力学性能_第五章素材.ppt

§5.5 影响疲劳强度的因素 一、材料内因 1、化学成分 成分决定组织和强化效果。 2、显微组织 相、相间交互作用、夹杂物、晶粒大 小 等。 3、治金缺陷 夹杂、疏松、偏析、裂纹，方向性 等。 二、材料表面状态和工件结构 1、表面状态 表面粗糙度；表面强化（机械、热 处理、喷涂、化学） 2、工件结构 壁厚；壁厚均匀性；表面沟槽等。 三、工况因素 1、载荷 载荷的大小和加载方式；加载频率；加载 间歇；次载锻炼。 2、环境 温度；周边介质；应力状况。 * 4、疲劳寿命取决于塑性应变幅。 区别： 不同点：高周疲劳寿命取决于应力幅或应力强度因子范围。 相同点：都是循环塑性变形累积损伤的结果。 §5.6 低周疲劳 二、循环硬化和循环软化 在低周疲劳的循环加载初期，材料对循环加载的响应是一个由不稳定向稳定过渡的过程。此过程可分别用应力控制下的 ? － t 曲线或应变控制下的 ? － t 曲线描述。 材料对循环加载的初始响应过程可表现为循环硬化或循环软化。 §5.6 低周疲劳 应力控制下的材料循环特性 应变控制下的材料循环特性 §5.6 低周疲劳 循环硬化是材料在循环过程中变形抗力不断提高（恒定应变范围条件下）、应变逐渐减小（恒定应力范围条件下）的现象； 循环软化是材料在循环过程中变形抗力不断减小（恒定应变范围条件下）而应变逐渐增加（恒定应力范围条件下）的现象。危险! 在循环硬化和循环软化两种情况下，相应的滞后回线都不闭合，只有经过一定周次后才形成封闭滞后回线。 §5.6 低周疲劳 §5.6 低周疲劳 材料在低周疲劳过程中，由于塑性应变的作用，在一个完全的循环加载下其应力－应变曲线必然形成一个滞后回线。 但在加载初期，材料可能因循环硬化和循环软化而使滞后环并不封闭。在继续循环中，这种不稳定过程会逐步趋于稳定，最终使滞后环封闭。 §5.6 低周疲劳 40CrNiMo钢的循环应力-应变曲线低于单次应力-应变曲线，表明这种钢具有循环软化现象；反之，若材料的循环应力-应变曲线高于它的单次应力-应变曲线时，则表明该材料具有循环硬化现象。 §5.6 低周疲劳 循环应变会导致材料形变抗力发生变化，使材料的强度变得不稳定。 特别是由循环软化材料制作的机件，在承受大应力循环使用过程中，将因循环软化产生过量的塑性变形而使机件破坏。 因此，承受低周大应变的机件，应该选用循环稳定或循环硬化型材料。 工程指导意义 §5.6 低周疲劳 金属材料产生循环硬化还是循环软化取决于材料的初始状态、结构特性以及应变幅和温度等。其中，退火状态的塑性材料往往表现为循环硬化，而加工硬化的材料则往往表现为循环软化。 循环硬化与循环软化的影响因素与划分依据 §5.6 低周疲劳 （1）σb/ σs标准 当σb/ σs ﹥1.4时，表现为循环硬化； 当σb/ σs ﹤1.2时，表现为循环软化； 当σb/ σs 比值在1.2～1.4之间的材料，其倾向不定。一般此类材料比较稳定，没有明显的循环硬化和循环软化现象。 （2）应变硬化指数n评判 n﹥0.1时，材料表现为循环硬化或循环稳定； n﹤0.1时，材料表现为循环软化； §5.6 低周疲劳 循环硬化产生原因（位错运动） 例如：一些退火软金属在恒应变幅的循环载荷下，由于位错往复运动和交互作用，产生了阻碍位错继续运动的阻力，从而产生循环硬化。 在冷加工后的金属中，充满位错缠结和障碍，这些障碍在加载中被破坏； 在一定沉淀强化不稳定的合金中，由于沉淀结构在循环加载中被破坏均可导致循环软化。 三、应变—寿命曲线（??－Nf） 一般用总应变半幅 ?? /2 和循环失效的反复次数 2Nf 在双对数坐标上表示低周疲劳的疲劳抗力，其应变幅（或塑性应变幅）是决定低周疲劳寿命的主要因素。 经验表明，若把总应变幅 ?? 分解为弹性应变幅 ??e 和塑性应变幅 ??p 时，二者与循环次数的关系都可以近似用直线表示。 §5.6 低周疲劳 应变—寿命曲线（ ） 2NT：过渡寿命 在交点左侧（低周疲劳范围），塑性应变幅起主导作用，材料的疲劳寿命由塑性控制； 在交点右侧（高周疲劳范围），弹性应变幅起主导作用，材料的疲劳寿命由强度决定。 ● §5.6 低周疲劳 ??e/2～2Nf 的关系： 为2Nf = 1 时直线的截距，称为疲劳强度系数。 因相当于一次加载，故可取?’f = ?f (静拉伸的断裂应力) b为直线的斜率，称为疲劳强度指数。 §5.6 低周疲劳 ??p / 2 ～ 2Nf 的关系（Manson-Coffin经验方程）： ?’f为2Nf=1时直线的截距，称为疲劳塑性系数。 同理，可以取?’f = ?f (静拉伸