第一章3 材料力学性能之疲劳.ppt

七、金属的疲劳 轴、齿轮、弹簧都是在变动载荷(也称交变应力)下工作，工作应力通常低于材料的屈服强度,但长时间工作仍会发生断裂,这种现象叫金属的疲劳。 疲劳断裂不产生明显的塑性变形，断裂突然发生，具有很大的危险性造成严重事故。据统计，在损伤的机器零件中，有80%以上属于疲劳断裂。 材料承受的交变载荷S 与材料断裂前承受交变应力的循环次数N之间的关系可用S-N曲线来表示，称疲劳曲线, S通常采用载荷幅或最大载荷。 金属承受的交变载越荷越大, 则断裂时应力循环次数N越少。 当应力低于一定值时, 试样可以经受无限周期循环而不破坏, 此应力值称为材料的疲劳极限σr ，对称循环载荷的疲劳强度用σ-1 表示。? 机械设计通常以疲劳极限作为判据。 但像飞机起落架这样的构件，承受的交变应力远高于疲劳极限，这就要按照有限周次确定其疲劳寿命，过载持久值就具有重要意义。 材料的疲劳极限主要取决于抗拉强度，而在过载范围内，材料的疲劳强度不仅与材料的抗拉强度有关，还与的塑性、韧性有关。抗拉强度相近时，塑性好的材料疲劳强度较高。 第一章小结 一、拉伸试验和曲线 五、金属的韧性 1.冲击韧性ak :单位面积所消耗的冲击功, 表征材料抵抗冲击载荷作用不发生断裂的能力。 2.断裂韧性KⅠC:表征材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。 KⅠ = Y·σ·√a（MN/m3/2） * * 变动载荷是指载荷的大小、方向随时间变化的载荷。 变动载荷分为周期性变动载荷（也称循环应力）和随机变动载荷。 实验室研究多采用循环应力。 最常见的循环应力为载荷与时间呈正弦曲线的对称应力循环。 A B σ σ σ σ B A P 循环应力特性 三个参量表示: 应力幅 σa =(σmax-σmin)/2 ; 平均应力 σm = (σmax+σmin)/2 ; 应力循环对称系数 r =σmax/σmin ? 疲劳曲线示意图 水平部分所对应的应力就是疲劳极限，它表示材料经受无限次(大于106-7 )应力循环而不断裂的最大应力。 材料的疲劳曲线有两种类型: 一种类型是疲劳曲线上有明显的水平部分如钢铁材料的疲劳曲线，疲劳极限有明确的物理意义； 另一类是疲劳曲线上没有水平部分如部分有色金属，这时就规定在某一循环基数N0发生断裂时的应力作为“条件疲劳极限”或“有限疲劳极限”，N0称为循环基数。实际构件的N0是根据工作条件和使用的寿命来确定的。 钢铁材料 部分有色金属 两种类型疲劳曲线 疲劳曲线的斜线部分表示在超过疲劳极限的应力作用下，材料的疲劳强度和断裂循环次数的关系，它反映了材料对过载条件下的疲劳抗力. 过载持久值: 指过载应力下材料的断裂循环周次。 材料的疲劳极限相同、抗拉强度不同时,抗拉强度愈高，疲劳曲线的斜率就愈陡，相同过载荷下能经受的应力循环周次也就愈多。 即：高抗拉强度材料的过载持久值大，抗过载能力好。 脆性材料拉伸曲线 二、弹性指标： 1.弹性模量E :表征金属材料对弹性变形的抗力也称之为刚度。 2.比例极限σp :是应力与应变成正比关系的最大应力值。 3.弹性极限σe :是材料发生弹性变形的最大应力值。 三、塑性指标： 1.延伸率δ: 拉伸断裂后试样标距长度的相对伸长量. 2.断面收缩率ψ:拉伸试样断裂处截面的相对收缩量. 四、强度指标: 表征金属材料抵抗变形和断裂 的能力。 1.屈服极限σs:金属产生塑性变形的最小应力。没有 明屈服现象金属以?0。2表示。 2.抗拉强度σb :拉伸试验中金属所能承受的最大拉 伸应力。 3.疲劳强度σ-1 :材料经受无限次应力循环而不断裂 的最大应力。 五、硬度指标:衡量金属材料软硬程度的一种性能,表示金属抵抗局部塑性变形的能力。 1.布氏硬度HBS HBW: 压头是淬火钢球或硬质合金球.载荷大、压痕大、数据稳定、重复性强。适用于较软金属,毛坯或半成品。 2.洛氏硬度: 压头为120°的金刚石圆锥和淬火钢球.具有HRA、HRB和HRC三种标尺的洛氏硬度试验可测软硬不同和厚薄不一的金属硬度. 不同标尺的硬度值彼此不能直接比较。 3.维氏硬度: 压头是对面夹角136°的金刚石正四棱锥体, 以HV表示。 显微硬度: 是载荷P以克计量，压痕对角线d以微米计量的维氏硬度。主要用来测定各种组成相的硬度和表面硬化层的硬度分布,用HM表示。 4.里氏硬度: 是一种便携式动载荷硬度计，用于检验大型金属产品及部件的硬