【正文】 裂紋擴展速率不僅與應力水平有關(guān)，而且與當時的裂紋尺寸有關(guān)。 Δ K是由應力范圍 Δσ 和 a 復合為應力強度因子范圍， ΔK =KmaxKmin=Yσ max √ aYσ min √ a=YΔσ √ a. p105/p120 :疲勞裂紋擴展速率，即每循環(huán)一次裂紋擴展的距離。 P105 疲勞壽命： 試樣在交變循環(huán)應力或應變作用下直至發(fā)生破壞前所經(jīng)受應力或應變的循環(huán)次數(shù) p102/p117 ：金屬在高于疲勞極限的應力水平 下運轉(zhuǎn)一定周次后，其疲勞極限或疲勞壽命減小，就造成了過載損傷。 P102/p117 二、 揭示下列疲勞性能指標的意義 σ 1， σ p,τ 1,σ 1N, P99,100,103/p114 σ 1: 對稱應力循環(huán)作用下的彎曲疲勞極限； σ p:對稱拉壓疲勞極限； τ 1:對稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限； σ 1N:缺口試樣在對稱應力循環(huán)作用下的疲勞極限。 qf P103/p118 金屬材料在交變載荷作用下的缺口敏感性，常用疲勞缺口敏感度來評定。 qf=(Kf1)/（ kt1） .其中 Kt為理 論應力集中系數(shù)且大于 1， Kf為疲勞缺口系數(shù)。 Kf=(σ 1)/(σ 1N) P102,103/p117 由實驗測定，測出不同過載應力水平和相應的開始降低疲勞壽命的應力循環(huán)周次，得到不同試驗點，連接各點便得到過載損傷界。 ΔK th P105/p120 把裂紋擴展的每一微小過程看成是裂紋體小區(qū)域的斷裂過程，則設想應力強度因子幅度△K=KmaxKmin 是疲勞裂紋擴展的控制因子，當△ K 小于某臨界值△ Kth 時，疲勞裂紋不擴展，所以△Kth叫疲勞裂紋擴展的門檻值。 三、 試述金屬 疲勞斷裂的特點 p96/p109 （ 1）疲勞是低應力循環(huán)延時斷裂， 即 具有壽命的斷裂 （ 2）疲勞是脆性斷裂 （ 3）疲勞對缺陷（缺口，裂紋及組織缺陷）十分敏感 四、 試述疲勞宏觀斷口的特征及其形成過程（新書 P96~98及 PPT，舊書 P109~111） 答：典型疲勞斷口具有三個形貌不同的區(qū)域 — 疲勞源、疲勞區(qū)及瞬斷區(qū)。 （ 1） 疲勞源是疲勞裂紋萌生的策源地，疲勞源區(qū)的光亮度最大，因為這里在整個裂紋亞穩(wěn)擴展過程中斷面不斷摩擦擠壓，故顯示光亮平滑，另疲勞源的貝紋線細小。 （ 2） 疲勞區(qū)的疲勞裂紋亞穩(wěn)擴展所形成的斷口區(qū)域，是判斷 疲勞斷裂的重要特征證據(jù)。特征是：斷口比較光滑并分布有貝紋線。斷口光滑是疲勞源區(qū)域的延續(xù)，但其程度隨裂紋向前擴展逐漸減弱。貝紋線是由載荷變動引起的，如機器運轉(zhuǎn)時的開動與停歇，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。 （ 3） 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。其斷口比疲勞區(qū)粗糙，脆性材料為結(jié)晶狀斷口，韌性材料為纖維狀斷口。 五、 試述影響疲勞裂紋擴展速率的主要因素。（新書 P107~109，舊書 P123~125） 答： 應力比 r（或平均應力 m? ）的影響： Forman提出： ()(1 )ncda c KdN r K K?? ? ? ? 殘余壓應力因會減小 r,使 dadN降低和 thK? 升高，對疲勞壽命有利；而殘余拉應力因會增大 r，使 dadN升高和 thK? 降低，對疲勞壽命不利。 過載峰的影響：偶然過載進入過載損傷區(qū)內(nèi)，使材料受到損傷并降低疲勞壽命。但若過載適當，有時反而是有益的 。 材料組織的影響：①晶粒大?。壕ЯＴ酱执?，其 thK? 值越高， dadN越低，對疲勞壽命越有利。②組織：鋼的含碳量越低，鐵素體含量越多時，其 thK? 值就越高。當鋼的淬火組織中存在一定量的殘余奧氏體和貝氏體等韌性組織時，可以提高鋼的 thK? ，降低 dadN 。③噴丸處理：噴丸強化也能提 高 thK? 。 六、 試述疲勞微觀斷口的主要特征。（新書 P113~P114，舊書 P132） 答：斷口特征是具有略呈彎曲并相互平行的溝槽花樣，稱疲勞條帶（疲勞條紋、疲勞輝紋）。疲勞條帶是疲勞斷口最典型的微觀特征?；葡刀嗟拿嫘牧⒎浇饘伲淦跅l帶明顯；滑移系少或組織復雜的金屬，其疲勞條帶短窄而紊亂。 七、 試述金屬表面強化對疲勞強度的影響。（新書 P117~P118，舊書 P135~P136） 答：表面強化處理可在機件表面產(chǎn)生有利的殘余壓應力，同時還能提高機件表面的強度和 硬度。這兩方面的作用都能提高疲勞強度。 表面強化方法，通常有表面噴丸、滾壓、表面淬火及表面化學熱處理等。 （ 1） 表面噴丸及滾壓 噴丸是用壓縮空氣將堅硬的小彈丸高速噴打向機件表面，使機件表面產(chǎn)生局部形變硬化；同時因塑變層周圍的彈性約束，又在塑變層內(nèi)產(chǎn)生殘余壓應力。 表面滾壓和噴丸的作用相似，只是其壓應力層深度較大，很適于大工件；而且表面粗糙度低，強化效果更好。 （ 2） 表面熱處理及化學熱處理 他們除能使機件獲得表硬心韌的綜合力學性能外，還可以利用表面組織相變及組織應力、熱應力變化，使機件表面層獲得高強度和 殘余壓應力，更有效地提高機件疲勞強度和疲勞壽命。 第六章 金屬的應力腐蝕和氫脆斷裂 一、名詞解釋 應力腐蝕：金屬在拉應力和特定的化學介質(zhì)共同作用下，經(jīng)過一段時間后所產(chǎn)生的低應力脆斷現(xiàn)象。 氫脆：由于氫和應力共同作用而導致的金屬材料產(chǎn)生脆性斷裂的現(xiàn)象。 白點：當鋼中含有過量的氫時，隨著溫度降低氫在鋼中的溶解度減小。如果過飽和的氫未能擴散逸出，便聚集在某些缺陷處而形成氫分子。此時，氫的體積發(fā)生急劇膨脹，內(nèi)壓力很大足以將金屬局部撕裂，而形成微裂紋。 氫化物致脆：對于Ⅳ B 或Ⅴ B 族金屬，由于它們 與氫有較大的親和力，極易生成脆性氫化物，使 金屬脆化，這種現(xiàn)象稱氫化物致脆。 氫致延滯斷裂：這種由于氫的作用而產(chǎn)生的延滯斷裂現(xiàn)象稱為氫致延滯斷裂。 腐蝕疲勞：材料或零件在交變應力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下造成的失效。 二、說明下列力學性能指標的意義 σ scc：材料不發(fā)生應力腐蝕的臨界應力。 KIscc：應力腐蝕臨界應力場強度因子。 da/dt： 應 力 腐蝕 裂 紋擴展速率。 三、 如何識別氫脆與應力腐蝕？ 答：氫脆和應力腐蝕相比，其特點表現(xiàn)在： 實驗室中識別氫脆與應力腐蝕的一種辦法是，當施加一小的陽 極電流，如使開裂加速，則為應力腐蝕；而當施加一小的陰極電流，使開裂加速者則為氫脆。 在強度較低的材料中，或者雖為高強度材料但受力不大，存在的殘余拉應力也較小這時其斷裂源都不在表面，而是在表面以下的某一深度，此處三向拉應力最大，氫濃集在這里造成 氫脆 斷裂。 氫脆斷裂的主裂紋沒有分枝的 情 況．這和應力腐蝕的裂紋是截然不同的。 氫 脆斷口上一般沒有腐蝕產(chǎn)物或者其量極微。 大多數(shù)的氫脆斷裂 (氫化物的氫脆除外 )，都表現(xiàn)出對溫度和形變速率有強烈的依賴關(guān)系。氫脆只在一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)，出現(xiàn)氫脆的溫度區(qū)間決定于 合金的化學成分和形變速率。 四、 何謂氫致延滯斷裂？為什么高強度鋼的氫致延滯斷裂是在一定的應變速率下和一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)？ 答：高強度鋼中固溶一定量的氫，在低于屈服強度的應力持續(xù)作用下，經(jīng)過一段孕育期后，金屬內(nèi)部形成裂紋，發(fā)生斷裂。 氫致延滯斷裂。 因為氫致延滯斷裂的機理主要是氫固溶于金屬晶格中，產(chǎn)生晶格膨脹畸變，與刃位錯交互作用，氫易遷移到位錯拉應力處，形成氫氣團。 當應變速率較低而溫度較高時，氫氣團能跟得上位錯運動，但滯后位錯一定距離。因此，氣團對位錯起 “釘扎 ”作用，產(chǎn)生局部硬化。當位錯運動受阻， 產(chǎn)生位錯塞積，氫氣團易于在塞積處聚集，產(chǎn)生應力集中，導致微裂紋。 若應變速率過高以及溫度低的情況下，氫氣團不能跟上位錯運動，便不能產(chǎn)生 “釘扎 ”作用，也不可能在位錯塞積處聚集， 不能 產(chǎn)生應力集中， 不會 導致微裂紋。 所以氫致延滯斷裂是在一定的應變速率下和一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的。 五 、如何判斷某一零件的破壞是由應力腐蝕引起的 ? 答案：應力腐蝕引起的破壞，常有以下特點： 造成應力腐蝕破壞的是靜應力，遠低于材料的屈服強度，而且一 般 是拉伸應力。 應力腐蝕造成的破壞，是 脆 性斷裂，沒有明顯的塑 性變形。 只有在特定的合金成分與特定的介質(zhì)相組合時才會造成應力腐蝕。 應力腐蝕的裂紋擴展速率一般在 109— 106m/s，有點象疲勞，是漸進緩慢的，這種亞臨界的擴展狀況一直達到某一臨界尺寸，使剩余下的斷面不能承受外載時，就突然發(fā)生斷裂。 應力腐蝕的裂紋多起源于表面蝕坑處，而裂紋的傳播途徑常垂直于拉力軸。 應力腐蝕破壞的