金属材料疲劳破坏的机理.docx

1、一、名 词 解 释一、名 词 解 释1、交 变 应 力：构 件 中 一 点 应 力 随 着 时 间 变 化 而 变 化 时，这 种 应 力 称 为“交 变 应 力”；2、疲 劳：在 交 变 应 力 作 用 下 发 生 的 破 坏 现 象，称 为“疲劳 失 效”或“疲 劳 破 坏”，简 称“疲 劳”。疲 劳 失 效 与 静 载 作 用 下 的 强 度 失 效，有 着 本 质 上 的 差 别。在 交 变 应 力 作 用 下，材 料 的 强 度 性 能 则 不 仅 与 材 料 有 关，而 且与 应 力 变 化 情 况、构 件 的 形 状 和 尺 寸，以 及 表 面 加 工 质 量 等 因素 有 着

2、很 大 关 系。二、疲 劳 破 坏 特 点二、疲 劳 破 坏 特 点1、破 坏 应 力 值 远 低 于 材 料 在 静 载 下 的 强 度 指 标。2、构 件 在 确 定 的 应 力 水 平 下 发 生 疲 劳 破 坏 需 要 一 个 过程，即 需 要 一 定 量 的 应 力 交 变 次 数。3、构 件 在 破 坏 前 和 破 坏 时 都 没 有 明 显 的 塑 性 变 形，即使 在 静 载 下 塑 性 很 的 材 料，也 特 呈 现 脆 性 断 裂。4、同 一 疲 劳 破 坏 断 口，一 般 都 明 显 的 两 个 区 域：光 滑区 域 和 颗 粒 区 域。三、疲 劳 破 坏 原 因三、疲

3、劳 破 坏 原 因以 多 晶 体 金 属 为 例，它 由 很 多 强 弱 不 等 的 晶 粒 所 组 成，在 晶 粒 边 界 上 或 夹 杂 物 处，强 度 更 弱。在 外 力 作 用 下，受 力 较大 或 强 度 较 弱 的 晶 粒 以 及 晶 粒 边 界 上 将 出 现 错 动 的 滑 移 带。随着 应 力 变 化 次 数 的 增 加，滑 移 加 剧，滑 移 带 变 宽，最 后 沿 滑 移带 裂 开，形 成 裂 纹。这 些 最 初 形 成 的 微 裂 大 都 是 疲 劳 破 坏 的 发源 区，称 为“疲 劳 源”。再 经 过 若 干 次 应 力 交 变 之 后，宏 观 裂 纹 继 续 扩

4、展，致 使构 件 截 面 削 弱，类 似 在 构 件 上 作 成 尖 锐 的“切 口”。结 果，在很 低 的 名 义 应 力（不 考 虑 应 力 集 中 时 算 得 的 应 力），水 平 下，构 件 便 发 生 破 坏。裂 纹 的 生 成 和 扩 展 是 一 个 复 杂 的 过 程，它 与 构 件 的 外 形、尺 寸、应 力 交 变 的 类 型，以 及 构 件 所 处 的 介 质 等 因 素 有 很 大 关系。1、应 力 集 中 对 疲 劳 极 限 的 影 响在 构 件 上 截 面 突 变 处，如 阶 梯 轴 的 过 渡 段、开 孔、切 槽等 处，会 产 生 应 力 集 中 现 象，即 在 这

5、 些 局 部 区 域 内，应 力 有 可能 达 到 很 高 数 值。2、构 件 尺 寸 对 疲 劳 极 限 的 影 响构 件 尺 寸 对 疲 劳 极 限 有 着 明 显 的 影 响，这 是 疲 劳 强 度 问题 与 静 载 强 度 问 题 的 重 要 差 别 之 一。实 验 结 果 表 明，当 构 件 横 截 面 上 的 应 力 非 均 匀 颁 布 时，构 件 尺寸 越 大，疲 劳 极 限 越 低。3、构 件 表 面 加 工 质 量 对 疲 劳 极 限 的 影 响粗 糙 的 机 械 加 工，会 在 构 件 表 面 形 成 深 浅 不 同 的 刻 痕，这 些 刻 痕 本 身 就 是 初 始 裂

6、纹。当 应 力 比 较 大 时，裂 纹 的 扩 展 首先 从 这 里 开 始。因 此，随 着 表 面 加 工 质 量 的 提 高，疲 劳 极 限 将增 加。表 面 加 工 质 量 对 疲 劳 极 限 的 影 响，用“表 面 质 量 系 数”度 量。我 国 以 抛 光 表 面 质 量 系 数=1.0 为 基 准，其 余 表 面 加 工（磨 削、精 车、精 车 等）质 量 系 数 均 小 于 1.0。4、对 称 循 环 下 构 件 的 疲 劳 极 限利 用 光 滑 小 试 样 的 弯 曲 和 扭 转 对 称 循 环 下 的 疲 劳 极 限-1 和 T-1，计 及 应 力 集 中、构 件 尺 寸 以 及 表 面 加 工 质 量 的 影响，可 以 得 到 构 件 在 弯 曲 和 扭 转 对 称 循 环 五 的 疲 劳 极 限 分 别 为其 中 影 响 疲 劳 极 限 的 系 数 K、KT、T、等 均 可 以 从 有关 的 手 册 中 查 得。适 当 加 大 截 面 突 变 处 过 渡 圆 角 以 及 其 它 措 施，有 利 于 缓和 应 力 集 中。四、提 高 构 件 疲 劳 强 度 的 途