【正文】 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 二、疲勞斷口的特征 分三個(gè)區(qū)域 疲勞源區(qū) 疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū) 最后斷裂區(qū) SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 1. 疲勞裂紋源區(qū) 形成于應(yīng)力集中處 內(nèi)部缺陷（夾雜物，孔洞） 加工缺陷 (刀痕 ,微裂紋 ) 不當(dāng)設(shè)計(jì) (截面突然變化 ) 2. 疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū) 有疲勞裂紋前沿線（疲勞條紋），呈“貝紋狀” 3. 最后斷裂區(qū) 有放射狀線 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 它是材料所承受的交變應(yīng)力 或 和相應(yīng)的斷裂循環(huán)周次N之間的關(guān)系曲線。 ⑵ 突然性：斷裂時(shí)無明顯的宏觀塑性變形，無預(yù)兆而是突然地發(fā)生，為脆性斷裂，即使在靜載和沖擊載荷下有大量塑性變形的塑性材料，發(fā)生疲勞斷裂時(shí)也顯示出脆性斷裂的宏觀特征因而具有很大的危險(xiǎn)性。機(jī)械零件斷裂失效中有 80%以上屬于疲勞斷裂。 零件在交變載荷下經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的工作而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，叫做疲勞斷裂。 ?應(yīng)力狀態(tài)軟硬系數(shù) 越小，應(yīng)力狀態(tài)越硬，脆斷傾向愈大。 ? ?? ? SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 在扭轉(zhuǎn)情況下 ，表現(xiàn)為切斷式的韌性斷裂。 例如某材料在三向不等拉伸（即缺口試樣拉伸）情況下，代表該應(yīng)力狀態(tài)的射線 直接與 線相交，故其斷裂前只發(fā)生彈性變形，表現(xiàn)為宏觀正斷式的脆性斷裂。 ?若以最大切應(yīng)力 為縱坐標(biāo)，“最大正應(yīng)力” 為橫坐標(biāo)，就可以畫出材料的力學(xué)狀態(tài)圖。根據(jù)這三個(gè)主應(yīng)力可以計(jì)算出各點(diǎn)所受的最大切應(yīng)力和“最大正應(yīng)力”。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 斷裂力學(xué)提出了材料抵抗脆性斷裂的力學(xué)性能指標(biāo) —— 斷裂韌度 ，它是材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力，其單位是 或 。因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)思想沒有考慮到一般材料中都存在著微小的宏觀裂紋（原材料中的冶金缺陷、熱處理裂紋、焊接裂紋、鍛造裂紋、疲勞裂紋等）。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 為了防止脆性斷裂，過去傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是，一方面要求零件的工作應(yīng)力 ， 為安全系數(shù)；另一方面要求材料有足夠的塑性 、 和 韌性 和 。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 4. 零件尺寸 零件截面尺寸愈大 ,愈易脆斷。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 4. 沖擊韌度與溫度的關(guān)系 三種鋼的沖擊韌度隨溫度變化曲線示意圖 沖擊韌度隨溫度降低而減小 存在韌脆轉(zhuǎn)變溫度 TK SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 三、影響脆斷的因素 1. 材料本性和加載方式 2. 溫度和加載速度 在拉伸載荷下，屈服強(qiáng)度隨溫度降低而升高，但正斷強(qiáng)度基本不變， 為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。 3. 沖擊韌度 沖擊吸收功與試樣斷面面積的比值，用 表示。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 所謂沖擊韌性，是指材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力，常用標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊吸收功 表示。在這一階段裂紋擴(kuò)展阻力小，擴(kuò)展速度很快。 對(duì)于脆性斷裂，裂紋形成后很快達(dá)到臨界長(zhǎng)度，幾乎不經(jīng)歷裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展階段就進(jìn)入裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展階段，裂紋擴(kuò)展速度極快，所以脆性斷裂前無明顯塑性變形。 裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展階段：裂紋自形成到擴(kuò)展至臨界裂紋長(zhǎng)度的過程。材料在外力作用下形成微裂紋或者以原有的內(nèi)部缺陷（如微裂紋、空孔、雜質(zhì)等）作為裂紋源，當(dāng)裂紋源逐漸擴(kuò)展到一個(gè)臨界裂紋長(zhǎng)度時(shí)，立刻發(fā)生斷裂。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 由于韌性斷裂前發(fā)生明顯塑性變形，這就等于預(yù)先警告人們注意，因此不會(huì)造成嚴(yán)重事故。 1. 韌性斷裂 2. 脆性斷裂 斷口特征：杯錐狀，暗灰色。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 斷裂前發(fā)生明顯宏觀塑性變形的斷裂。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 所謂斷裂是材料在應(yīng)力作用下分為兩個(gè)或兩個(gè)以上部分的現(xiàn)象。因此采取人為規(guī)定的方法，把產(chǎn)生規(guī)定的微量塑性伸長(zhǎng)率所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為“條件比例 /彈性極限”、“條件屈服強(qiáng)度”，它們之間并無本質(zhì)區(qū)別。 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING 電氣信息工程學(xué)院 機(jī)械工程材料 四、過量塑性變形失效 絕大多數(shù)機(jī)器零件在使用過程中都處于彈性變形狀態(tài)，不允許產(chǎn)生塑性變形。另外，彈性模量對(duì)溫度很敏感，隨溫度升高而降低。 彈性模量 E（或切變模量 G）主要取決于材料中原子本性和原子間結(jié)合力。 增大零件的橫截面積 A。 ? ?ll? ? ?? ????? ?? ? ?l?l?2