【正文】 一 . 疲勞的基本概念 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 交變載荷：載荷的大小、方向隨時間發(fā)生周期性變化的載荷。 m ax00r ???? ?m a x m a x0 2 2m? ? ?? ? ?齒輪齒根 （彎曲） m in m a x01r ??? ? ?? ?m a x m i n 20m? ? ?? ? ? 缸蓋螺釘 大拉小壓 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 機械零件（或器件）的失效分析 交變載荷：載荷的大小、方向隨時間發(fā)生周期性變化的載荷。 m ax00r ???? ?m a x m a x0 2 2m? ? ?? ? ?齒輪齒根 （彎曲） m in m a x01r ??? ? ?? ?m a x m i n 20m? ? ?? ? ? 缸蓋螺釘 大拉小壓 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 機械零件（或器件）的失效分析 疲勞斷裂之特點 （ 較之靜載和沖擊載荷下的斷裂 ） ① 引起疲勞的應力很低，通常低于靜載下的屈服強度； ②斷裂時無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，危險性極大 ③疲勞斷口能清楚地顯示出裂紋的形成、擴展和最后斷裂三個階段 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) 、 疲勞裂紋擴展區(qū) 和 最后斷裂區(qū)三部分組成。 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 機械零件（或器件）的失效分析 : 材料內部缺陷 →零件局部區(qū)域造成應力集中 →該區(qū)域產(chǎn)生疲勞裂紋 : 疲勞裂紋形成后 →繼續(xù)擴展長大 →載荷大小的改變 →裂紋張開和閉合 →擴展區(qū)留下一條條光亮的弧線（疲勞裂紋前沿線） 貝殼狀 — 海灘狀 : 疲勞裂紋不斷擴展 →零件有效截面逐漸減小 →應力增加 →超過材料斷裂強度時 →放射狀斷裂。 第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標及其影響因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 無裂紋零件的疲勞 帶裂紋零件的疲勞 經(jīng)歷擴展和最后斷裂兩個階段 經(jīng)歷裂紋形成、擴展和最后斷裂三個階段 疲 勞 不同的抗力指標 第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標及其影響因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 疲勞極限、過載持久值、疲勞缺口敏感度 材料承受的交變應力與斷裂循環(huán)周次之間的關系曲線 σ愈大，循環(huán)周次愈??； σ愈小，斷裂循環(huán)周次愈大。 低周疲勞 510N ?高周疲勞 510N ?第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標及其影響因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 （ 1）疲勞極限和過載持久值 疲勞極限： 當應力低于 時，即使循環(huán)無限多次也不會發(fā)生疲勞斷裂，曲線水平部分對應的應力 ，就是疲勞極限。 r?r?39。3N過載持久值： 材料在高于疲勞極限的應力作用下發(fā)生疲勞斷裂的應力循環(huán)周次。 第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標及其影響因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 （ 2）疲勞缺口敏感度 疲勞缺口敏感度： 缺口類型： 孔、圓角、槽、臺階等 11ftKqK???tKS??應力集中系數(shù)： 疲勞缺口系數(shù)： 39。fffK S S?光滑件疲勞極限： 缺口件疲勞極限 ： 第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標及其影響因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 （ 2）疲勞缺口敏感度 1fK ?q=0 時： 缺口不降低疲勞極限 11N?????ftKK?q=1 時： 缺口嚴重降低疲勞極限 39。 ftfS S K?第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標及其影響因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 含有原始裂紋或缺陷的零件， 裂紋擴展 是決定疲勞壽命的主要因素 2. 帶裂紋零件的疲勞抗力指標 疲勞裂紋擴展曲線：裂紋長度隨應力循環(huán)周次 N的變化。 第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標及其影響因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 2. 帶裂紋零件的疲勞抗力指標 疲勞裂紋擴展曲線：裂紋長度隨應力循環(huán)周次 N的變化。 dadN疲勞裂紋擴展速率： a dadN增大到無限大 裂紋失穩(wěn)擴展，試樣斷裂，斷裂循環(huán)周次為 pN第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標及其影響因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 2. 帶裂紋零件的疲勞抗力指標 與應力幅 Δσ、裂紋長度 a 有關。 dadN疲勞裂紋擴展速率： 裂紋尖端應力場強度因子： 12K Y a??疲勞裂紋尖端應力場強度因子幅 ΔK： 1 2 1 2 1 2m a x m in m a x m inK K K Y a Y a Y a? ? ?? ? ? ? ? ? ?控制疲勞裂紋擴展的力學參數(shù) 做出曲線： lg lgda KdN ??第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標及其影響因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 2. 帶裂紋零件的疲勞抗力指標 lg lgda KdN ?? 曲線分為三個階段： da 0thKK dN? ? ? ?時 ， ， 裂 紋 不 擴 展 thKK??只 有 當 時 ， 裂 紋 才 擴 展為交變應力作用下裂紋不擴展的最大應力場強度因子幅值 ,稱為疲勞裂紋擴展門檻值。 第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標及其影響因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 2. 帶裂紋零件的疲勞抗力指標 lg lgda KdN ?? 曲線分為三個階段： dadN 比 第 一 階 段 大兩條直線 da KdN ?很 大 隨 迅 速 增 大 ，ICKK? ? ? 時 ， 試 樣 突 然 斷 裂第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標及其影響因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 3. 影響疲勞抗力的因素 （ 1） .載荷類型 同種材料，載荷類型不一樣，其應力狀態(tài)不一樣，疲勞極限也不同。 ( )p??????拉 壓 疲 勞 鋼 5 ( )p????? 鑄 鐵110 . 5 5 ( )?????扭 轉 疲 勞 鋼 及 輕 合 金110 . 8 ( )????? 鑄 鐵第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標及其影響因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 3. 影響疲勞抗力的因素 （ 2） .材料本質 材料不同，其疲勞曲線不同，則疲勞極限和過載持久值不同。 材料的疲勞極限主要取決于材料的抗拉強度。 1 0 . 5 b??? ?中 、 低 強 度 鋼 為1 0 . 5 b??? ?灰 鑄 鐵 為1 0 . 5 b??? ?鑄 造 銅 合 金 為材料一定時，其純度和組織狀態(tài)對疲勞抗力有顯著影響。夾雜物成為疲勞裂紋源，導致疲勞抗力下降。 組織狀態(tài)不同，強度高者，疲勞極限高。 第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標及其影響因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 3. 影響疲勞抗力的因素 （ 3） .零件表面狀態(tài) 零件在冷、熱加工過程中產(chǎn)生的缺陷：脫碳、裂紋、刀痕、碰傷等 ，使疲勞極限降低。 零件表面粗糙，還使疲勞曲線左移，即縮短了過載下的疲勞壽命。 第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 三 . 疲勞抗力指標及其影響因素 第一章 機械零件（或器件）的失效分析 3. 影響疲勞抗力的因素 （ 4） .工作溫度 高溫使材料的屈服強度降低，疲勞裂紋易形成和擴展，顧降低了疲勞極限和疲勞裂紋擴展值，增加了疲勞裂紋擴展速率。 （ 5） .腐蝕介質 零件在腐蝕介質（酸、堿、鹽水、海水等）中工作時，表面的腐蝕坑成為疲勞裂紋源，使疲勞極限和門檻值，裂紋擴展率提高。使鋼鐵材料疲勞曲線上的水平部分消失。 第四節(jié) 零件的磨損失效 磨損： 零件在摩擦過程中其表面發(fā)生尺寸變化和物質損耗的表現(xiàn) 磨損是零件失效的一種形式，也是決定機械壽命的重要因素。 ? 發(fā)動機中氣缸套的磨損量超過允許值或活塞環(huán)受磨損后其開口間隙明顯增大，都引起發(fā)動機功率不足，耗油量增加，產(chǎn)生噪音和故障等，此時必須更換氣缸套和活塞環(huán)。 ? 汽缸套筒磨損量大小決定發(fā)動機的大修期 。 第四節(jié) 零件的磨損失效 磨損的基本類型： 粘著磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損、麻點磨損（接觸疲勞） 1. 粘著磨損：滑動摩擦時摩擦副接觸面局部發(fā)生金屬粘著，在隨后相對滑動中粘著處被破壞，有金屬屑粒從零件表面被拉拽下來或零件表面被擦傷的一種磨損形式。 一 . 磨損的基本類型 第四節(jié) 零件的磨損失效 磨損的基本類型： 粘著磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損、麻點磨損（接觸疲勞） 粘著磨損是在滑動摩擦條件下，力學性能相差不大的兩種金屬之間發(fā)生的最常見的磨損形式。如圖 滑動 一 . 磨損的基本類型 第四節(jié) 零件的磨損失效 2. 磨粒磨損： 也叫磨料磨損，是指滑動摩擦時，在零件表面摩擦區(qū)存在硬質磨粒（外界進入的磨料或表面剝落的碎屑） 使磨面發(fā)生局部 塑性變形 、磨粒嵌入和被磨粒切割等過程，以致磨面材料逐漸損耗的一種磨損，如 圖 第四節(jié) 零件的磨損失效 2. 磨粒磨損： 磨粒磨損是機械零件中普遍存在的一種磨損形式，磨損速度較大，可達 0 .5 5 /mh?例子： 1. 農業(yè)機械和礦山機械的齒輪常發(fā)生嚴重的磨粒磨損； 2. 汽車、拖拉機氣缸進入灰塵，潤滑油帶入污物發(fā)生磨粒磨損。 第四節(jié) 零件的磨損失效 3. 腐蝕磨損： 腐蝕磨損是在摩擦力和環(huán)境介質聯(lián)合作用下，金屬表層的腐蝕產(chǎn)物剝落和金屬磨面間的機械磨損（粘著磨損和磨粒