa, σ1=300MPa，試用Goodman公式繪制σmax(σmin)σm 疲勞圖，、。1有一板件在脈動載荷下工作，σmax=200MPa,σmin=0,其材料的σb=670MPa、=600MPa、K1C=,Paris公式中c=1012，n=3。0，試估算它們的疲勞剩余壽命