【正文】 ② 斷裂時(shí)無(wú)明顯的宏觀塑性變形； 即使在靜載和沖擊載荷下有大量塑性變形的塑性材料，疲勞斷裂也表現(xiàn)出脆斷的宏觀特征，危險(xiǎn)性極大 ③ 疲勞斷口能清楚地顯示出裂紋的形成、擴(kuò)展和最后斷裂三個(gè)階段 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 典型的疲勞斷口形貌由 疲勞源區(qū) 、 疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū) 和 最后斷裂區(qū)三部分組成。 m in m a x 1r ??? ? ?? ?a x m in 20m? ? ?? ? ?火車軸（彎曲） 曲軸（扭轉(zhuǎn)） m in a 0r ??? ?m a x m in 20m? ? ?? ? ? 連桿 小拉大壓 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。 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 總 結(jié) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 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 s?kkT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。 故平面應(yīng)力狀態(tài)有三個(gè)主應(yīng)力： ??????? 按代數(shù)值大小排列為 ?1? ?2 ? ?3 分別稱為 第一主應(yīng)力，第二主應(yīng)力，第三主應(yīng)力， 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 四、影響脆斷的因素 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 決定材料斷裂類型的主要因素： 1. 加載方式和材料本質(zhì)： 最大切應(yīng)力： 最大正應(yīng)力： ? ?m a x 1 3 2? ? ??? ? ?m a x 1 1 3? ? ? ? ?? ? ?第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 四、影響脆斷的因素 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 決定材料斷裂類型的主要因素： 2. 溫度和加載速度： 屈服強(qiáng)度： 正斷強(qiáng)度： s?k韌脆轉(zhuǎn)變溫度 kT第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 四、影響脆斷的因素 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 決定材料斷裂類型的主要因素： 3. 應(yīng)力集中： 由于構(gòu)件幾何形狀突變?cè)斐删植繎?yīng)力急劇增高 ? ? ? ? ? ? ? ?max 應(yīng)力集中的程度由應(yīng)力集中因數(shù) K 表示 ?? m ax?K第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 四、影響脆斷的因素 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 決定材料斷裂類型的主要因素： 3. 應(yīng)力集中： 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 四、影響脆斷的因素 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 決定材料斷裂類型的主要因素： 平面應(yīng)力狀態(tài)，在 Z方向可以自由變形。 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 三、斷裂韌性及衡量指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 斷裂力學(xué)的發(fā)展： 提出評(píng)定材料抵抗脆性斷裂的力學(xué)性能指標(biāo)： — 斷裂韌度 ICK度 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 三、斷裂韌性及衡量指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 斷裂韌度 ：材料的固有特性，基本力學(xué)常數(shù)，對(duì)成分、組織敏感，可以通過(guò)合金化、熱處理來(lái)改變。 勢(shì)能 12kA G H G H??擺錘的運(yùn)動(dòng)速率為 5m/s,試樣的應(yīng)變速率約為 310/s第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 二、沖擊韌性及衡量指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 沖擊韌度： → 衡量材料沖擊韌性的力學(xué)性能指標(biāo) |kKAak k ka A F?第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 三、斷裂韌性及衡量指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 針對(duì)防止脆性斷裂： 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法要求： [] s k? ? ??? δ、 ψ和韌性 不可能可靠地保證零件不發(fā)生低應(yīng)力脆斷。用標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊吸收功 Ak表示。 沖擊韌性： 用來(lái)評(píng)定材料在沖擊載荷下的脆斷傾向。 評(píng)定材料韌性的力學(xué)性能是： 沖擊韌性和斷裂韌性 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 二、沖擊韌性及衡量指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 沖擊載荷與靜載荷的主要區(qū)別： 在加載速率不同，前者加載速率高，后者加載速率低。 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 三 . 過(guò)量變形失效 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 概念：由于彈性或塑性變形超過(guò)了允許量而導(dǎo)致零（構(gòu)）件失效 2. 過(guò)量塑性變形及其抗力指標(biāo) 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 總 結(jié) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 應(yīng) 用 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 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 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 斷裂： 材料在應(yīng)力作用下分為兩個(gè)或兩個(gè)以上的部分現(xiàn)象 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 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 宏觀變形量的大小 韌性斷裂 脆性斷裂 斷裂前發(fā)生明顯的宏觀塑形變形 斷裂前不發(fā)生塑形變形 斷裂前 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 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 韌性斷裂 脆性斷裂 脆性斷裂沒有明顯征兆，危害性極大。熔點(diǎn)越高，彈性模量也越高，隨溫度升高而降低。 維氏硬度 — HV 222 136si n2PHVd??? ????以一定大小的載荷 P,將一個(gè)金剛石四棱錐壓入金屬表面，單位壓痕面積上的載荷即為金屬的維氏硬度，單位 kgf/mm 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 三 . 過(guò)量變形失效 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 概念：由于彈性或塑性變形超過(guò)了允許量而導(dǎo)致零（構(gòu)）件失效 1. 過(guò)量彈性變形及其抗力指標(biāo) 鏜床鏜桿 被加工零件的精度 較小彈性變形 本身由于剛度不足 過(guò)量彈性變形 鏜出的孔偏小、錐度，影響加工精度、廢品 齒輪軸過(guò)量變形 加速齒輪磨損，增加噪聲 彈簧過(guò)量變形 不能達(dá)到承載能力 零件產(chǎn)生過(guò)量變形的根本原因： 剛度不夠 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 三 . 過(guò)量變形失效 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 概念：由于彈性或塑性變形超過(guò)了允許量而導(dǎo)致零（構(gòu)）件失效 1. 過(guò)量彈性變形及其抗力指標(biāo) 剛度：零構(gòu)件受力時(shí)抵抗彈性變形的能力。 洛氏硬度 — HRC ()100( )t m mH RCmm??常用洛氏硬度為 C級(jí)，用 150kgf的載荷將一個(gè) 120176。 工業(yè)中應(yīng)用最廣泛 以硬質(zhì)合金或金剛石錐體為壓頭 布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二 . 靜載性能指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標(biāo) （ 3） 硬度：表征材料軟硬程度的一種性能。用測(cè)得的撞銷回跳的高度來(lái)表示硬度。 應(yīng)用彈性回跳法將撞銷從一定高度落到所試材料的表面上而 發(fā)生回跳。 應(yīng)用 劃痕法將棱錐形金剛鉆針刻劃所試 礦物 的表面而發(fā)生劃痕 用測(cè)得的劃痕的 深度 分十級(jí)來(lái)表示 硬度 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二 . 靜載性能指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標(biāo) 莫氏硬度 — 表示礦物硬度的一種標(biāo)準(zhǔn)。 物理意義由試驗(yàn)方法決定。 通常用斷后伸長(zhǎng)率 δ和斷面收縮率 ψ來(lái)衡量。 彈性指標(biāo) →彈性能 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二 . 靜載性能指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標(biāo) （ 2） 塑性：指材料斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。 通常用彈性變形時(shí)的吸收能 u 來(lái)表示。 彈性模量 E(或切變模量 G)是表征材料 剛度的性能指標(biāo) (why) 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二 . 靜載性能指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 1. 剛度和強(qiáng)度指標(biāo) （ 2） 強(qiáng)度 定義：強(qiáng)度是指材料抵抗變形或斷裂的能力 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二 . 靜載性能指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 1. 剛度和強(qiáng)度指標(biāo) （ 2） 強(qiáng)度 是材料應(yīng)力和應(yīng)變成正比的最大應(yīng)力 是材料不產(chǎn)生塑性變形的最大應(yīng)力 是材料開始產(chǎn)生塑性變形的應(yīng)力 是材料產(chǎn)生最大均勻塑性變形的應(yīng)力 是材料發(fā)生斷裂的應(yīng)力 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二 . 靜載性能指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標(biāo) （ 1） 彈性：指材料彈性變形的大小。 O ? ? A % S ，規(guī)定以 塑性應(yīng)變 =%所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為 名義屈服極限 ，記作 p? ?第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二 . 靜載性能指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二 . 靜載性能指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 1. 剛度和強(qiáng)度指標(biāo) （ 1） 剛度 定義：剛度是指零（構(gòu)）件在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力 等于材料彈性模量與零（構(gòu)）件截面積的乘積。 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 一 . 工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力 應(yīng)變行為 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 低碳鋼拉伸曲線的 4個(gè)階段、 3個(gè)特征點(diǎn) ?OB：彈性階段（卸載可逆） ? ? ?P ?e ?s