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金属疲劳破坏的特点

金属疲劳破坏的特点
金属疲劳破坏的特点

金属疲劳破坏的特点

零件在交变应力作用下损坏叫做疲劳破坏。据统计,在机械零件失效中有80%以上属于疲劳破坏。例如大多数轴类零件,通常受到的交变应力为对称循环应力,这种应力可以是弯曲应力、扭转应力、或者是两者的复合。如火车的车轴,是弯曲疲劳的典型,汽车的传动轴、后桥半轴主要是承受扭转疲劳,柴油机曲轴和汽轮机主轴则是弯曲和扭转疲劳的复合。再如齿轮在啮合过程中,所受的负荷在零到某一极大值之间变化,而缸盖螺栓则处在大拉小拉的状态中,这类情况叫做拉-拉疲劳;连杆不同于螺栓,始终处在小拉大压的负荷中,这类情况叫做拉-压疲劳。我们还可以列举很多常用的机械零件所受的负荷情况,综合这些情况就会得到上面已经提过的结论:大多数零件的失效是属于疲劳破坏的。

4.1.1 疲劳破坏的特点

尽管疲劳载荷有各种类型,但它们都有一些共同的特点。

第一 断裂时并无明显的宏观塑性变形,断裂前没有明显的预兆,而是突然地破坏。

第二 引起疲劳断裂的应力很低,常常低于静载时的屈服强度。

第三 疲劳破坏能清楚地显示出裂纹的发生、扩展和最后断裂三个组成部份。

4.1.2 疲劳断口分析

我们已经知道,疲劳损坏有裂纹的发生、扩展直至最终断裂三部分,对疲劳宏观断口的分析就可以证实这点(见图4-0)。

一个典型的疲劳断口总是由疲劳源,疲劳裂纹扩展区和最终断裂区三部份构成。

疲劳断口有各种型式,它取决于载荷的类型,即所受应力为弯曲应力、扭转应力还是拉-压应力,同时与应力的大小和应力集中程度有关。

图4-1是弯曲疲劳的断口。在承受低名义应力时,对于应力集中较小的,疲劳裂纹扩展区占的面积相对说比较大,而且最终断裂区并不正好位于疲劳源的对侧,而是以逆旋转方向偏离一个位置。对于应力集中较大的,不仅扩展区减小,而且最终断裂区已不在轴的表面,渐渐移向中心。在承受高名义应力时,即使对应力集中小的轴,表面的疲劳源已有多处,裂纹扩展形成棘轮形,最终断裂区位于轴的中心。对于高应力集中的轴,表面的疲劳源更多。

对扭转疲劳断口,可有三种型式,见图4-2。

(1)和轴内成45。,即沿最大拉应力作用的平面断裂,横断面呈星状。当应力集中较大时呈锯齿状。

(2)和轴向垂直,横断面呈阶梯状。

(3)和轴向平行,横断面呈阶梯状。

对第二、第三种情形,都是沿着最大切应力平面断裂。从理论上看,一般材料的剪切强度都低于材料自身的拉断强度。而对扭转轴,在表面上的拉应力和剪切力在数值上相等。之所以出现第一种断裂型式,是由于零件表面存在刀痕或损伤以及材料内部有缺陷而造成的。对扭转疲劳,一般看不到成贝壳状或海滩状的裂纹前沿线。

钢结构几种型钢特性分析

钢结构几种型钢特性分析 楼承板 又称钢承板、建筑压型钢板,采用镀锌钢板经辊压冷弯成型,其截面成V型、U 型、梯形或类似这几种形状的波形,主要用作永久性模板,也可被选为其他用途。 在使用阶段楼承板作为混凝土楼板的受拉钢筋,也提高了楼板的刚度,节省了钢筋和混凝土的用量。 压型板表面压纹使楼承板与混凝土之间产生最大的结合力,使二者形成整体,配以加劲肋,使楼承板系统具有高强承载力。 压型钢板组合板(楼承板,钢承板)是一种十分合理的结构形式,它能够按其各组成部件所处的位置和特点,充分发挥钢材抗拉和混凝土抗压性能好的优点,并具有良好的抗震性能、施工性能。这种结构目前被广泛应用于国内外多高层建筑中。 楼承板和普通钢筋混凝土楼板对比 1. 楼承板可作为现浇混凝土的永久模版,省掉了施工中安装和拆除模板的工序; 2. 楼承板安装好之后可以作为施工平台使用,同时由于不必使用临时支撑,也不影响下一层施工平面的工作; 3. 楼承板可作为楼板的底筋使用,减少了安装板筋的工作量; 4. 根据压型板刚才的不同界面形状,最多可以减少30%的楼板混凝土用量,减少楼板自重又可以相应的减少梁、柱和基础的尺寸,提高了结构的整体性能; 工型钢 称钢梁,是截面为工字形的长条钢材。其规格以腰高(h)*腿宽(b)*腰厚(d)的毫米数表示,如“工160*88*6”,即表示腰高160毫米,腿宽88毫米,腰厚6毫米的工型钢。工字钢分普通工字钢、轻型工字钢和H型钢三种。 普通工型钢和轻型工型钢的翼缘由根部向边上逐渐变薄的,有一定角度。由于它们截面尺寸相对较高、较窄,故对截面两个主袖的惯性矩相差较大,因此,一般仅用于在腹板平面内受弯的构件或将其组成格构式受力构件。对轴心受压构件或

金属疲劳试验方法

铝合金疲劳实验 李慕姚 1351626 一﹑实验目的 1. 观察疲劳失效现象和断口特征。 2. 了解测定材料疲劳极限的方法。 二、实验设备 1. 疲劳试验机。 2. 游标卡尺。 三﹑实验原理及方法 在交变应力的应力循环中,最小应力和最大应力的比值 r=m ax m in σσ (2-16) 称为循环特征或应力比。在既定的r 下,若试样的最大应力为σ 1m ax ,经历N 1次循环后,发生疲劳失效,则N 1称为最大应力为σ1 m ax 时的疲劳寿命(简称寿 命)。实验表明,在同一循环特征下,最大应力越大,则寿命越短;随着最大应力的降低,寿命迅速增加。表示最大应力σmax 与寿命N 的关系曲线称为应力-寿命曲线或S-N 曲线。碳钢的S-N 曲线如图2-31所示。从图线看出,当应力降到某一极限值σr 时,S-N 曲线趋近于水平线。即应力不超过σr 时,寿命N 可无限增大。称为疲劳极限或持久极限。下标r 表示循环特征。 实验表明,黑色金属试样如经历107次循环仍未失效,则再增加循环次数一般也不会失效。故可把107次循环下仍未失效的最大应力作为持久极限σr 。而把N 0=107称为循环基数。有色金属的S-N 曲线在N>5×108时往往仍未趋于水平,通常规定一个循环基数N 0,例如取N 0=108,把它对应的最大应力作为“条件”持久极限。

图2-31 疲劳试验曲线图 工程问题中,有时根据零件寿命的要求,在规定的某一循环次数下,测出σmax ,并称之为疲劳强度。它有别于上面定义的疲劳极限。 用旋转弯曲疲劳实验来测定对称循环的疲劳极限σ-1.设备简单最常使用。各类旋转弯曲疲劳试验机大同小异,图2-32为这类试验机的原理示意图。试样1的两端装入左右两个心轴2后,旋紧左右两根螺杆3。使试样与两个心轴组成一个承受弯曲的“整体梁”上,它支承于两端的滚珠轴承4上。载荷P 通过加力架作用于“梁”上,其受力简图及弯矩图如图2-33所示。梁的中段(试样) 为纯弯曲,且弯矩为M=21 P ɑ。“梁”由高速电机6带动,在套筒7中高速旋转,于是试样横截面上任一点的弯曲正应力,皆为对称循环交变应力,若试样的最小直径为d min ,最小截面边缘上一点的最大和最小应力为 max σ=I Md 2min , min σ=-I Md 2min (2-17) 式中I=64π d 4 m in 。试样每旋转一周,应力就完成一个循环。试样断裂后,套筒压迫停止开关使试验机自动停机。这时的循环次数可由计数器8中读出。 四﹑实验步骤 (1)测量试样最小直径d min ; (2)计算或查出K 值;

金属在塑性变形中的组织结构与性能变化

第七章金属在塑性变形中的组织结构与性能变化 练习与思考题 1 冷变形使金属的组织结构和性能发生什么变化?有何意义? (1)冷变形使金属的组织结构发生如下变化: 1)单晶体塑性变形:时,随着变形量增加,位错密度增加,从而引起加工硬化; 2)多晶体塑性变形时,,随着变形量增加,与单晶体变形一样,位错密度增加。但多晶体各晶粒即相互阻碍又相互促进,变形量到一定程度出现位错胞状结构; 3)冷塑性变形后自由能高; 4)晶粒外形、夹杂物和第二相的分布发生变化; 5)性能上具有方向性:带状组织和纤维组织; 6)形成形变织构; 7)晶体可能被破坏,可能产生微裂纹,甚至宏观裂纹等;变形是不均匀的;存在残余内应力。 (2)冷变形对金属性能的变化体现在: 1)强度指标增加;塑性指标降低,韧性也降低了;产生力学性能的方向性。 2)物理性能变化:由于在晶间和晶内产生微观裂纹和空隙以及点阵缺陷,因而密度降低,导热、导电、导磁性能降低。 3)化学性能变化:化学稳定性降低,耐腐蚀性能降低,溶解性增加。 (3)生产上经常利用冷加工提高材料的强度,通过加工硬化(或称形变强化)来强化金属。冷加工是通过塑性变形改变金属材料性能的重要手段之一。 2 回复退火处理可能使冷变形后的金属组织结构发生什么变化?有何实际意义? 回复对组织结构的影响与形变后的组织以及回复的温度和时间有关: (1)回复温度较低时,由于塑性变形所产生的过量空位就会消失; (2)回复温度稍高一些时,同一个滑移面上的异号位错,会在塞积位错群

的长程应力场作用下,汇聚而合并消失,降低位错密度; (3)回复温度较高时,不但同一滑移面上的异号位错可以汇聚抵消,而且不同滑移面上的位错也易于攀移和交滑移,从而互相抵消或重新排列成一种能量较低的结构。 回复退火在生产中主要作用: (1)去内应力退火,使冷加工的金属件,在基本上保持加工硬化的条件下降低其内应力,以避免变形和开裂,改善工件的耐蚀性。 (2)预先形变热处理工艺中,低温冷变形后进行的中间回火,也是一种回复性质的处理。其目的是为了得到比较稳定的位错(亚晶组织),在进行快速淬火加热和最后的回火处理后,仍能够保持良好的形变强化的效果。 3 如何控制再结晶后的晶粒大小和均匀性? 决定再结晶退火后晶粒大小的最主要因素是预先变形量、退火温度,其次是原始晶粒度、杂质及退火时间等。 当变形量很小时,晶格畸变能低,形核率低,甚至不形核,而且没有足够的动力推动再结晶过程的进行,不发生再结晶,只是晶粒长大,出现粗晶组织。为了细化晶粒,条件允许时,应尽量采用大变形量,避免在临界变形程度加工。 提高退火温度,不仅使再结晶晶粒度增大,而且还会影响到临界变形程度。随着退火温度升高,其临界变形程度变小,且再结晶晶粒明显长大。 原始晶粒的大小及夹杂对再结晶后的晶粒大小有影响:在同样变形程度和温度下,原始晶粒越细,再结晶后的晶粒也越细;杂质妨碍再结晶晶粒长大,对组织细化有一定影响,特别是分布在晶界上的杂质成连续膜时,造成的障碍作用更大。 4 金属在热变形中其组织结构和性能变化有什么特点? (1)改造铸态组织 铸态金属组织中的缩孔、疏松、空隙、气泡等缺陷等得到压缩式焊合,铸态组织的物理、化学和结晶学方面的不均匀性会得到改善。 (2)细化晶粒和破碎夹杂物

德国MAG高频疲劳试验机技术说明.

10..德国SINCOTEC -100KN高频疲劳试验机技术说明 德国SINCOTEC高频疲劳试验机及参观人员 10.1 德国Sincotec高频疲劳试验机机器用途描述及工作环境 高频疲劳试验机被广泛用来测试各种金属材料及金属材料制品的抵抗疲劳断裂性能、S – N、da/dN-K等曲线,测试Kth和预制断裂韧性试样(如KIC、JIC 等)的疲劳裂纹等;选配不同的夹具或环境实验装置,被广泛用来测试各种材料和零部件(如板材、齿轮、曲轴、螺栓、链条、连杆、紧凑拉伸等等)的疲劳寿命,可完成对称疲劳试验、不对称疲劳试验、单向脉动疲劳试验、块谱疲劳试验、调制控制疲劳试验、高低温疲劳试验、三点弯、四点弯、扭转等种类繁多的疲劳试验。 高频疲劳试验机在各种类型的疲劳试验机中,具有结构简单、没有维护的液压源及阀门、泵或冷却系统、使用操作方便、效率高、耗能低等特点,所以它被广泛的应用在科研、航空航天、高等院校和工业生产等部门。 10.2 德国Sincotec高频疲劳试验机执行以下标准: GB/T 3075 金属轴向疲劳试验方法 ASTM E 467 轴向疲劳试验系统中等幅动态力的标定方法 ASTM E 739 疲劳数据应力-寿命和应变-寿命的线性或线性化统计分析 ASTM E 1942 用于循环疲劳和断裂力学试验的计算数据采集系统导则

GB/T 13816 焊接接头脉动拉伸疲劳试验方法 GB/T 15111 点焊接头剪切拉伸疲劳试验方法 GB/T 6395-2000 金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法 ASTM E606标准,ASTM E647标准,ASTM E399标准, ISO 12737-2005金属材料平面应变断裂韧度试验方法, ISO 12135-2002金属材料-准静态断裂韧性测试的方法 , ISO 4965轴向载荷疲劳试验机动态力校准应变计技术, BS 7448-1:1991断裂结构韧性试验金属材料Kic临界CTOD值和J值得测试方法, BS 7448-2:1997断裂机械韧性试验金属材料Kic临界CTOD值和J值得测试方法, BS 7448-4:1997断裂机械韧性试验金属材料稳定裂纹延伸的抗断裂曲线和初始值得测定方法。 10.3 德国Sincotec 公司技术描述 德国SINCOTEC公司:公司位于德国中部工业区的Clausthal市。公司成立于上世纪六十年代,专注于共振疲劳试验系统的研发和试验工程技术咨询。SINCOTEC公司目前是全球最大的共振疲劳试验机制造厂商,拥有POWER SWING 品牌。德国SINCOTEC在共振试验系统领域是世界的领导者,不但在现有常规的电磁共振技术上优化改进控制和驱动技术,并且独创了领先的电动大位移(12毫米动态行程)共振技术- Power Swing MOT。在控制技术上Sincotec更

钢的塑性测试

《钢材质量检验》单元教学设计一、教案头

二、教学过程设计

三、讲义 1.钢的塑性指标 塑性是钢最主要的性能之一,它反映材料受力的作用产生塑性变形的能力。钢的塑性指标是指导冶金厂不断改进生产加工工艺、提高产品质量、生产符合标准的钢材产品,以及指导用户合理选材、正确进行冷热加工和热处理的重要依据。金属的塑性一般采用拉伸试验来检测,拉伸试验规定,金属的塑性指标主要用伸长率和断面收缩率来表示。我国很早就颁布了金属强度和塑性测试标准GB/T228—2002《金属材料的拉伸试验方法》。 2.拉伸试验 拉伸试验是指,将标准试样夹持在拉伸试验机上,均匀施加轴向作用力,测定样品在受力过程中抵抗塑性变形和破坏的能力,即材料的强度和塑性。 金属的塑性指标,伸长率和断面收缩率都是通过拉伸试验得到的拉伸试棒的分析测试得到的。 3.伸长率 (1)伸长率A:试样拉断后,将断口对接在一起时,试样标距的增长量与原始标距长度的百分比。 (2)表示:A =【(L1-L0)/L0】×100% 式中 L0——拉伸试样的原始标距长度; L1——试样断后标距部分的总长度; (3)测试方法:用游标卡尺分别测试试样拉伸前、后标距部分的长度L0和L1,代入上式计算即可即可计算伸长率A。具体可参考GB/T228—2002《金属材料的拉伸试验方法》。

注意:测试L1时,左手将拉断的试样紧密地对接在一起,尽量使试样轴线位于一直线上,并采取适当措施(例如:通过螺丝施加压力),使试样断裂部分适当接触。右手持分辨力优于0.1 mm的量具(例如:游标卡尺)对两标线之间的距离进行测量。 4.断面收缩率 (1)断面收缩率Z:试样拉断后,颈缩处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。 (2)表示:Z =【(S0-S1)/S0】×100% 式中 S0——拉伸前试样的原始横截面积; S1——试样断后颈缩处的最小截面积; (3)测试方法:用螺旋测微器测试试样拉伸前的原始直径d0,代入面积公式计算S0;试样拉断后,左手将试样断口紧紧对接在一起,右手持游标卡尺测试试样拉断后的直径d u,通过面积公式计算S1。将S0和S1代入上式即可计算断面收缩率Z。具体可参考GB/T228—2002《金属材料的拉伸试验方法》。 注意:测试d1时,将试样断裂部分仔细地配接在一起,使其轴线处于同一直线上。对于圆形横截面试样,在缩颈最小处相互垂直的方向测量直径,准确到±1%,取其算术平均值计算d1,通过面积公式即可计算S1。 5.伸长率、断面收缩率与材料性能的关系 通常,A、Z的数值越大,材料的塑性越好。不同钢种的塑性要求范围不同;同一产品,其加工工艺不同,塑性指标也有差异。例如:随着碳含量的增加,钢的强度增高而塑性减小;随着温度的升高,塑性越好。所以钢材的轧制和锻造时都要将其加热到一定温度,以便于塑性成形。 四、训练任务 1.任务名称:钢的塑性指标测试 2.任务要求:①小组长明确分工,组内协助完成任务。 ②工作细致认真,能熟练使用游标卡尺和螺旋测微器。 ③数据结果分析要思路清晰,任务单填写要求工整整洁。 ④小组展示语言要大方得体,小组评价时要客观公正。 3.实训用具:拉伸试验前和拉伸试验后的试样各1支、游标卡尺、螺旋测微器。 4.操作步骤: (1)做拉伸试验前,在试样上标注原始标距长度的刻线,要求按短标距试样走L0 = 5d0 (2)用游标卡尺测量拉伸试验前试样的原始标距长度L0,将结果记录在任务单的指定位置。 (3)左手将拉断的试样紧密地对接在一起,尽量使试样轴线位于一直线上,使试样断裂部分适当接触。右手持游标卡尺测量断后标距长度L10,将结果记录在任务单的指定位置。 (4)将上述测试结果带入伸长率计算公式,计算钢的伸长率A,将结果记录在任务单的指定位

金属疲劳试验方法

铝合金疲劳实验 李慕姚 1351626 一﹑实验目的 1. 观察疲劳失效现象和断口特征。 2. 了解测定材料疲劳极限的方法。 二、实验设备 1. 疲劳试验机。 2. 游标卡尺。 三﹑实验原理及方法 在交变应力的应力循环中,最小应力和最大应力的比值 r=m ax m in σσ (2-16) 称为循环特征或应力比。在既定的r 下,若试样的最大应力为σ1m ax ,经历N 1次 循环后,发生疲劳失效,则N 1称为最大应力为σ 1m ax 时的疲劳寿命(简称寿命)。 实验表明,在同一循环特征下,最大应力越大,则寿命越短;随着最大应力的降低,寿命迅速增加。表示最大应力σmax 与寿命N 的关系曲线称为应力-寿命曲线或S-N 曲线。碳钢的S-N 曲线如图2-31所示。从图线看出,当应力降到某一极限值σr 时,S-N 曲线趋近于水平线。即应力不超过σr 时,寿命N 可无限增大。称为疲劳极限或持久极限。下标r 表示循环特征。 实验表明,黑色金属试样如经历107次循环仍未失效,则再增加循环次数一般也不会失效。故可把107次循环下仍未失效的最大应力作为持久极限σr 。

而把N 0=107称为循环基数。有色金属的S-N 曲线在N>5×108时往往仍未趋于水平,通常规定一个循环基数N 0,例如取N 0=108,把它对应的最大应力作为“条件”持久极限。 图2-31 疲劳试验曲线图 工程问题中,有时根据零件寿命的要求,在规定的某一循环次数下,测出σmax ,并称之为疲劳强度。它有别于上面定义的疲劳极限。 用旋转弯曲疲劳实验来测定对称循环的疲劳极限σ-1.设备简单最常使用。各类旋转弯曲疲劳试验机大同小异,图2-32为这类试验机的原理示意图。试样1的两端装入左右两个心轴2后,旋紧左右两根螺杆3。使试样与两个心轴组成一个承受弯曲的“整体梁”上,它支承于两端的滚珠轴承4上。载荷P 通过加力架作用于“梁”上,其受力简图及弯矩图如图2-33所示。梁的中段(试样) 为纯弯曲,且弯矩为M=21 P ɑ。“梁”由高速电机6带动,在套筒7中高速旋 转,于是试样横截面上任一点的弯曲正应力,皆为对称循环交变应力,若试样的最小直径为d min ,最小截面边缘上一点的最大和最小应力为

(完整word版)疲劳断裂总结

第三部分疲劳断裂 疲劳断裂是金属结构失效的一种主要型式,典型焊接结构疲劳破坏事例表明疲劳断裂几率高,具有广泛研究意义。疲劳破坏发生在承受交变或波动应变的构件中,一般说来,其最大应力低于材料抗拉强度,甚至低于材料的屈服点,因此断裂往往是无明显塑性变形的低应力断裂。 疲劳断裂过程的研究表明,疲劳寿命不是决定于裂纹产生,而是决定于裂纹增大和扩展。因此,本章将在介绍疲劳断裂的基本特征和基本概念基础上,利用断裂力学原理着重分析疲劳裂纹的扩展机理、规律、影响因素及疲劳寿命估算。 §3-1疲劳的基本概念 在交变载荷作用下,金属结构产生的破坏现象称为疲劳破坏。为防止结构在工作时发生疲劳破坏传统疲劳设计采用σ―N曲线法确定疲劳强度。 一、应力疲劳和应变疲劳 1、应力疲劳 在低应力、高循环、低扩展速率的疲劳称为应力疲劳,也叫弹性疲劳。七特点是在应力循环条件下,裂纹在弹性区内扩展,且裂纹扩展速率低。 2、应变疲劳 在高应力、低循环、高扩展速率下的疲劳称为应变疲劳,也叫塑性疲劳。其特点是应变幅值很高,最大应变接近屈服应变,故疲劳裂纹扩展速率高(达每次循环10-2mm),寿命短(小于104周)。 二、疲劳强度和疲劳极限 1、乌勒(W?hler)疲劳曲线 (1)结构在多次循环载荷作用下,在工作应力σ(σmax)小于强度极限σb 时即破坏,在不同载荷下使结构破坏所需的加载次数N也不同,表达结构破坏载荷σ和所需加载次数N之间的关系(σ―N)即为乌勒(W?hler)疲劳曲线。 (2)疲劳曲线在加载次数N很大时趋于水平,若以σ―lgN表示则为两段直线关系 (3)图示(略) 2、疲劳强度(条件疲劳极限) (1)疲劳曲线上对应于某一循环次数N的强度极限σ即为该循环下的疲劳 强度(σ r ) (2)σ r =f(N)σ r 对应σmax,一般N<107 3、疲劳极限 (1)结构对应于无限次应力循环而不破坏的强度极限即疲劳极限(2)为σ―lgN疲劳图中的水平渐近线

钢的塑性测试(课堂参照)

《钢材质量检验》单元教学设计 一、教案头 课题:拉伸试验测试钢的塑性 教材:冶金工业出版社出版的《钢材质量检验》,页码122-126页。 授课班级15冶金技术课时:2学时授课类型:实训课 教学目标 能力(技能)目标知识目标素质目标 能够运用拉伸试验检测钢铁 材料的塑性。 掌握钢的塑性指标及塑性检 测方法。 ①通过分组训练培养学生的 团队协作能力; ②通过任务训练培养学生的 动手操作能力; ③通过试验结果分析培养学 生分析问题的能力。 重 难 点 ①伸长率及断面收缩率的分析计算。 能 力 训 练任务及案例配备钢材塑性检验所需的实训用具和标样,学生依据资料中的要求,分组进行测试,根据测试结果分析计算钢的塑性指标——伸长率及断面收缩率。 作 业 结合工程应用举例说说金属的塑性与切削加工工艺之间关系。 课 后 小 结

二、教学过程设计 步骤教学内容教学方法教学手段学生活动时间分配 告知告知本次课的教学内容及教学 目标。 教师讲授教师讲授学生复习2分钟 引入为什么要检验金属的塑性指标, 塑性指标在工程应用中的广泛 性和重要性。 教师讲解 PPT展示学生了解3分钟 资讯塑性指标的表征参量,金属材料 的塑性检验方法及操作要领。 …… 布置训练任务,提出要求,明确 教学评价标准。 教师演示演示法学生掌握10分钟 计划决策小组讨论,明确任务总量,组长 依据各人专长给组员分配任务 任务驱动小组竞赛学生理解2分钟 实施各组依据任务单上的要求,完成 本组金属棒的塑性指标测试,并 对测试结果进行分析,教师从旁 指导。 任务驱动教师指导学生讨论20分钟 检验各小组以竞赛的形式,分别上台 展示本组的测试结果。 竞赛法小组展示学生展示6分钟 评价教师给出标准结果做评分依据。 小组互评,小组自评打分,教师 评价。 评价 小组自评 互评,教师 评价。 学生评价6分钟

金属疲劳应力腐蚀试验及宏观断口分析

金属疲劳、应力腐蚀试验及宏观断口分析 在足够大的交变应力作用下,由于金属构件外形突变或表面刻痕或内部缺陷等部位,都可能因较大的应力集中引发微观裂纹。分散的微观裂纹经过集结沟通将形成宏观裂纹。已形成的宏观裂纹逐渐缓慢地扩展,构件横截面逐步削弱,当达到一定限度时,构件会突然断裂。金属因交变应力引起的上述失效现象,称为金属的疲劳。静载下塑性性能很好的材料,当承受交变应力时,往往在应力低于屈服极限没有明显塑性变形的情况下,突然断裂。疲劳断口(见图1-1)明显地分为三个区域:裂纹源区、较为光滑的裂纹扩展区和较为粗糙的断裂区。裂纹形成后,交变应力使裂纹的两侧时而张开时而闭合,相互挤压反复研磨,光滑区就是这样形成的。载荷的间断和大小的变化,在光滑区留下多条裂纹前沿线。至于粗糙的断裂区,则是最后突然断裂形成的。统计数据表明,机械零件的失效,约有70%左右是疲劳引起的,而且造成的事故大多数是灾难性的。因此,通过实验研究金属材料抗疲劳的性能是有实际意义的。 图1-1 疲劳宏观断口 一﹑实验目的 1.了解测定材料疲劳极限的方法。 2.掌握金属材料拉拉疲劳测试的方法。 3.观察疲劳失效现象和断口特征。 4.掌握慢应变速率拉伸试验的方法。 二、实验设备 1.PLD-50KN-250NM 拉扭疲劳试验机。 2.游标卡尺。 3.试验材料S135钻杆钢。 4.PLT-10慢应变速率拉伸试验。 三﹑实验原理及方法 在交变应力的应力循环中,最小应力和最大应力的比值为应力比: max min σσ= r (1-1) 称为循环特征或应力比。在既定的r 下,若试样的最大应力为max 1σ,经历N 1次循环后,发生疲劳失效, 则N 1称为最大应力r 为时的max 1σ疲劳寿命(简称寿命) 。实验表明,在同一循环特征下,最大应力越大,则寿命越短;随着最大应力的降低,寿命迅速增加。表示最大应力max σ与寿命N 的关系曲线称为应力-寿命曲线或S-N 曲线。碳钢的S-N 曲线如图1-2所示。由图可见,当应力降到某一极限值r σ时,S-N 曲线趋 近于水平线。即应力不超过r σ时,寿命N 可无限增大。称为疲劳极限或持久极限。下标r 表示循环特征。 实验表明,黑色金属试样如经历107次循环仍未失效,则再增加循环次数一般也不会失效。故可把107 次循环下仍未失效的最大应力作为持久极限r σ。而把N 0=107称为循环基数。有色金属的S-N 曲线在N>5×108时往往仍未趋于水平,通常规定一个循环基数N 0,例如取N 0=108,把它对应的最大应力作为“条件”持久极限。

金属疲劳断口的宏现形状特征

收藏【技术类】 金属疲劳断口的宏现形状特征 (2011-1-21 13:38:36) 疲劳断口保留了整个断裂过程的所有痕迹,记录了很多断裂信息。具有明显区别于其他任何性质断裂的断口形貌特征,而这些特征又受材料性质、应力状态、应力大小及环境因素的影响,因此对疲劳断口分析是研究疲劳过程、分析疲劳失效原因的重要方法。 一个典型的疲劳断口往往由疲劳裂纹源区、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区三个部分组成,具有典型的“贝壳”状或“海滩”状条纹的特征,这种特征给疲劳失效的鉴别工作带来了极大的帮助。 1、疲劳裂纹源区 疲劳裂纹源区是疲劳裂纹萌生的策源地,是疲劳破坏的起点,多处于机件的表面,源区的断口形貌多数情况下比较平坦、光亮,且呈半圆形或半椭圆形。因为裂纹在源区内的扩展速率缓慢,裂纹表面受反复挤压、摩擦次数多,所以其断口较其他两个区更为平坦,比较光亮。在整个断口上与其他两个区相比,疲劳裂纹源区所占的面积最小。 当表面承受足够高的残余压应力或材料内部存在严重的冶金缺陷时,裂纹源则向次表面或机件内部移动。有时在疲劳断口上也会出现多个裂纹源,每个源区所占面积往往比单个源区小,源区断口特征不一定都具有像单个源区那样典型的形貌。裂纹源的数目取决于材料的性质、机件的应力状态以及交变载荷状况等。通常,应力集中系数越大,名义应力越高,出现疲劳源的数目就越多,如低周疲劳断口上常有几个位于不同位置的疲劳裂纹源区。 当零件表面存在某类裂纹时,则零件无疲劳裂纹萌生期,疲劳裂纹在交变载荷作用下直接由该类裂纹根部向纵深扩展,这时断口上不再出现疲劳源区,只有裂纹扩展区和瞬时断裂区。 2、疲劳裂纹扩展区 疲劳裂纹扩展区是疲劳裂纹形成后裂纹慢速扩展形成的区域,该区是判断疲劳断裂的最重要特征区域,其基本特征是呈现贝壳花样或海滩花样,它是以疲劳源区为中心,与裂纹扩展方向相垂直的呈半圆形或扇形的弧形线,又称疲劳弧线。疲劳弧线是裂纹扩展过程中,其顶端的应力大小或状态发生变化时,在断裂面上留下的塑性变形的痕迹。 贝纹花样是由载荷变动引起的,因为机器运转时不可避免地常有启动、停歇、偶然过载等,均可留下塑性变形的痕迹一贝纹线(疲劳弧线)。贝纹线的清晰度不仅与材料的性质有关,而且与介质情况、温度条件等有关,材料的塑性好、温度高、有腐蚀介质存在时,则弧线清晰。所以,这种弧线特征总是出现在实际机件的疲劳断口中,而在实验室的试件疲劳断口中很难看到明显的贝纹线,此时疲劳断口表面由于多次反复压缩而摩擦,使该区变得光滑,呈细晶状,有时甚至光洁得像瓷质状结构。一般贝纹线常见于低应力高周疲劳断口中,而低周疲劳以及许多高强度钢、灰铸铁中观察不到此种贝纹状的推进线。 贝纹线与裂纹扩展方向垂直,它可以是绕着裂纹源向外凸起的弧线,表示裂纹沿表面扩展较慢,即材料对缺口不敏感,例如低碳钢;相反,若围绕裂纹

疲劳试验简介

疲劳试验(fatigue test)利用金属试样或模拟机件在各种环境下,经受交变载荷循环作用而测定其疲劳性能判据,并研究其断裂过程的试验,即为金属疲劳试验。 1829年德国人阿尔贝特(J.Albert)为解决矿山卷扬机服役过程中钢索经常发生突然断裂,首先以10次/分的频率进行疲劳试验。1852~1869年德国人沃勒(A.W hler)为研究机车车辆,开始以15次/分的频率对车辆部件进行拉伸疲劳试验,以后又用试样以72次/分的频率在旋转弯曲疲劳试验机进行旋转弯曲疲劳试验,他的功绩是指出一些金属存在疲劳极限,并将疲劳试验结果绘成应力与循环周次关系的S-N曲线(图1),又称为W hler曲线。1849年英国人古德曼(J.Goodman)首先考虑了平均应力不为零时非对称载荷下的疲劳问题,并提出耐久图,为金属制件的寿命估算和安全可靠服役奠定理论基础。1946年德国人魏布尔(W.Weibull)对大量疲劳试验数据进行统计分析研究,提出对数疲劳寿命一般符合正态分布(高斯分布),阐明疲劳测试技术中应采用数理统计。 60年代初,从断裂力学观点分析金属疲劳问题,进一步扩大了疲劳研究内容。近年来,由于电液伺服闭环控制疲劳试验机的出现以及近代无损检验技术、现代化仪器仪表等新技术的采用,促进了金属疲劳测试技术的发展。今后应着重各种不同条件(特别是接近服役条件)下金属及其制件的疲劳测试技术的研究。 试验种类和判据 金属疲劳试验种类很多,通常可分为高周疲劳、低周疲劳、热疲劳、冲击疲劳、腐蚀疲劳、接触疲劳、声致疲劳、真空疲劳、高温疲劳、常温疲劳、低温疲劳、旋转弯曲疲劳、平面弯曲疲劳、轴向加载疲劳、扭转疲劳、复合应力疲劳等。应根据金属制件的服役(工作)条件来选择适宜的疲劳试验方法,测试条件要尽量接近服役条件。进行金属疲劳试验的目的在于测定金属的疲劳强度(抗力),由于试验条件不同,表征金属疲劳强度的判据(指标)也不一样。 高周疲劳:高周疲劳时,金属疲劳强度判据是疲劳极限(或条件疲劳极限)即金属经受“无限”多次(或规定周次)应力循环而不断裂的最大应力,以σr表示,其中γ为应力比,即循环中

ASTM 金属疲劳与断裂标准一览

ASTM 金属疲劳与断裂标准一览 ASTM 金属疲劳与断裂标准一览 E468-90(2004)显示金属材料定幅疲劳试验结果的方法 Standard Practice for Presentation of Constant Amplitude Fatigue Test Results for Metallic Materials E561-05 R-曲线测定 Standard Practice for R-Curve Determination E602-03 圆柱形试样的锐切口张力的试验方法 Standard Test Method for Sharp-Notch Tension Testing with Cylindrical Specimens E606-92(2004)e1 应变控制环疲劳试验 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing E647-05 疲劳裂缝增大率测量用测试方法 Standard Test Method for Measurement of Fatigue Crack Growth Rates E1457-00 测量金属蠕变开裂增长速度的试验方法 Standard Test Method for Measurement of Creep Crack Growth Rates in Metals E1290-02 测量裂缝尖端开口位移(CTOD)裂缝韧性的试验方法 Standard Test Method for Crack-Tip Opening Displacement (CTOD) Fracture Toughness Measurement E1823-96(2002) 疲劳和裂纹试验相关的标准术语 Standard Terminology Relating to Fatigue and Fracture Testing E1921-05 测定铁素体钢在转变范围内基准温度的标准试验方法 Standard Test Method for Determination of Reference Temperature, To', for Ferritic Steels in the Transition Range E740-03 用表面破裂张力试样做断裂试验 Standard Practice for Fracture Testing with Surface-Crack Tension Specimens Steels Using Equivalent Energy Methodology E1049-85(1997) 疲劳分析的周期计数 Standard Practices for Cycle Counting in Fatigue Analysis E1152 Test Method for Determining J-R Curves3 E1169-02 耐久性试验的实施 Standard Guide for Conducting Ruggedness Tests E1221-96(2002) 测定Kla铁素体钢的平面应变,断裂抑制,破裂韧性的试验方法 Standard Test Method for Determining Plane-Strain Crack-Arrest Fracture Toughness, KIa, of Ferritic Steels

钢材塑性变形的分析

钢材塑性变形的分析 一、实习目的和意义 1、实习目的 学习塑性变形对钢材组织和性能的影响。 2、实习要求 要求详实记录实习日志,生产实习是学习过程中的重要一环,并交付带队实习教师查阅。实习结束时,应完成实习综述和实习论文。 3、实习单位(部门)介绍 目前拥有电弧炉、LF炉、VOD(VD)炉、AOD炉、SER炉等完善的冶炼装备,形成以不锈钢、工模具钢、轴承钢、汽车钢、弹簧钢为核心的高合金钢、合金钢专业化生产线:世界一流水平的高精度棒线材连轧机生产线,大圆材连轧生产线,模具扁钢、锻材生产线,光亮材精整深加工,钢丝深加工生产线等,形成了从冶炼、成材到深加工一整套完整的特殊钢精品生产体系。除了为国防军工、航空航天、电子信息等高科技领域提供重要材料外,产品还广泛应用于机械制造、石油化工、汽车工业、交通运输、医疗卫生等国民经济各个领域。公司产品除供应国内市场外,还远销欧、美、澳、亚等三十多个国家和地区。 二、实习内容 1 钢材塑性变形的实质。 2 塑性变形对钢材组织的影响。 3 塑性变形对钢材性能的影响。 三、实习过程 1 钢材的塑性变形 金属材料在加工和使用过程中会因外力作用而发生变形,不可恢复的变形为塑性变形。塑性变形及其随后的加热对金属材料的组织和性能有显著影响,钢材经过压力加工之后,其内部组织发生很大变化,钢材的性能得到改善和提高。为了正确选用压力加工方法、合理设计压力加工成形的零件,必须了解金属塑性变形的实质、规律和影响因素等内容。 1.1单晶体的塑性变形 当金属中的应力超过其弹性极限时,金属将产生塑性变形。实验表明,单晶体的

塑性变形主要是通过滑移和孪生两种方式进行的,其中滑移是最主要的变形方式。 1.1.1滑移 单晶体受拉时,外力在任何晶面上都可以分解为正应力和切应力。其中正应力只能引起正断,不能引起塑性变形,而只有在切应力的作用下才能产生塑性变形。在切应力的作用下,晶体的一部分沿一定晶面的一定晶向相对于另一部分发生滑动的现象称为滑移。滑移主要发生在原子排列最紧密或较紧密的晶面上,并沿着这些晶面上原子排列最紧密的方向进行,因为只有在最密排晶面之间的面间距及最密排晶向之间的原子间距才最大,原子结合力也最弱,所以在最小的切应力下便能引起它们之间的相对滑移。晶体中每个滑移面和该面上的一个滑移方向组成一个滑移系。晶体中的滑移系越多,意味着其塑性越好。 包含位错的晶体在切应力作用下,位错线上面的两列原子向右作微量位移,位错线下面的一列原子向左作微量位移,这样就可以使位错向右移动一个原子间距。在切应力的作用下,如位错线继续向右移动到晶体表面时,就形成了一个原子间距的滑移量,结果晶体就产生了塑性变形。由此可见,晶体通过位错移动而产生滑移时,并不需要整个滑移面上全部的原子同时移动,而只需位错附近的少数原子作微量的移动,移动的距离远小于一个原子间距,因而位错运动所需的切应力就小得多,所以滑移实质上是在切应力作用下,位错沿滑移面的运动。 1.1.2孪生 孪生是晶体的一部分沿一定晶面和晶向发生切变,产生孪生变形部分的晶体位向发生了改变,它是以孪晶面为对称面与未变形部分相互对称,这种对称的两部分晶体称为孪晶,发生变形的那部分晶体称为孪晶带。 孪生和滑移不同,滑移时变形只局限于给定的滑移面上,滑移后滑移总量是近邻原子间距的整数倍,滑移前后晶体的位向不变。孪生变形时各层原子平行于孪晶面运动,在这部分晶体中,相邻原子间的相对位移只有一个原子间距的几分之一,但许多层晶面累积起来的位移便可形成比原子间距大许多倍的变形。另外,孪生变形所需的最小切应力比滑移的大得多,因此孪生变形只在滑移很难进行的情况下才发生。孪生变形会在周围晶格中引起很大的畸变,因此产生的塑性变形量比滑移小得多,一般不超过10%。但孪生变形引起晶体位向改变,因而能促进滑移发生。 1.2多晶体的塑性变形 多晶体的塑性变形也是通过滑移或孪生变形的方式进行的,但是在多晶体中,晶粒之间的晶界处原子排列不规则,而且往往还有杂质原子处于其间,这使多晶体的变形更为复杂。

常用的金属材料疲劳极限试验方法

常用的金属材料疲劳极限试验方法 疲劳试验可以预测材料或构件在交变载荷作用下的疲劳强度,一般该类试验周期较长,所需设备比较复杂,但是由于一般的力学试验如静力拉伸、硬度和冲击试验,都不能够提供材料在反复交变载荷作用下的性能,因此对于重要的零构件进行疲劳试验是必须的。 MTS 810 金属材料疲劳试验的一些常用试验方法通常包括单点疲劳试验法、升降法、高频振动试验法、超声疲劳试验法、红外热像技术疲劳试验方法等。 单点疲劳试验法

适用于金属材料构件在室温、高温或腐蚀空气中旋转弯曲载荷条件下服役的情况。该种方法在试样数量受限制的情况下,可近似测定疲劳曲线并粗略估计疲劳极限。试验所需的疲劳试验机一般为弯曲疲劳试验机和拉压试验机。 升降法疲劳试验 升降法疲劳试验是获得金属材料或结构疲劳极限的一种比较常用而又精确的方法,在常规疲劳试验方法测定疲劳强度的基础上或在指定寿命的材料或结构的疲劳强度无法通过试验直接测定的情况下,一般采用升降法疲劳试验间接测定疲劳强度。 主要用于测定中、长寿命区材料或结构疲劳强度的随机特性。所需试验机一般为拉压疲劳试验机。 高频振动疲劳试验法 常规疲劳试验中交变载荷的频率一般低于200Hz,无法精确测得一些零件在高频环境状态下的疲劳损伤。高频振动试验利用试验器材产生含有循环载荷频率为1000Hz左右特性的交变惯性力作用于疲劳试样上,可以满足在高频、低幅、高循环环境条件下服役金属材料的疲劳性能研究。

高频振动试验主要用于军民机械工程的需要。试验装置通常包括:控制仪、电荷适配器、功率放大器、加速度计、振动台等。 超声法疲劳试验 超声法疲劳试验是一种加速共振式的疲劳试验方法,其测试频率(20kHz)远远超过常规疲劳测试频率(小于200Hz)。超声疲劳试验可以在不同载荷特征、不同环境和温度等条件下进行,为疲劳研究提供了一个很好的手段。嘉峪检测网提醒超声疲劳试验一般用于超高周疲劳试验,主要针对10^9以上周次疲劳试验。高周疲劳时,材料宏观上主要表现为弹性的,所以在损伤本构关系中采用应力、应变等参量的弹性关系处理,而不涉及微塑性。 红外热像技术疲劳试验方法 为缩短试验时间、减少试验成本,能量方法成为疲劳试验研究的重要方法之一。金属材料的疲劳是一个耗散能量的过程,而温度变化则是研究疲劳过程能量耗散极为重要的参量。 红外热像技术是一种波长转换技术,即将目标的热辐射转换为可见光的技术,利用目标自身各部分热辐射的差异获取二维可视图像,用计

浅论金属材料疲劳断裂的原因及危害

青岛黄海学院机电工程学院2013—2014学年第二学期期中考试 科目:工程材料及机械制造基础 姓名:杜希元 学号: 1101111084 班级: 2011级本科三班 专业:机械制造及其自动化

浅论金属材料发生疲劳断裂的原因及危害 摘要:从人类开始制造结构以来,断裂就是社会面对的一个问题。早在100多年以前,人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。但由于技术的落后,还不能查明疲劳破坏的原因,直到显微镜和电子显微镜等高科技器具的相继出现之后,使人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得新的成果。本文浅论金属材料发生疲劳断裂的原因及危害,使人们初步了解金属疲劳断裂的相关知识。 关键词:疲劳断裂原因危害 一、金属材料的疲劳现象 工程中有许多金属零件,如齿轮、弹簧、滚动轴承、叶片、发动机曲轴等都是在变动载荷下工作的。根据变动载荷的作用方式不同,金属零件承受的应力可分为交变应力和循环应力。在交变应力下,虽然零件所承受的应力低于材料的抗拉强度甚至低于材料的屈服强度,但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳。 人的疲劳感觉来自于长期的劳累或一次过重的负荷,金属材料也是一样。金属的机械性能会随着时间而慢慢变弱,这就是金属的疲劳。在正常使用机械时,重复的推、拉、扭或其他的外力情况都会造成机械部件中金属的疲劳。这是因为机械受压时,金属中原子的排列会大大改变,从而使金属原子间的化学键断裂,导致金属裂开。 二、金属材料疲劳的种类 金属材料的疲劳现象,按条件不同可分为下列几种: (1)高周疲劳:指在低应力(工作应力低于材料的屈服极限,甚至低于弹性极限)条件下,应力循环周数在100000以上的疲劳。它是最常见的一种疲劳破坏。高周疲劳一般简称为疲劳。 (2)低周疲劳:指在高应力(工作应力接近材料的屈服极限)或高应变条件下,应力循环周数在10000~100000以下的疲劳。由于交变的塑性应变在这种疲劳破坏中起主要作用,因而,也称为塑性疲劳或应变疲劳。

金属塑性变形对组织和性能的影响【试题.知识点】

金属塑性变形对组织和性能的影响 (一)变形程度的影响 塑性变形程度的大小对金属组织和性能有较大的影响。变形程度过小,不能起到细化晶粒提高金属力学性能的目的;变形程度过大,不仅不会使力学性能再增高,还会出现纤维组织,增加金属的各向异性,当超过金属允许的变形极限时,将会出现开裂等缺陷。 对不同的塑性成形加工工艺,可用不同的参数表示其变形程度。 锻造比Y锻:锻造加工工艺中,用锻造比Y锻来表示变形程度的大小。 拔长:Y锻=S0/S(S0、S分别表示拔长前后金属坯料的横截面积); 镦粗:Y锻=H0/H(H0、H分别表示镦粗前后金属坯料的高度)。 碳素结构钢的锻造比在2~3范围选取,合金结构钢的锻造比在3~4范围选取,高合金工具钢(例如高速钢)组织中有大块碳化物,需要较大锻造比(Y锻=5~12),采用交叉锻,才能使钢中的碳化物分散细化。以钢材为坯料锻造时,因材料轧制时组织和力学性能已经得到改善,锻造比一般取1.1~1.3即可。 表示变形程度的技术参数:相对弯曲半径(r/t)、拉深系数(m)、翻边系数(k)等。挤压成形时则用挤压断面缩减率(εp)等参数表示变形程度。 (二)纤维组织的利用 纤维组织:在金属铸锭组织中的不溶于金属基体的夹杂物(如FeS等),随金属晶粒的变形方向被拉长或压扁呈纤维状。当金属再结晶时,被压碎的晶粒恢复为等轴细晶粒,而夹杂物无再结晶能力,仍然以纤维状保留下来,形成纤维组织。纤维组织形成后,不能用热处理方法消除,只能通过锻造方法使金属在不同方向变形,才能改变纤维的方向和分布。 纤维组织的存在对金属的力学性能,特别是冲击韧度有一定影响,在设计和制造零件时,应注意以下两点: (1)零件工作时的正应力方向与纤维方向应一致,切应力方向与纤维方向垂直。 (2)纤维的分布与零件的外形轮廓应相符合,而不被切断。 例如,锻造齿轮毛坯,应对棒料镦粗加工,使其纤维呈放射状,有利于齿轮的受力;曲轴毛坯的锻造,应采用拔长后弯曲工序,使纤维组织沿曲轴轮廓分布,这样曲轴工作时不易断裂(三)冷变形与热变形 通常将塑性变形分为冷变形和热变形。 冷变形:再结晶温度以下的塑性变形。冷变形有加工硬化现象产生,但工件表面质量好。热变形:再结晶温度以上的塑性变形。热变形时加工硬化与再结晶过程同时存在,而加工硬化又几乎同时被再结晶消除。由于热变形是在高温下进行的,金属在加热过程中表面易产生氧化皮,使精度和表面质量较低。自由锻、热模锻、热轧、热挤压等工艺都属于热变形加工。 第11讲冷塑性变形过程中的材料行为及性能变化 本讲重点:冷塑性变形时金属组织结构的变化及变形后的性能变化; 冷塑性变形金属加热时组织与性能的变化; 11.1 冷塑性变形对金属组织与性能的影响 △ 冷塑性变形:金属在室温或较低温度下发生的永久变形。

金属疲劳试验

金属疲劳试验主讲教师:

一、实验目的 1. 了解疲劳试验的基本原理。 2. 掌握疲劳极限、S-N曲线的测试方 法。

二、实验原理 1.疲劳抗力指标的意义 目前评定金属材料疲劳性能的基本方法就是通过试验测定其S-N曲线(疲劳曲线),即建立 最大应力σ max 或应力振幅σ α 与其相应的断裂 循环周次N之间的关系曲线。不同金属材料的S-N曲线形状是不同的,大致可以分为两类,如图1所示。其中一类曲线从某应力水平以下开始出现明显的水平部分,如图1(a)所示。这表明当所加交变应力降低到这个水平数值时,试样可承受无限次应力循环而不断裂。

这表明当所加交变应力降低到这个水平数值时,试样可承受无限次应力循环而不断裂。因此将水平部分所对应的应力称之为金属的疲劳极限,用符号σ R 表示(R为最小应力与最大应力之比,称为应力比)。若试验在对称循环应力(即R=-1)下进行,则其疲劳 极限以σ -1表示。中低强度结构钢、铸铁等材料的S- N曲线属于这一类。对这一类材料在测试其疲劳极限时,不可能做到无限次应力循环,而试验表明,这类材料在交变应力作用下,如果应力循环达到107周次不断裂,则表明它可承受无限次应力循环也不会断裂,所以对这类材料常用107周次作为测定疲劳极限的基数。另一类疲劳曲线没有水平部分,其特点是随应力降低,循环周次N不断增大,但不存在无限寿命。如图1(b)所示。在这种情况下,常根据实际需要定出一定循环周次(108或5×107…)下所对应的应力作为金属材料的“条件疲劳极限”,用符号σ R(N) 表示。

2.S-N 曲线的测定 (1) 条件疲劳极限的测定 测试条件疲劳极限采用升降法,试件取13根以上。每级应力增量取预计疲劳极限的5%以内。第一根试件的试验应力水平略高于预计疲劳极限。根据上根试件的试验结果,是失效还是通过(即达到循环基数不破坏)来决定下根试件应力增量是减还是增,失效则减,通过则增。直到全部试件做完。第一次出现相反结果(失效和通过,或通过和失效)以前的试验数据,如在以后试验数据波动范围之外,则予以舍弃;否则,作为有效数据,连同其他数据加以利用,按下列公式计算疲劳极限: ()11n R N i i i v m σσ==∑ 1

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